663
ANALISIS POTENSI ANGIN WILAYAH AMBON SEBAGAI ALTERNATIF ENERGI TERBARUKAN BERBASIS WIND ENERGY
Zumrotus Sya’diyah
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Diterima 28-08-2014; Terbit 27-11-2014
ABSTRACT
Wind velocity is the most important part in determining the electrical power which can be produced by the wind. Renewable energy bases wind energy can be implementable in Ambon if the wind produced in Ambon area gives the sufficient amount of electrical energy. In this research, the data of wind velocity analyzed using Matlab2009. The result shows that the wind produced in Ambon area is included into the potencial wind class. This means that renewable energy can be developed in Ambon. This conclusion is supported by the increasing of wind velocity each year. So, the electrical energy can be produced increasingly potential.
Keywords: Wind Potention, Wind Velocity, Electrical Energy, Renewable Energy.
PENDAHULUAN
Saat ini Indonesia khususnya dan dunia pada umumnya sedang mengalami suatu keadaan yang disebut krisis bahan bakar minyak.Krisis ini membuat setiap Negara di dunia, terutama Indonesia mengambil tindakan untuk dapat meminimalisir dampak dari krisis ini.Salah satu langkah yang diambil pemerintah adalah dengan menaikkan harga BBM.Namun, bukan krisis ini saja yang harus ditanggulangi. Dalam kurun waktu 10 tahun ke depan, telah diperkirakan oleh para ahli bahwa dunia akan mengalami krisis energi. Indonesia dipastikan tanpa listrik 10 tahun lagi jika pemerintah masih belum dapat menemukan dan mengembangkan energi alternatif, dalam hal ini energi terbarukan[1].
Maluku, sebagai salah satu daerah kepulauan di Indonesia, mempunyai banyak potensi energi terbarukan yang belum dimanfaatkan secara optimal. Diantaranya adalah, energi gelombang air laut, energi matahari, dan energi angin.Berdasarkan letak
geografisnya, Maluku memiliki perputaran angin yang cukup kuat yang selama ini belum banyak dimanfaatkan oleh masyarakat.Alam menyediakan banyak sumber daya yang bisa diolah menjadi energi alternatif.Angin termasuk salah satunya.Angin merupakan salah satu bentuk dari energi matahari.Panas matahari yang tidak merata pada atmosfer, permukaan bumi yang tidak teratur, dan rotasi bumi adalah beberapa sebab terbentuknya angin.Pola aliran angin bergantung pada daerah lapang yang ada di bumi volume air dan adanya tumbuhan. Manusia menggunakan aliran ini untuk berbagai keperluan[2]. Diantaranya adalah untuk menerbangkan layang-layang, menggiling padi, memompa air bahkan untuk membangkitkan listrik. Dalam penelitian ini yang akan dibahas adalah potensi angin di daerah Maluku, khususnya kota Ambon, dalam kaitannya dengan pembangkitan energi listrik berbasis aliran angin (wind energy). Untuk itu, daya yang dihasilkan oleh angin sangatlah dipengaruhi oleh besarnya kecepatan
664
angin.Data kecepatan angin akan diolah dengan menggunakan program Matlab2009a.Sesuai dengan latar belakang yang telah dipaparkan di atas, maka peneliti merasa perlu untuk melakukan penelitian dengan judul “Analisis Potensi Kecepatan Angin Ambon Sebagai Alternatif Energi Terbarukan Berbasis Wind Energy”.
TINJAUAN PUSTAKA
Dalam paper ini akan diselidiki potensi angin yang dimiliki oleh daerah Maluku, khususnya wilayah Ambon, dalam kaitannya dengan energi terbarukan berbasis wind energy. Untuk itu, perlu dijelaskan teori pendukung penelitian terlebih dahulu.
Angin dan Potensinya
Angin terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara atau perbedaan suhu udara pada suatu daerah atau wilayah.Hal ini berkaitan dengan besarnya
energi panas matahari yang diterima oleh permukaan bumi. Pada suatu wilayah, daerah yang menerima energi panas matahari lebih besar akan mempunyai suhu udara yang lebih panas dan tekanan udara yang cenderung lebih rendah. Sehingga akan terjadi perbedaan suhu dan tekanan udara antara daerah yang menerima energi panas lebih besar dengan daerah lain yang lebih sedikit menerima energi panas. Akibatnya akan terjadi aliran udara pada wilayah tersebut.
Terjadinya angin disebabkan oleh 4 faktor [4], yaitu:
1. Adanya perbedaan temperature dan tekanan udara
2. Adanya rotasi bumi
3. Adanya ketidakteraturan permukaan bumi (adanya gunung, lembah, daratan dan lautan)
4. Adanya partikel-partikel yang terkandung dalam udara (uap air, debu dan asap) Syarat-syarat angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada tabel berikut [2]:
Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin dan Kriterianya Tingkat kecepatan angin 10 m di atas permukaan tanah Kelas
Angin
Kecepatan
Angin (m/s) Kondisi Alam di Daratan 1 0,0 – 0,2 -
2 0,3 – 1,5 Angin tenang, asap lurus ke atas 3 1,6 – 3,3 Asap bergerak mengikuti arah angin
4 3,4 – 5,4 Wajah terasa ada angin, daun-daun bergoyang pelan, petunjuk arah angin bergerak
5 5,5 – 7,9 Jalan berdebu, kertas beterbangan, ranting pohon bergoyang 6 8,0 – 10,7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar
7 10,8 – 13,8 Ranting pohon besar bergoyang, air plumpang berombak kecil 8 13,9 – 17,1 Ujung pohon melengkung, hembusan angin terasa di telinga 9 17,2 – 20,7 Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat melawan arah angin 10 20,8 – 24,4 Dapat mematahkan ranting pohon, rumah roboh
11 24,5 – 28,4 Dapat merobohkan pohon, menimbulkan kerusakan 12 28,5 – 32,6 Menimbulkan kerusakan parah
13 32,7 – 36,9 tornado
Dari Tabel 2.1 dapat dilihat bahwa kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik adalah angin kelas 3 sebagai batas minimum dan angin kelas 8 sebagai batas maksimum.
Hubungan Daya dengan Kecepatan Angin Menurut ilmu fisika klasik, energi kinetic dari suatu benda dengan massam dan kecepatan v dapat diberikan oleh persamaan berikut:
665
22
1
v
m
E
……….……….(2.1)dengan asumsi bahwa besar kecepatan benda pada Persamaan (2.1), yaitu v, tidak
mendekati kecepatan cahaya (
3
.
10
8m
s
). Persamaan (2.1) juga berlaku untuk menghitung energi kinetik yang diakibatkan oleh gerakan angin. Oleh sebab itu, secara umum energi kinetik dari gerakan angin dapat diberikan oleh: 22
1
v
m
E
……….……….(2.2) dengan
E
Energi (J)
m
Massa udara (Kg)
v
Kecepatan angin (m
s
)Jika suatu blok udara yang mempunyai luas penampang
A
m
2 dan bergerak dengan kecepatanv
m
s
, maka jumlah udara yang melewati suatu tempat dapat dihitung sebagaimana persamaan berikut:q
v
A
m
……….……….(2.3) dengan
m
Massa udara per waktu (Kg
/
s
)
A
Luas penampang (m
2)
v
Kecepatan angin (m
s
)
q
Kepadatan udara (Kg
m
3)Dari Persamaan (2.2) dan (2.3) dapat dicari daya yang dihasilkan oleh energi angin adalah sebagai berikut:
2 22
1
2
1
v
q
v
A
v
m
P
32
1
v
q
A
………(2.4) dengan
P
Daya (Watt)
A
Luas penampang (m
2)
v
Kecepatan angin (m
s
)
q
Kepadatan udara (Kg
m
3)Agar Persamaan (2.4) dapat digunakan secara lebih praktis, maka persamaan tersebut disederhanakan bentuknya dengan hanya memperhatikan besaran kecepatan angin dan luas penampang sudu turbin.Hal ini disebabkan karena luas penampang adalah variabel yang bergantung pada luas penampang sudu. Sehingga persamaan tersebut menjadi:
3
v
A
k
P
………..(2.5) dengan
P
Daya (Watt)
k
Konstanta (1
.
37
10
5)
A
Luas penampang (Km
2)
v
Kecepatan angin (Km
jam
)Kemudian bentuk Persamaan (2.5) dapat disederhanakan lagi dengan hanya memperhatikan besaran kecepatan angin saja, yakni: 3
1
.
0
v
P
………(2.6) dengan
P
Daya (Watt)
v
Kecepatan angin (Km
jam
)Persamaan (2.6) adalah persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung estimasi kasar daya yang dapat dihasilkan dari suatu besaran energi angin tertentu.Persamaan ini banyak digunakan dalam menentukan potensi angin yang dimiliki suatu daerah dikarenakan oleh bentuk persamaan yang sangat sederhana dan murni hanya bergantung pada kecepatan angin. Hal ini menjadikan interpretasi hasil antara kecepatan angin dan
666
daya yang dihasilkan menjadi lebih mudah ditarik kesimpulannya[2].PEMBAHASAN
Dalam bab ini akan dipaparkan tentang potensi angin yang dimiliki wilayah Ambon dalam kaitannya dengan energi terbarukan. Dalam pembahasannya nanti akan digunakan teori-teori pendukung yang telah dijelaskan pada Bab sebelumnya.
Deskripsi dan Kualifikasi Potensi Angin Wilayah Ambon
Secara teoritis, letak geografis dan iklim di wilayah Maluku, khususnya Ambon mempunyai potensi yang besar. Untuk itu, berikut ini merupakan data kecepatan angin kota Ambon yang diperoleh dari BMKG wilayah Maluku. Data ini menampilkan besarnya kecepatan angin rata-rata per bulan selama 5 tahun terakhir.Data ini dipandang sangat mewakili kondisi angin yang terjadi di Maluku, khususnya wilayah Ambon.
Tabel 4.1.Data Besar Kecepatan Angin di Wilayah Ambon.
Bln 2009 2010 2011 2012 2013
knot m/s knot m/s knot m/s knot m/s knot m/s
1 3.61 1.88 4.16 2.16 3.42 1.78 4.52 2.35 4.74 2.47 2 3.79 1.97 4.14 2.15 3.64 1.89 4.31 2.24 4.48 2.33 3 3.81 1.98 3.87 2.01 3.45 1.79 4.32 2.25 4.9 2.55 4 3.77 1.96 3.67 1.91 3.03 1.58 4.27 2.22 4.33 2.25 5 3.42 1.78 3.48 1.81 3.39 1.76 4.19 2.18 4.03 2.1 6 3.17 1.65 3.27 1.7 4.73 2.46 4.43 2.31 3.97 2.06 7 4.32 2.25 3.29 1.71 4.94 2.57 5.65 2.94 4.42 2.3 8 4.39 2.28 3.48 1.81 5.23 2.72 5.16 2.68 4.61 2.4 9 3.83 1.99 3.6 1.87 4.53 2.36 4.57 2.37 5 2.6 10 3.68 1.91 3.71 1.93 4.16 2.16 4.61 2.4 4.87 2.53 11 3.83 1.99 3.73 1.94 4.4 2.29 4.93 2.57 12 3.77 1.96 3.65 1.9 4.03 2.1 4.77 2.48
Dalam Tabel 2.1 belum dapat dilihat tingkat perubahan besar kecepatan angin yang terjadi di wilayah Ambon per bulannya.Untuk itu, perlu digambarkan dalam suatu grafik agar kecendererungan besaran kecepatan angin di
wilayah Ambon dapat dilihat dengan lebih jelas.Berikut ini adalah tampilan grafik besar kecepatan angin tiap bulan yang rekapitulasi selama 5 tahun terakhir.
667
Gambar 4.1. Grafik Kecepatan Angin Per Bulan Dalam 5 Tahun Terakhir Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa
besar kecepatan angin yang terjadi di wilayah Ambon tidak terlalu menunjukkan perubahan pada 3 bulan awal tiap tahunnya.Selanjutnya cenderung menurun pada tiga bulan berikutnya, yakni pada bulan ke-4 sampai bulan ke-6.Hal ini ditunjukkan dengan grafik pada bulan ini yang cenderung menurun tiap tahunnya.
Selanjutnya, data yang ditampilkan pada Tabel 4.1 diinterpretasikan berdasarkan
kualifikasi kelas angin yang telah dijelaskan pada Bab II, yaitu pada Tabel 2.1.kualifikasi tersebut merupakan pengklasifikasian besar kecepatan angin (dalam m/s) menjadi beberapa kualifikasi (kelas) angin. Kualifikasi ini dibuat dengan memperhatikan besar efek yang dapat ditimbulkan angin dengan besar kecepatan yang bervariasi.Berikut ini adalah hasil kualifikasi besar kecepatan angin berdasarkan kriteria yang telah disebutkan sebelumnya pada Tabel 2.1.
Tabel 4.3. Kualifikasi Kelas Kecepatan Angin Wilayah Ambon Per Bulan
Bln 2009 2010 2011 2012 2013 m/s Kls m/s Kls m/s Kls m/s Kls m/s Kls 1 1.88 3 2.16 3 1.78 3 2.35 3 2.47 3 2 1.97 3 2.15 3 1.89 3 2.24 3 2.33 3 3 1.98 3 2.01 3 1.79 3 2.25 3 2.55 3 4 1.96 3 1.91 3 1.58 3 2.22 3 2.25 3 5 1.78 3 1.81 3 1.76 3 2.18 3 2.1 3 6 1.65 3 1.7 3 2.46 3 2.31 3 2.06 3 7 2.25 3 1.71 3 2.57 3 2.94 3 2.3 3 8 2.28 3 1.81 3 2.72 3 2.68 3 2.4 3 9 1.99 3 1.87 3 2.36 3 2.37 3 2.6 3 10 1.91 3 1.93 3 2.16 3 2.4 3 2.53 3 11 1.99 3 1.94 3 2.29 3 2.57 3 12 1.96 3 1.9 3 2.1 3 2.48 3 Telah dipaparkan sebelumnya pada
Bab II bahwa kelas kecepatan angin yang berpotensi dalam menghasilkan daya dari energi angin adalah besaran kecepatan angin
yang berada pada kelas 3 sampai dengan kelas 8. Kualifikasi tersebut dengan lebih jelas dapat dilihat dalam Tabel 4.4 sebagai berikut:
Tabel 4.4. Kualifikasi Potensi Kecepatan Angin
Bln 2009 2010 2011 2012 2013
m/s Kual m/s Kual m/s Kual m/s Kual m/s Kual 1 1.88 P 2.16 P 1.78 P 2.35 P 2.47 P 2 1.97 P 2.15 P 1.89 P 2.24 P 2.33 P 3 1.98 P 2.01 P 1.79 P 2.25 P 2.55 P 4 1.96 P 1.91 P 1.58 P 2.22 P 2.25 P 5 1.78 P 1.81 P 1.76 P 2.18 P 2.1 P 6 1.65 P 1.7 P 2.46 P 2.31 P 2.06 P
668
7 2.25 P 1.71 P 2.57 P 2.94 P 2.3 P 8 2.28 P 1.81 P 2.72 P 2.68 P 2.4 P 9 1.99 P 1.87 P 2.36 P 2.37 P 2.6 P 10 1.91 P 1.93 P 2.16 P 2.4 P 2.53 P 11 1.99 P 1.94 P 2.29 P 2.57 P 12 1.96 P 1.9 P 2.1 P 2.48 PKeterangan: P = Kecepatan angin tergolong kualifikasi potensial Dari Tabel 4.4 dapat disimpulkan
bahwa kecepatan angin yang ada di wilayah Ambon sangat potensial dalam menghasilkan daya listrik berbasis energi angin.Kesimpulan ini dapat diambil dengan memperhatikan penjelasan sebelumnya mengenai kenaikan besar kecepatan angin tiap tahun dan kriteria kualifikasi kelas angin yang terjadi di wilayah Ambon tiap bulannya. Selanjutnya, dalam sub bab berikutnya akan dibahas mengenai besar daya yang dapat dihasilkan oleh suatu besaran kecepatan angin tertentu, dalam hal ini besar kecepatan angin yang terjadi di wilayah Ambon.
3.2 Estimasi Daya yang Dihasilkan Angin di Wilayah Ambon
Sesuai dengan penjelasan sebelumnya bahwa besar daya yang dihasilkan oleh angin, dalam hal ini besar daya yang hanya memperhatikan kecepatan angin dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6).Persamaan ini kemudian diaplikasikan dengan menggunakan Program Matlab 2009a.sehingga diperoleh data mengenai besar daya yang dapat dihasilkan kecepatan angin tiap bulan di wilayah Ambon. Data tersebut dapat dilihat dalam Tabel 4.5.
Tabel 4.5. Besar Daya yang Dapat Dihasilkan Kecepatan Angin Wilayah Ambon 5 Tahun Terakhir Bln 2009 2010 2011 2012 2013 Kec (km/jm) Daya (Watt) Kec (km/jm) Daya (Watt) Kec (km/jm) Daya (Watt) Kec (km/jm) Daya (Watt) Kec (km/jm) Daya (Watt) 1 6.691 30 7.707 45.8 6.333 25.4 8.364 58.5 8.782 67.7 2 7.011 34.5 7.673 45.2 6.747 30.7 7.983 50.9 8.302 57.2 3 7.05 35 7.169 36.8 6.392 26.1 8.005 51.3 9.081 74.9 4 6.976 33.9 6.791 31.3 5.618 17.7 7.902 49.3 8.025 51.7 5 6.333 25.4 6.452 26.9 6.273 24.7 7.766 46.8 7.468 41.6 6 5.865 20.2 6.050 22.1 8.766 67.4 8.211 55.3 7.346 39.6 7 8.005 51.3 6.094 22.6 9.141 76.4 10.45 114 8.185 54.8 8 8.125 53.6 6.452 26.9 9.678 90.7 9.559 87.3 8.543 62.4 9 7.099 35.8 6.667 29.6 8.396 59.2 8.457 60.5 9.26 79.4 10 6.811 31.6 6.87 32.4 7.707 45.8 8.543 62.4 9.021 73.4 11 7.099 35.8 6.914 33.1 8.149 54.1 9.137 76.3 12 6.99 34.2 6.751 30.8 7.468 41.6 8.842 69.1
Dari Tabel 4.5 dapat dilihat bahwa daya yang dapat dihasilkan oleh besar kecepatan angin di wilayah Ambon berkisar antara 17.7 watt sampai 114 watt.Hal ini menunjukkan bahwa besar
669
kecepatan angin yang dimiliki wilayah Ambon sangat potensial untuk dikembangkan dalam kaitannya dengan energi terbarukan berbasis tenaga angin.
Gambar 4.3. Grafik Besar Daya yang Dapat Dihasilkan Tiap Tahun Data besar daya yang dihasilkan
belum dapat memberikan gambaran kenaikan dan atau penurunan terhadap besar daya yang akan dihasilkan yang dapat dialami bagi pengembangan energi terbarukan berbasis tenaga angin. Berikut ini adalah jumlah rata-rata daya yang dapat diperoleh tiap tahun, yang digambarkan pada Grafik 4.3.Diharapkan dari gambaran ini dapat dilakukan prediksi terhadap penurunan dan atau kenaikan besar daya yang mungkin dihasilkan tiap tahunnya.
Dari Gambar 4.3 terlihat bahwa besar daya yang bisa dihasilkan mengalami kenaikan yang cukup drastis dari tahun ke tahun.Penurunan hanya terjadi pada tahun 2010 dan 2013.Penurunan besar daya pada tahun 2013 diebabkan karena data kecepatan yang diperoleh belum mencakup seluruh data sepanjang tahun, melainkan hanya 10 bulan saja.
Dari penjelasan sebelumnya pada Bab 4.1 dan 4.2 dapat dilihat bahwa potensi angin yang dimiliki wilayah Ambon sangat potensial jika dikembangkan energi terbarukan berbasis tenaga angin.Hal ini tercermin dari besar kecepatan angin yang tiap tahun menunjukkan peningkatan hingga 13.85%.Selain itu, besar
kecepatan angin yang terjadi di wilayah Ambon masuk pada kelas angin ke-3.
Berdasarkan pemaparan pada Bab II, dalam hal ini sub bab 2.1, diperoleh keterangan bahwa besar kecepatan angin yang dikategorikan potensial dalam kaitannya dengan energi terbarukan berbasis tenaga angin adalah angin pada kelas ke-3 sampai ke-8. Selanjutnya, dari data besar kecepatan angin yang diperoleh dari BMKG Provinsi Maluku, diperoleh bahwa tiap bulan dalam kurun waktu 5 tahun terakhir ini, besar kecepatan angin yang teradi di wilayah Ambon termasuk pada angin kelas ke-3. Sehingga dari hal ini dapat ditarik kesimpulan bahwa besar kecepatan angin di wilayah Ambon masuk kategori potensial dalam pengembangan energi terbarukan berbasis tenaga angin. Selanjutnya, dari pembahasan terhadap besar daya yang dapat dihasilkan oleh besaran kecepatan angin di wilayah Ambon, dapat diperoleh berkisar antara 17.7 watt sampai 114 watt. Selain itu, diperkirakan terjadi peningkatan terhadap jumlah daya yang dapat dihasilkan bagi wilayah Ambon, yakni hingga mencapai 45.96%.Besar daya ini diperoleh dengan hanya memperhatikan
670
besaran kecepatan angin yang ada di wilayah Ambon.Dari kedua kriteria tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa besar kecepatan angin yang dimiliki wilayah Ambon sangat potensial untuk pengembangan energi terbarukan berbasis tenaga angin.Hal ini dijelaskan melalui kelas dan kategori besar kecepatan angin dan jumlah daya yang dapat dihasilkan dari besaran kecepatan angin yang terjadi di wilayah Ambon.
KESIMPULAN
Dari pembahasan yang telah dijelaskan pada Bab sebelumnya, dapat ditarik kesimpulan bahwa besar kecepatan angin yang dimiliki wilayah Ambon sangat potensial untuk pengembangan energi terbarukan berbasis tenaga angin.Hal ini dijelaskan melalui kelas dan kategori besar kecepatan angin dan jumlah daya yang dapat dihasilkan dari besaran kecepatan angin yang terjadi di wilayah Ambon.
SARAN
Saran yang diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah menyelidiki desain baling-baling/turbin angin yang sesuai dengan kondisi angin yang ada di wilayah Ambon agar dapat menghasilkan besar daya yang optimal. DAFTAR PUSTAKA
[1]. http://www.articlesnatch.com/
Bagaimana Bekerja Energi Angin: All The Facts. 5 Maret 2013.
[2]. Donovan, S. 2009. Pemanfaatan Energi Angin. Jurusan Teknik MIPA Universitas Auckland, Selandia Baru. [3]. www.google.com/fisika_energi/Bab_6_
energi_angin. 10 Maret 2013
[4]. Jajuli, Holid. 2009. Merancang Alat Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Sederhana. Institut Teknologi Bandung Press.
[5]. www.wikipedia.com/turbin_angin.15 Maret 2013.
