Energi Air
Energi Air
• Kandungan Energi Air :
Kandungan Mekanis
1. Energi Air Terjun•Kandungan energi air dalam bentuk mekanis pada dasarnya memanfaatkan energi potensial berupa air terjun.
•Besarnya energi potensial air terjun :
E
p= m.g.h
m = massa air (kg) g = gravitasi (kg/m2)
2. Energi Pasang Surut
•Permukaan air laut terpengaruh oleh posisi bulan, di mana jarak terdekat dengan bulan menghasilkan
permukaan air paling tinggi (air pasang/rob).
Energi Pasang Surut
•Perbedaan aras permukaan air laut saat pasang dan saat surut menghasilkan kandungan energi.
•Energi ini bisa dimanfaatkan dengan mengkonversi ke bentuk energi mekanis berupa aliran air ke waduk.
Kandungan Thermis
Energi Thermal Air Laut
•Suhu permukaan air laut (di daerah katulistiwa) sekitar
25-30oC, sedangkan suhu di kedalaman 500 meter turun hingga 5-7oC.
•Perbedaan suhu merupakan simpanan energi yang bisa
dimanfaatkan dengan prinsip thermodinamika.
•Beberapa jenis gas seperti freon, amonia, propan di mana
memiliki titik didih yang rendah bisa digunakan untuk menggerakkan turbin.
•Zat kerja ini bisa dididihkan dengan air di permukaan air
laut sehingga menghasilkan energi mekanis (tekanan),
• Kategori energi samudera :
1. Energi ombak (wave energy)
2. Energi pasang surut (tidal energy)
3. Energi hasil konversi panas laut (ocean thermal energy conversion).
• Prinsip sederhana dari pemanfaatan ketiga bentuk
energi ini : mengubahnya menjadi energi kinetik untuk memutar turbin yang selanjutnya menggerakkan
1. Sistem Off-shore : di lepas pantai dengan kedalaman 40 meter. Tenaga dihasilkan dari gerakan naik-turunnya pipa pengapung di permukaan yang mengikuti gerakan gelombang yang selanjutnya menggerakkan piston.
2. Sistem On-shore : di tepi pantai. Ada 3 jenis : a. channel system
b. float system
c. oscillating water column system.
Pada prinsipnya, energi mekanik yang tercipta dari sistem-sistem ini mengaktifkan generator secara langsung dengan
mentransfer gelombang fluida (air atau udara penggerak) yang kemudian mengaktifkan turbin generator.
Sistem On-shore
b. Float System :
Ada empat teknologi energi gelombang: • sistem rakit Cockerell
• tabung tegak Kayser • pelampung Salter
• tabung Masuda
Cockerell • Berbentuk untaian rakit
Tabung Tegak Kayser
• Menggunakan pelampung yang
bergerak naik turun dalam
tabung karena adanya tekanan air. Gerakan relatif antara pelampung dan tabung
menimbulkan tekanan hidrolik yang dapat diubah menjadi energi listrik.
Pelampung Salter
• Memanfaatkan gerakan relatif antara bagian atau pembungkus
luar (external hull) dan bandul didalamnya (internal pendulum) untuk diubah menjadi energi mekanik.
Tabung Masuda
• Memanfaatkan gerak gelombang laut masuk ke dalam ruang
bawah dalam pelampung dan menimbulkan gerakan
• Aliran masuk dan keluarnya ombak ke dalam ruangan khusus menyebabkan terdorongnya udara keluar dan masuk melalui saluran di atas ruang tersebut
aliran udara memutar turbin yang
menggerakkan generator.
• Masalah utama dengan desain ini
adalah ketahanan struktur bangunan terhadap ombak yang mengganas di musim angin barat.
• Kelebihan:
• Tidak menghasilkan limbah. • Mudah dioperasikan.
• Biaya perawatan rendah.
• Bisa menghasilkan energi dalam jumlah memadai. • Kekurangan :
• Energi yang dihasilkan tidak stabil karena bergantung pada kondisi ombak; kadang dapat energi, kadang pula tidak.
• Hanya bisa dibangun di lokasi yang ombaknya cukup kuat dan muncul secara konsisten.
Fakta di Indonesia :
• Luas perairan Indonesia hampir 60% dari total luas
wilayah sebesar 1.929.317 km2
• Panjang bentangan Timur ke Barat sepanjang 5.150 km
dan bentangan Utara ke Selatan 1.930 km Indonesia
• Pada musim hujan, angin umumnya bergerak dari Utara Barat Laut dengan kandungan uap air dari Laut Cina Selatan dan Teluk Benggala.
• Di musim Barat, gelombang air laut naik dari biasanya di
sekitar P.Jawa. menguntungkan PLT pasang surut.
• Pasang surut terjadi karena adanya gaya tarik benda langit (khususnya bulan dan matahari) pada air laut. gaya tarik
bulan 2.2x lebih besar dibanding gaya tarik matahari. • Periode pasang laut : waktu antara puncak atau lembah
1. Metode Dam Pasang-Surut (tidal barrages)
• Dam pasang-surut ukurannya jauh lebih besar dibanding dam air sungai untuk PLTA.
• Dam biasanya dibangun di muara sungai di mana terjadi pertemuan antara air sungai dengan air laut.
2. Turbin lepas pantai (
offshore turbines
)
• Turbinnya lebih menyerupai pembangkit listrik tenaga angin versi bawah laut.
Seagen Tidal Turbines buatan Marine Turbine Com.
Tidal Stream Turbines buatan Swan Turbines
• Keunggulannya dibandingkan metode dam : • biaya instalasi lebih murah.
• dampak lingkungan relatif lebih kecil dibanding pembangunan dam.
• Teknologi MCT bekerja seperti pembangkit listrik tenaga angin yang dibenamkan di bawah laut.
• Menggunakan dua buah baling dengan diameter 15-20 meter memutar rotor yang menggerakkan generator yang terhubung kepada sebuah kotak gir (gearbox). • Turbin mampu menghasilkan 750-1500 kW per
unitnya, dan dapat disusun dalam barisan sehingga menjadi ladang pembangkit listrik berskala besar.
• Agar ikan dan makhluk lain tidak terluka oleh alat ini, kecepatan rotor diatur antara 10-20 rpm.
• Teknologi Swan Turbines memiliki perbedaan: baling-balingnya langsung terhubung dengan generator listrik tanpa melalui kotak gir. lebih efisien dan mengurangi
kemungkinan terjadinya kesalahan teknis pada alat. • Perbedaan lain : ST menggunakan pemberat gravitasi
• Teknologi Davis Hydro Turbines milik Blue Energy : poros baling-balingnya vertikal (vertical-axis turbines).
• Perilaku arus laut mirip dengan arus pasang-surut, maka pada prinsipnya sama dengan energi pasang surut, hanya berbeda pada lokasi penempatannya.
• Indonesia mempunyai prospek yang bagus untuk
pengembangan arus laut karena posisi Indonesia yang merupakan tempat pertemuan antara dua arus dari Samudra Hindia dan Samudra Pasifik.
• Indonesia yang terdiri dari 17.000 pulau dan memiliki banyak selat menyebabkan banyak arus laut, akibat adanya pasang-surut yang mengalami percepatan saat melewati selat.
• Kelebihan :
• Tidak membutuhkan bahan bakar shg biaya operasi relatif rendah.
• Tidak menghasilkan gas rumah kaca atau limbah lainnya.
• Produksi listrik stabil.
• Pasang surut air laut bisa diprediksi sehingga waktu produksi bisa diperhitungkan dengan tepat.
• Biaya instalasi jenis turbin lepas pantai relatif rendah dan tidak menimbulkan dampak lingkungan.
• Kekurangan:
• Biaya pembangunan dam yang menutupi muara sungai sangat mahal.
• Memerlukan area yang sangat luas shg berpotensi mengubah ekosistem lingkungan baik ke arah hulu maupun hilir hingga berkilo-kilometer.
• Perbedaan kedalaman air laut menghasilkan perbedaan suhu. Suhu di permukaan laut lebih hangat karena panas dari sinar matahari diserap sebagian oleh permukaan laut, Suhu di bawah permukaan akan turun cukup drastis
sebanding dengan kedalamannya.
• Perbedaan suhu yang bisa digunakan utk membangkitkan listrik minimal sebesar 77° F (25 °C) agar bisa
membangkitkan listrik dengan cukup.
• Pada tahun 1881 Jacques Arsene d’Arsonval (fisikawan
• Disebut juga Ocean Thermal Energy Conversion
(OTEC)
• Berdasarkan siklus yang digunakan, OTEC dapat dibedakan menjadi 3 jenis :
• siklus terbuka (Claude cycle)
a. OTEC siklus terbuka :
Menggunakan air laut permukaan yang hangat
(dari daerah tropis) langsung untuk menguapkan fluida pada ruang khusus bertekanan rendah.
Uap yang dihasilkan digunakan sebagai fluida
penggerak turbin bertekanan rendah.
Uap panas didinginkan kembali oleh air permukaan
b. OTEC siklus tertutup :
Air laut permukaan yang hangat dimasukkan ke
dalam alat penukar panas untuk menguapkan fluida yang mudah menguap seperti amonia.
Uap amonia akan memutar turbin yang
menggerakkan generator.
Uap amonia keluaran turbin selanjutnya
• Fluida kerja yang populer digunakan adalah amonia karena tersedia dalam jumlah besar, murah, dan mudah
ditransportasikan. Sayang amonia beracun dan mudah terbakar.
• Senyawa seperti CFC dan HCFC juga merupakan pilihan yang baik, sayangnya menimbulkan efek penipisan lapisan ozon.
• Hidrokarbon juga dapat digunakan, akan tetapi menjadi tidak ekonomis karena menjadikan OTEC sulit bersaing dengan
pemanfaatan hidrokarbon secara langsung.
• Kelebihan:
• Tidak membutuhkan bahan bakar shg biaya operasi rendah.
• Tidak menghasilkan gas rumah kaca atau limbah lainnya.
• Produksi listrik stabil.
• Bisa dikombinasikan dengan fungsi lainnya:
menghasilkan air pendingin, produksi air minum, suplai air untuk aquaculture, ekstraksi mineral, dan produksi hidrogen secara elektrolisis.
• Kekurangan:
• Jika menggunakan amonia sebagai bahan yang diuapkan bisa menimbulkan potensi bahaya kebocoran yang mencemari lingkungan.
• Efisiensi total masih rendah sekitar 1%-3%. • Biaya pembangunan tidak murah.
• Belum bisa menghasilkan daya yang tinggi. • Pembangunan konstruksi berisiko rusaknya
ekosistem pantai.
• Carilah sumber baru EBT yang benar-benar “baru” (belum pernah ada sebelumnya).
• Sumber boleh berasal dari mana saja, asalkan mampu menghasilkan energi, khususnya energi listrik.
• Boleh mengeksplorasi bahan dari Internet,tetapi harus ditulis dengan bahasa sendiri (dilarang copy-paste).
Energi Kimiawi Air
• Air menutupi hampir 71% permukaan Bumi. Terdapat 1,4 triliun kilometer kubik (330 juta mil³) tersedia di Bumi. • Unsur kimiawi air : H2O
• Hidrogen : gas yang amat mudah terbakar potensial
sebagai sumber energi.
• Oksigen : zat asam yang diperlukan dalam pembakaran. • Permasalahan : bagaimana mengekstrasi hidrogen dan
oksigen menjadi gas yang lepas. • Dua metode yang umum :
1. Elektrolisis
Elektrolisis
• Molekul air bisa diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengaliri arus listrik (elektrolisis).
• Pada katode, dua molekul air bereaksi dengan
menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidroksida (OH-).
• Sementara itu pada anode, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke katode.
• Ion H+ dan OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air.
• Menggunakan cahaya matahari sebagai sumber energi untuk memecah air menjadi elemen-elemen hidrogen dan oksigen.
• Metodenya menggunakan sejumlah besar cermin akan memusatkan cahaya matahari ke satu titik di atas
menara pusat sehingga suhu naik hingga 1.350 derajat C. • Energi tersebut dikirim ke tabung reaktor yang
mengandung oksida logam, yang jika dipanaskan akan melepaskan atom-atom oksigen. Hal itu akan menyebab-kan unsur-unsur mencari atom-atom oksigen baru.
• Ketika uap yang dihasilkan dari air mendidih dalam
tabung reaktor ditambahkan, molekul-molekul oksigen akan menempel pada oksida logam, membebaskan
Resonator
• Resonansi : peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain yang bergetar dan memiliki frekuensi yang sama atau kelipatan bilangan bulat dari frekuensi itu.
• Benda apapun dengan frekuensi resonansi yang sesuai akan ikut bergetar dengan amplitudo maksimal.
Efek agitasi
• Ikatan molekul H2O bisa dipecah dengan efek agitasi
(goncangan molekuler).
• Efek agitasi bisa didapat dengan menggetarkan air
secara elektromagnetik maupun secara akustik dengan menggunakan resonator.
• Frekuensi resonansi untuk air adalah sekitar 42.7 kHz dan 2.4 MHz.
Resonator Akustik (Stanley Meyer)
• Prinsip kerja : membangkitkan gelombang ultrasonik
Resonator Elektromagnetik 2.4 MHz
• Prinsip kerja : membangkitkan gel. elektromagnetik
• Analisislah pembangkitan energi baru dan terbarukan yang bisa diaplikasikan di kota Semarang. Harus
dipertimbangkan :
1. Kebutuhan energi listrik di Semarang 2. Ketersediaan sumbernya
3. Bagaimana konversinya
