3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian model pengelolaan energi berbasis sumberdaya alam di pulau kecil difokuskan kepada energi listrik. Penelitian dilaksanakan di gugus pulau Nusa Penida, Nusa Lembongan, dan Nusa Ceningan, yang merupakan salah satu kecamatan di wilayah Kabupaten Klungkung, Propinsi Bali (Gambar 3.1.).
Gambar 3.1 Peta lokasi penelitian
Lokasi penelitian ditetapkan secara sengaja (purposive) dengan pertimbangan sebagai berikut :
a) Sudah dilaksanakan rintisan pemanfaatan tenaga angin dan radiasi matahari sebagai sumber energi pembangkit listrik.
Penelitian dilaksanakan selama 17 bulan mulai bulan April 2007 sampai dengan bulan Agustus 2008 dengan jadwal pelaksanaan seperti pada Lampiran 1.
3.2. Jenis dan Sumber Data
Jenis data yang digunakan dalam membangun model pengelolaan energi berbasis sumberdaya alam dan berwawasan lingkungan terdiri atas data primer dan data sekunder. Jenis dan cara pengumpulan data untuk masing-masing variabel seperti pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 Jenis dan cara pengumpulan data untuk masing-masing variabel
No. Peubah Jenis Data Sumber Cara Pengumpulan
1. Kecepatan angin Primer dan sekunder
Lapang dan laporan Observasi dan kompilasi laporan 2. Intensitas radiasi
cahaya matahari
Sekunder Laporan Kompilasi laporan
3. Kesesuaian lahan dan iklim pengembangan tanaman BBN
Primer dan sekunder
Lapang dan laporan Analisis laboratorium dan kompilasi laporan
4. Emisi gas buang Primer Lapang Observasi dan analisis
laboratorium
5. Jumlah penduduk Sekunder Laporan Kompilasi laporan
6. Kebutuhan energi Primer dan sekunder
Masyarakat dan laporan
Survei dan kompilasi laporan
7. Penyediaan energi Primer dan Sekunder
Masyarakat dan laporan
Survei dan kompilasi laporan
8. Harga input dan output Primer dan Sekunder
Masyarakat dan laporan
Survei dan kompilasi laporan 9. Keterkaitan antar elemen Primer Pemangku kepentingan Survei
Data primer diperoleh melalui survei, observasi lapang, dan analisis laboratorium. Data sekunder diperoleh dari PLN wilayah Bali, Dinas Pertanian, dan lembaga terkait.
3.3. Rancangan Penelitian
Berorientasi kepada tujuan penelitian, yaitu membangun model pengelolaan energi berwawasan lingkungan di pulau kecil yang merepresentasikan integrasi berbagai elemen, maka pendekatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah pendekatan sistem. Tahapan penelitian dirancang sebagai berikut :
3.3.1. Analisis Kebutuhan
Penelitian dengan pendekatan sistem diawali dengan analisis kebutuhan. Analisis ini menggambarkan kebutuhan dari masing-masing pemangku kepentingan dalam sistem
pengelolaan energi berbasis sumberdaya alam berwawasan lingkungan di pulau kecil, seperti yang disajikan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.3 Analisis kebutuhan pemangku kepentingan
No. Pemangku Kepentingan Kebutuhan
1. PLN Sumber energi untuk pembangkit listrik tersedia
secara kontinyu.
2. Pemerintah Subsidi listrik berkurang.
Kelestarian sumberdaya alam dan lingkungan.
3. Petani Kemudahan memperoleh sarana produksi
Harga jual hasil tanaman penghasil bahan bakar nabati tinggi.
4. Masyarakat Kebutuhan energi terpenuhi dengan harga
terjangkau.
Kesehatan lingkungan terjamin.
3.3.2. Identifikasi Sistem
Identifikasi sistem merupakan suatu rantai hubungan antara pernyataan dari kebutuhan-kebutuhan dengan pernyataan khusus dari masalah yang harus dipecahkan untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Dalam kasus pengelolaan energi berwawasan lingkungan di pulau kecil, hubungan tersebut digambarkan dalam bentuk diagram lingkar sebab akibat (causal loop) seperti pada Gambar 3.2.
+ Kesesuaian lahan areal pengembangan Jumlah KK Ketersediaan benih Konservasi lahan Kebijakan Pemerintah Pemenuhan kebutuhan energi Pemakaian energi Produksi BBN + + Lahan kritis + -+ + + + Pemanfaatan Tenaga Angin Pemanfaatan Radiasi Matahari + + + + -Jumlah Industri Penyediaan BBM + + +
Gambar 3.2 Diagram lingkar sebab akibat sistem pengelolaan energi berwawasan lingkungan di pulau kecil
Selanjutnya diagram lingkar diinterpretasikan ke dalam diagram input-output. Informasi yang tersedia dikategorikan ke dalam 3 golongan yaitu : peubah input, peubah output, dan parameter-parameter yang membatasi struktur sistem (Gambar 3.3).
Pengelolaan Energi berwawasan Lingkungan di Pulau Kecil
Input Tak Terkendali
- Tingkat bunga bank - Kesesuaian lahan
Input Terkendali
- Teknologi pemanfaatan SDA - Harga jual listrik
- Harga BBN
Manajemen pengendalian
Output Dikehendaki
Kawasan mandiri energi di pulau-pulau kecil
Output Tak Dikehendaki
- Pendapatan petani berkurang - Degradasi SDA dan lingkungan
Input Lingkungan
- Iklim
- Kebijakan Pemerintah
Gambar 3.3 Diagram input-output sistem pengelolaan energi berbasis SDA
3.3.3. Formulasi Masalah
Pemanfaatan sumberdaya di pulau-pulau kecil tentu diharapkan memberikan manfaat bagi masyarakat setempat. Oleh karena itu diperlukan manajemen yang mampu membangkitkan motivasi masyarakat untuk berpartisipasi pada setiap tahapan pengelolaan, sehingga timbul rasa memiliki dan kepedulian untuk menjaga keberlanjutannya. Peran pemerintah sebagai fasilitator yang berwenang melakukan pengaturan dalam pengelolaan sumberdaya alam untuk kepentingan seluas-luasnya kesejahteraan masyarakat, perlu mengambil posisi yang tepat. Kebijakan yang ditetapkan seyogyanya mengacu kepada azas optimasi baik dari segi ekonomi, sosial, maupun lingkungan. Dalam kasus pemenuhan kebutuhan listrik di pulau kecil Nusa Penida yang sebagian besar wilayahnya merupakan lahan marginal, diperlukan manajemen yang mampu memanfaatkan sumberdaya angin, cahaya matahari, dan lahan marginal sebagai sumber energi pembangkit listrik, sekaligus berfungsi sebagai model konservasi
sumberdaya. Diagram alir manajemen pemenuhan kebutuhan listrik berbasis sumberdaya lokal berwawasan lingkungan di Nusa Penida disajikan pada Gambar 3.4.
KEBUTUHAN ENERGI NASIONAL MENINGKAT PENINGKATAN JUMLAH PENDUDUK STOK BBM NASIONAL TERBATAS IMPOR BBM HARGA DOMESTIK PENGELOLAAN ENERGI DI PULAU KECIL DAYA BELI MASY
RENDAH HARGA DI PULAU KECIL TINGGI KELEMBAGAAN
• Partisipasi Masy
•
Koordinasi antar subsektor DAMPAK LINGKUNGAN•Degradasi Lahan
•Emisi
MENGURANGI KETERGANTUNGAN PENINGKATAN HARGA DUNIA•
POTENSI•TEKNOLOGI
•INVESTASI
KRISIS BBM DI PULAU KECIL MODEL PENGELOLAAN ENERGI DI PULAU KECIL SUMBER ENERGI LOKALGambar 3.4 Formulasi masalah pengelolaan energi di plau-pulau kecil
3.3.4. Teknik Analisis
Bertitik tolak dari tujuan penelitian, maka pembangunan model pengelolaan energi berwawasan lingkungan di pulau kecil didahului dengan analisis terhadap :
1) Potensi sumber energi terbarukan 2) Neraca energi
3) Kelayakan finansial pemanfaatan sumber energi terbarukan 4) Dampak lingkungan
5) Keterkaitan antar elemen dalam pengelolaan energi
Teknik analisis yang digunakan untuk masing-masing aspek seperti dikemukakan pada Tabel 3.4.
Tabel 3.4 Teknik analisis untuk masing-masing aspek dalam model pengelolaan energi
Aspek Kajian Data yang Diperlukan Teknik Analisis
Ppotensi sumber energi terbarukan
Kecepatan dan sebaran angin secara temporal, radiasi matahari, kesesuaian lahan dan iklim untuk pengembangan tanaman penghasil BBN,
Deskriptif, analisis kesesuaian lahan dan iklim.
Neraca energi Perkembangan jumlah penduduk, konsumsi energi/KK, jenis dan sumber energi, jumlah pasokan,
Analisis pertumbuhan.
Kelayakan finansial pemanfaatan sumber energi terbarukan
Volume dan harga input, volume dan harga output, tingkat bunga bank, spesifikasi teknis pengelolaan sumberdaya.
Analisis finansial (NPV, B/C dan IRR) Dampak lingkungan Emisi gas buang, potensi limbah, penghematan
bahan bakar.
Beban lingkungan dari gas buang pembangkit listrik
Keterkaitan antar elemen dalam pengelolaan energi
Elemen tujuan dan kendala dalam pengelolaan energi
Interpretative Structural Modeling.
Tahapan analisis untuk masing-masing aspek sebagai berikut : a). Potensi Sumber Energi Terbarukan
Analisis ini digunakan untuk memproyeksikan ketersediaan sumberdaya alam lokal sebagai sumber energi. Aspek yang dianalisis terdiri atas kecepatan dan sebaran angin secara temporal, radiasi matahari, dan luas lahan potensial untuk pengembangan tanaman penghasil BBN. Diagram alir analisis potensi sumber energi terbarukan seperti pada Gambar 3.6.
Data kecepatan angin, radiasi matahari, karakteristik lahan dan iklim
Mulai
Deskripsi sebaran tenaga angin dan matahari secara temporal, kesesuaian lahan dan iklim untuk pengembangan tanaman BBN
Proyeksi tenaga angin, matahari dan produksi BBN untuk pembangkit listrik
Koefisien pertumbuhan energi terbarukan
b). Neraca Energi
Neraca energi digunakan untuk memproyeksikan tingkat pemenuhan energi berdasarkan perkembangan konsumsi energi pada tiap sektor, dan pasokan setiap jenis sumber energi. Diagram alir analisis neraca energi seperti pada Gambar 3.5.
Data pemakaian energi
Data daya mampu sumber energi Mulai
Pertumbuhan kebutuhan energi. Perkembangan pasokan energi
Proyeksi kebutuhan dan pasokan energi
Kaji akurasi proyeksi kebutuhan dan pasokan energi (menggunakan selang kepercayaan R2)
R2memuaskan
Tidak
Ya Koefisien pertumbuhan kebutuhan dan pasokan energi
Gambar 3.5 Diagram alir analisis neraca energi
c). Kelayakan Finansial
Analisis ini digunakan untuk menilai kelayakan pengembangan energi berbasis sumberdaya lokal di pulau kecil dengan kriteria investasi yang terdiri atas NPV, B/C, dan IRR. Diagram alir analisis kelayakan finansial seperti pada Gambar 3.7.
volume dan harga input, volume dan harga output, tingkat bunga bank, spesifikasi teknis pengolahan sumberdaya.
Mulai
Hitung NPV, B/C, IRR, dan BEP
Evaluasi kelayakan
NPV positif, B/C>1, IRR>tingkat bunga bank.
Layak ? Ya Tidak Ya Kriteria kelayakan pemanfaatan sumber energi di pulau-pulau kecil Gambar 3.7 Diagram alir analisis kelayakan finansial
d). Dampak Lingkungan
Analisis ini digunakan untuk menganalisis beban lingkungan dari emisi pembakaran BBM dan BBN terutama kandungan CO, NO2, SO2 dan partikel debu.
Dalam analisis beban lingkungan dilakukan perhitungan selisih emisi BBM terhadap emisi BBN. Pengukuran gas pencemar udara meliputi tahapan pengukuran di lapang dan analisis di laboratorium. Metode pengukuran yang digunakan adalah metode pararosanilin untuk SO2 dan metode Saltzman untuk NO2, sedangkan untuk gas CO
diukur menggunakan detektor tabung gelas dengan pembacaan langsung. • Pengukuran di lapang
Gas SO2 dan NO2 diserap dengan cairan kimia sesuai dengan metode analisis yang
digunakan, sebagai berikut :
SO2 : ke dalam gelas pencontoh gas (impinger) dimasukkan 10 ml larutan TMC
HCl 6 M. Selanjutnya ke dalam larutan tersebut dialirkan gas buang dari cerobong genset dengan laju 0,5 l/menit selama 1 jam.
NO2 : ke dalam impinger dimasukkan pereaksi Griess-Saltzman dan dialirkan gas
buang dari genset dengan laju 0,4 l/menit selama 1 jam.
CO : gas buang dari genset dialirkan ke detektor tabung gelas sebanyak 100 ml menggunakan pompa udara. Kandungan CO ditunjukkan dengan perubahan warna pada skala gelas tersebut.
• Analisis laboratorium
SO2 : setelah pengukuran di lapang, cairan enyerap SO2 dari impinger dimasukkan
ke dalam labu ukur 25 ml, ditambahkan 1 ml larutan asam sulfamat 0,6%, biarkan selama 5 menit. Tambahkan 2 ml larutan formaldehid dan 1 ml larutan kerja pararosanilin, volume dijadikan 25 ml. Absorbansi diukr pada panjang gelombang 540 nm. Penentuan konsentrasi SO2 dilakukan dengan
membandingkan hasil pengukuran tersebut dengan kurva standar.
Untuk membuat kurva standar, ke dalam 6 buah labu ukur 25 ml dimasukkan masing-masing 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; dan 2,5 ml larutan SO2–TCM 10 µg
tambahkan 10 ml larutan penyerap TCM 0,04 M dan 1 ml asam sulfamat 0,6%. Selanjutnya ditambahkan 2 ml larutan formaldehid dan 1 ml larutan pararosanilin, dan volume dijadikan 25 ml. Biarkan larutan selama 30 menit dan selanjutnya masing-masing larutan dalam labu ukur diukur absorbansinya pada panjang gelombang 540 nm, dan dibuat kurva standar. NO2 : Setelah pengukuran di lapang, larutan penyerap NO2 yaitu pereaksi
Griess-Saltzman yang sudah menyerap NO2 diukur absorbansinya pada panjang
gelombang 550 nm. Dengan mengunakan kurva standar, maka dapat ditentukan jumlah NO2 yang diserap, dengan mengetahui laju aliran gas
buang dan lama pengukuran di lapang, maka dapat ditentukan kandungan NO2 pada gas buang.
• Evaluasi beban lingkungan
Untuk menilai perubahan beban lingkungan sebagai akibat pemanfaatan sumber energi terbarukan, dilakukan penghitungan selisih konsentrasi CO, NOx, SOx, dan partikel debu dari PLTB, PLTS dan bahan bakar nabati terhadap bahan bakar solar
berdasarkan kontribusi masing-masing sumber energi terhadap produksi listrik unit jaringan Nusa Penida.
f). Keterkaitan antar elemen
Analisis ini digunakan untuk mengidentifikasi hubungan antar elemen dan mengembangkan kelembagaan untuk pengelolaan energi di pulau kecil. Diagram alir analisis keterkaitan antar elemen seperti pada Gambar 3.8.
Mulai
Hubungan kontekstual antar elemen
Structural Self Interaction Matrix (SSIM)
Identifikasi elemen dalam sistem pengelolaan energi di pulau kecil
Perubahan simbolik matrik SSIM menjadi matrik biner (Reachability Matrix)
Klasifikasi elemen ke dalam level yang berbeda dari struktur ISM (Level Partitioning)
Pengelompokan elemen dalam level yang sama (Canonical Matrix)
Pemindahan semua transitivitas menjadi bentuk digraph
Model Struktural (ISM)
Rancangan kelembagaan pengelolaan energi Gambar 3.8 Diagram alir analisis keterkaitan antar elemen
3.3.5. Permodelan Sistem
Model yang dibangun menggambarkan abstraksi dari obyek atau situasi aktual yang memperlihatkan hubungan-hubungan langsung atau tidak langsung serta kaitan timbal balik setiap aspek yang terkait dalam pengelolaan energi di pulau kecil. Untuk kasus Nusa Penida, model yang dibangun terdiri atas 3 submodel, yaitu (1) submodel potensi sumber energi terbarukan, (2) submodel neraca energi, dan (3) submodel dampak
lingkungan. Hasil kajian mengenai kelayakan finansial dan keterkaitan antar elemen merupakan faktor kondisional (yang juga dapat dijadikan komponen kebijakan) dalam simulasi model. Dengan pendekatan model dinamis dapat dilakukan simulasi terhadap peubah-peubah yang diinginkan, sehingga pengguna mendapat beberapa alternatif keputusan yang diperlukan dalam pengelolaan energi berwawasan lingkungan di pulau-pulau kecil.
3.3.6. Validasi Model
Validasi model dilakukan terhadap kinerja atau keluaran model, yaitu membandingkan hasil keluaran model dan data lapangan. Validasi kinerja dapat dilakukan dengan memverifikasi data lapangan berdasarkan standar penyimpangan data (root mean square error) pada masing-masing level keluaran model dengan tingkat perbedaan maksimal dari nilai rata-rata data empirik sebesar 10% berdasarkan persamaan (Ortiz et al., 2005): ...(3)
E
=∑
(
)
= − n j j ij i P T n 1 2 1 Keterangan : Ei = Standar penyimpangan (RMSE)n = Jumlah simulasi Pij = Nilai data simulasi
Tj = Nilai rata-rata data empirik
Model dinyatakan valid jika hasil pengujian (verifikasi) sesuai dengan data lapangan. Hasilnya dianggap dapat digunakan untuk mensimulasikan atau memproyeksikan keadaan yang diperkirakan terjadi di masa mendatang. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan kebutuhan lainnya, maka verifikasi dan validasi bisa dikembangkan menjadi sebuah langkah sistematis yang berupaya untuk memberikan umpan balik pada model konseptual sehingga dapat dilakukan perbaikan sebelum diimplementasikan (Eriyatno dan Sofyar, 2007).
3.3.7. lmplementasi Model
Model diimplementasikan untuk melakukan proyeksi terhadap pemenuhan kebutuhan energi, substitusi energi terbarukan terhadap BBM, dan penurunan beban lingkungan di masa mendatang. Berdasarkan hasil proyeksi, dilakukan simulasi faktor kondisional dan kebijakan untuk mencapai pemenuhan kebutuhan energi secara berkesinambungan.
