• Tidak ada hasil yang ditemukan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Optimasi Pembangkit Listrik Hibrid (Diesel-Surya-Angin) Di Desa Si Onom Hudon 7 Kecamatan Parlilitan Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2018

Membagikan "BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Optimasi Pembangkit Listrik Hibrid (Diesel-Surya-Angin) Di Desa Si Onom Hudon 7 Kecamatan Parlilitan Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara"

Copied!
36
0
0

Teks penuh

(1)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Pembangkit Listrik Hibrid

Pembangkit listrik hibrid adalah pembangkit yang membangkitkan listrik di

mana digunakan lebih dari satu macam pembangkit. Misalnya listrik tenaga surya

(photovoltaic, PV) dipadu dengan genset, maka disebut hibrid PV-genset. Sistem

hibrid yang pernah diterapkan di Indonesia adalah: hibrid Genset, hibrid

PV-mikrohidro, hibrid PV-bayu (angin), dan bahkan hibrid PV-bayu-genset. Tetapi

yang agak berbeda adalah kombinasi ini menggabungkan sumber energi yang dapat

diperbaharui (renewable) dengan yang tidak dapat diperbaharui (unrenewable).

Renewable energy yang digunakan dapat berasal dari energi matahari,

angin, surya dan lain-lain yang dikombinasikan sehingga menjadi suatu pembangkit

yang lebih efisien, efektif dan handal. Untuk dapat mensuplai kebutuhan energi

listrik, baik sebagai penerangan rumah atau kebutuhan peralatan listrik yang lain

seperti TV, pompa air, setrika listrik, serta kebutuhan industri kecil di daerah

tersebut. Dengan adanya kombinasi dari sumber-sumber energi tersebut,

diharapkan dapat menyediakan catu daya listrik yang kontinyu dengan efisiensi

yang paling optimal.

Adapun manfaat pembangkit listrik hibrid adalah:

1. Mengoptimalkan penggunaan sistem pembangkit listrik.

2. Meningkatkan efisiensi ekonomi pembangkit.

(2)

4. Meningkatkan waktu layanan listrik secara ekonomis.

Suatu sistem pembangkit hibrid biasanya dibangun dari:

1. Inverter dengan rating daya kontinyu 60% dari daya beban.

2. Satu atau dua mesin dan generator diesel yang biasanya memiliki kapasitas

sama hingga 1,5 kali rating daya inverter dan dilengkapi sistem kontrol

otomatis.

3. Sistem penyimpanan yang biasnya berupa bank baterai leadacid dengan

kapasitas penyimpanan minimum tertentu.

4. Sistem pembangkit energi terbarukan seperti photovoltaic dilengkapi

regulator.

5. Sistem kontrol berbasis mikroprosesor untuk keperluan monitoring dan

otomasi managemen sistem.

Berbagai komponen sistem pembangkit hibrid tersebut dirangkai dalam

beberapa konfigurasi yaitu:

1. Series hybrid system

2. Switched hybrid system

3. Parallel hybrid system

Pada penelitian ini digunakan konfigurasi parallel hybrid system seperti

Gambar 2.1. Pada parallel hybrid system, generator diesel, turbin angin, surya dan

bank baterai bersama-sama secara paralel menyuplai beban. Parallel hybrid system

menggunakan inverter dua arah (bi-directional) yang dapat berfungsi sebagai

inverter (mengubah daya dc menjadi ac) dan sebagai charger dan regulator

(3)

baterai, maka beban disuplai oleh baterai melalui bi-directional inverter (yang

berfungsi sebagai inverter) sedangkan generator diesel dipadamkan. Pada saat daya

beban melebihi daya baterai namun lebih kecil dari daya generator diesel, generator

diesel dinyalakan untuk mensuplai beban dan mengisi baterai dengan kelebihan

dayanya. Pada saat ini bi-directional inverter berfungsi sebagai regulator dan

charger. Pada saat daya beban lebih tinggi dari daya generator diesel, generator

diesel tetap menyuplai beban sedangkan bi-directional inverter kembali berfungsi

menjadi inverter lalu bersama-sama secara paralel menyuplai beban.

Konfigurasi parallel hybrid system memiliki beberapa keuntungan antara

lain :

1) beban dapat dipenuhi secara optimal.

2) Efisiensi generator diesel tinggi sehingga mengurangi biaya perawatan.

3) Ukuran generator diesel dan komponen lain dapat diminimalisir sehingga

mengurangi biaya investasi.

Jika suatu sistem pembangkit hibrid dengan konfigurasi parallel hybrid

system dilengkapi dengan pembangkit listrik energi terbarukan (Gambar 2.1),

kehandalan dan efisiensi sistem akan meningkat, dan ukuran generator-generator

makin kecil. Hal ini dimungkinkan karena generator diesel berubah fungsi menjadi

back-up, sedangkan suplai utama berasal dari pembangkit energi terbarukan dan

(4)

Gambar 2.1 Contoh Parallel hybrid system

Gambar 2.2Parallel hybrid system dengan photovoltaic

Alasan teknis dimanfaatkannya sistem hibrid adalah sebagai berikut :

saling melengkapi keunggulan dan kelemahan masing-masing pembangkit,

misalnya untuk hybrid PV-mikrohydro, pada musim penghujan air banyak tetapi

matahari relatif sedikit dan sebaliknya jika musim kemarau air akan sedikit

(5)

pembangkit: pada hybrid PV-genset, genset untuk memenuhi kebutuhan pada saat

"peak load" , sedangkan pada saat "base load" genset dimatikan dan PLTS mencatu

listrik ke jaringan, dengan demikian masing-masing pembangkit dapat beroperasi

pada kapasitas optimalnya. Mengurangi ketergantungan pada suplai BBM.

Pada hybrid PV-genset pemakaian genset dapat dikurangi sampai

dengan 75%, tanpa mengganggu suplai kebutuhan listrik, sehingga ketergantungan

suplai BBM untuk genset dapat dikurangi. Meningkatkan keandalan (reliability)

dan kualitas suplai listrik. Grid connected dapat meningkatkan keandalan dan

kualitas suplai listrik karena listrik yang disuplai lebih stabil dan dapat diseting agar

memiliki fungsi back up. Alasan ekonomisnya adalah meningkatkan efisiensi

sistem pembangkit hibrid PV-genset mengurangi biaya operasional sistem, karena

pada saat "base load" dimana kebutuhan listrik konsumen jauh dibawah kapasitas

genset, maka genset dapat dimatikan dan PLTS menggantikan, sehingga genset

tidak dibiarkan beroperasi pada kapasitas di bawah kapasitas optimum.

Meningkatkan keandalan (reliability) dan pelayanan secara ekonomis.

Listrik pedesaan yang beroperasi 6-12 jam per hari dapat ditingkatkan

menjadi beroperasi penuh 24 jam/hari secara ekonomis. Apabila peningkatan

dilakukan dengan menggunakan genset saja maka investasi yang dibutuhkan kecil

tetapi biaya operasi akan meningkat karena pada saat "base load" genset terus

beroperasi, ketergantungan terhadap suplai BBM juga semakin tinggi (di

pedesaan/pulau terpencil sulit diharapkan kepastian suplai BBM). Apabila

peningkatan dilakukan dengan menambah PV saja, meskipun biaya operasi menjadi

nol tetapi biaya investasi akan membengkak. Hibrid PV-genset dapat meningkatkan

(6)

menghindari penambahan investasi awal yang terlalu besar, menghindari biaya

operasi yang besar, dan mengurangi ketergantungan terhadap suplai BBM.

2.2 Energi Terbarukan (Renewable Energy)

Energi terbarukan adalah energi yang tersedia di alam dan dapat di

gunakan secara berkelanjutan dalam jangka panjang dengan persedian yang sangat

melimpah ataupun tidak habis-habis. Berikut adalah jenis-jenis dari energi

terbarukan (renewable energy) :

a. Biomassa

Energi terbarukan tentunya memiliki keunggulan dan kelemahan tertentu, seperti

halnya energi konvensional. Berikut akan kita lihat apa saja keunggulan dan

kelemahannya. Adapun keunggulan dari energi terbarukan adalah:

a. Ramah lingkungan

Energi terbarukan menghasilkan emisi gas yang sangat sedikit bahkan tidak

ada sehingga terjamin aman bagi lingkungan jika dipergunakan dengan

bijak. Tidak seperti energi fosil yang menghasilkan kadar CO dan CO2

yang menyebabkan pemanasan global dan kondisi udara yang tidak sehat.

(7)

Energi terbarukan tersedia di alam dengan melimpah tanpa harus

membayarnya kita hanya mengoperasikannya.

c. Pasokan melimpah

Ketersediaannya sangat banyak di alam bahkan tidak pernah habis jika

dipergunakan dengan bijak dan terkendali.

d. Mengurangi ketergantungan pada impor minyak

Minyak masih merupakan energi yang paling banyak digunakan untuk

memenuhi kebutuhan energi nasional. Untuk memenuhi kebutuhan energi

kita mengimpor dari luar negeri dengan harga mahal. Dengan

mengoptimalkan energi terbarukan dapat mengurangi bahkan tidak lagi

impor minyak dari luar negeri.

Energi terbarukan juga memiliki kelemahan diantaranya adalah:

a. Biaya instalasi awal tinggi

(8)

Gambar 2.3 Kondisi pencahayaan di salah satu sudut Desa Si Onom Hudon 7

Pembangkit listrik tenaga surya adalah pembangkit yang

memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber penghasil listrik. Alat utama

untuk menangkap, perubah dan penghasil listrik adalah photovoltaic yang

disebut secara umum modul/panel solar cell. Dengan alat tersebut sinar

matahari dirubah menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron negatif

dan positif di dalam sel modul tersebut karena perbedaan elektron. Hasil dari

aliran elektron-elektron akan menjadi listrik DC yang dapat langsung

dimanfatkan untuk mengisi

battery/aki sesuai tegangan dan arus yang diperlukan. Rata-rata produk

modul solar cell yang ada dipasaran menghasilkan tegangan 12 s/d 18 VDC

dan arus antara 0.5 s/d 7 Ampere. Secara umum ada dua pembangkit tenaga

surya untuk menghasilkan energi listrik yaitu :

(9)

Dalam pembangkit ini energi cahaya matahari akan digunakan untuk

memanasi suatu fluida yang kemudian fluida tersebut akan memanaskan air.

Air panas akan menghasilkan uap yang digunakan untuk memutar turbin,

sehingga dapat menghasilkan energi listrik.

2. Pembangkit surya photovoltaic (PV)

Pembangkit jenis ini memanfaatkan sel surya (solar cell) untuk

mengkonversi radiasi cahaya menjadi energi listrik secara langsung.

Dalam sistem yang akan dirancang sistem pembangkit adalah

menggunakan sistem PV. Energi sel surya (solar sel) adalah sumber energi yang

dihasilkan oleh cahaya matahari yang di pancarkan ke bumi dan di dalam cahaya

matahari tersebut terkandung foton yang nantinya dapat di konversi menjadi energi

listrik. Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari hanya 69% dari total energi

pancaran matahari diterima oleh permukaan bumi. Suplai energi dari sinar matahari

yang diterima oleh permukaan bumi mencapai 3 x 1024 joule per tahun (setara

dengan 2 x 1017 Watt). Jumlah energi sebesar ini setara dengan 10.000 kali

konsumsi energi di seluruh dunia saat ini.

Menutup 0,1% saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang

memiliki efisiensi 10% sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh

dunia saat ini. Indonesia berpotensi untuk menjadikan solar sel sebagai salah satu

sumber energi masa depannya mengingat posisi Indonesia pada daerah

khatulistiwa.

Dalam kondisi puncak atau posisi matahari tegak lurus, sinar matahari

(10)

900 hingga 1000 Watt. Total intensitas penyinaran per harinya di Indonesia

mencapai 4500 watt hour/m2 yang membuat Indonesia tergolong kaya sumber

energi matahari ini. Bentuk solar sel dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Solar Sel

Photovoltaic merupakan proses perubahan cahaya menjadi energi listrik (photos:

cahaya dan volta nama fisikawan italia yang menemukan tegangan listrik). Sistem

pembangkit tenaga surya dapat dilihat pada gambar 2.5.

Teknologi photovoltaic merupakan suatu teknologi konversi yang

mengubah cahaya (photo) menjadi listrik (volt) secara langsung (direct conversion).

Peristiwa ini dikenal sebagai efek foto listrik (photo electric effect). Di

dalam proses konversi cahaya listrik tidak ada bagian yang bergerak, sehingga

produk teknologi photovoltaic memiliki umur teknis yang panjang (>25 tahun).

Sebuah sel surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperature sel tetap

normal (pada 25ºC), kenaikan temperature lebih tinggi dari temperature normal

(11)

Gambar 2.5 Sistem pembangkit tenaga surya

Setiap kenaikan temperature sel surya 1ºC (dari 25º) akan berkurang sekitar

0.4% pada total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah hingga separuhnya

untuk setiap kenaikan temperature sel 10ºC. Kecepatan angin di sekitar lokasi panel

photovoltaic dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur permukaan sel

photovoltaic sehingga menaikkan efisiensi operasinya. Untuk dapat memperoleh

sejumlah tegangan atau arus yang dikehendaki, maka umumnya masing-masing sel

surya dihubungkan satu sama lain baik secara hubungan seri ataupun secara paralel,

sehingga membentuk suatu rangkaian photovoltaic yang disebut modul. Sebuah

modul photovoltaic umumnya terdiri dari 36 sel surya atau 33 sel, dan 72 sel.

Beberapa modul photovoltaic dihubungkan untuk membentuk satu rangkaian

tertentu disebut photovoltaic panel, sedangkan jika berderet-deret modul

photovoltaic dihubungkan secara baris dan kolom yang disebut sebagai

photovoltaic array.

Sel photovoltaic atau sel surya merupakan salah komponen di dalam sistem

(12)

photovoltaic array ditentukan oleh keseimbangan antara daya yang dihasilkan dan

daya yang disuplai ke beban serta intensitas solar energi dengan menggunakan

rumus:

Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini

dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa

semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas duajenis semikonduktor yakni

jenis n dan jenis p.

Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan

elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan

semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p =

positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain

ke dalam semikonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut,

(13)

Gambar 2.6 Struktur semikonduktor

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk

meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan

panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan

semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama.

Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas

dari sebuah semikoduktor.

Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si).

Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B),

aluminum (Al), gallium (Ga) atau indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan

ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan

menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Dari sini,

tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak

mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut

dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1% dibandingkan dengan berat Si

yang hendak di-doping.

Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk

sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan

(14)

1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.

Gambar 2.7 semikondukter jenis p dan jenis n

2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan

elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan

perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n.

Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari

batas sambungan awal.

(15)

3. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p

yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang.

Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif.

Pada saat yang sama hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang

ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini

berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.

Gambar 2.9 Daerah deplesi

4. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion

region) ditandai dengan huruf W.

5. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan

pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena

keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.

6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi,

maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke

sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan

elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan

dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah

(16)

Gambar 2. 10 Medan listrik E di daerah deplesi

7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik

setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari

semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik

kembali ke arah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan

jumlah elektron yang berpindah dari semikonduktor n ke p, dikompensasi

dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan

medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh elektron

dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang

lain.

Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik

terjadi. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas

sambungan p yang menghadap ke arah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh

lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke

permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan

(17)

Gambar 2.11 Cahaya matahari mengenai semikonduktor

Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka

elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari

semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini

meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut

dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni,

(18)

Gambar 2.12 Photogenerasi pada semikonduktor

Cahaya matahari dengan panjang gelombang yang berbeda, membuat

fotogenerasi pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda

pula. Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang

lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di

semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana.

Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap

di daerah semikonduktor n.

Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E,

elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan

hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.

Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka

elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke

kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus

(19)

Gambar 2.13 Aliran elektron panel surya saat melayani beban

2.4 Pembangkit Tenaga Diesel

Sejak lama di desa ini pemerintah sudah mencoba menyelesaikan masalah

kelistrikan dengan menggunakan mesin diesel. Banyak penduduk yang membeli

mesin diesel secara pribadi tetapi tidak maksimal penggunaanya karena

maintanance yang tidak baik. Ketika terjadi kerusakan tidak ada engineer yang

handal dalam maintanence, sehingga tidak handal pengoperasianya selama ini.

(20)

Gambar 2.14 Mesin diesel dengan kapasitas 12 KVA di Desa Si Onom Hudon 7

Pusat listrik tenaga diesel (PLTD) sesuai untuk diimplementasikan pada

lokasi dimana pengeluaran bahan bakar rendah, persediaan air terbatas, minyak

sangat murah dibandingkan dengan batubara dan semua beban dasarnya adalah

seperti yang dapat ditangani oleh mesin pembangkit dalam kapasitas kecil, serta

dapat berfungsi dalam waktu yang singkat. Kegunaan utama PLTD adalah penyedia

daya listrik yang dapat berfungsi untuk pusat pembangkit, cadangan (stand by

plant), beban puncak dan cadangan untuk keadaan darurat. Komponen pembangkit

tenaga surya dapat dilihat pada gambar 2.9.

Komponen-komponen mesin diesel adalah:

1. Fuel Tank

2. Fuel oil separator

3. Daily tank

4. Fuel oil booster

(21)

6. Turbo charger : menaikkan efisiensi udara yang dicampur dengan bahan

bakar dan menaikkan tekanan serta temperaturnya

7. Air intake filter : Perangkat untuk mengalirkan udara

8. Exhaust gas silincer: Peredam dari sisa gas yang digunakan

9. Generator : Menghasilkan energi listrik

10. Pengubah utama : Alat pengubah utama untuk menjadi energi listrik

11. Jalur transmisi : Penyaluran energi listrik ke konsumen

Gambar 2.15 Komponen PLTD.

Pembangkit listrik tenaga diesel adalah pembangkit listrik yang

menggunakan mesin diesel sebagai penggerak mula (prime mover). Bahan bakar

yang umum digunakan adalah minyak diesel yang biasanya disebut solar. Gas juga

dapat digunakan. Daya yang dihasilkan oleh kerja motor diesel tercantum pada

(22)

P= 𝐷.𝑉.𝑖.𝑛

350.𝑏 ...[2]

di mana:

P : daya

D : tekanan efektif

v : volume langkah silinder

i : jumlah silinder

n : putaran per menit

b : 2 untuk mesin 4-langkah, 1 untuk mesin 2-langkah.

Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Diesel

Gambar 2.16 Model mesin diesel

Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi

(23)

energi mekanis dari prime mover. Generator arus bolak-balik (AC) dikenal dengan

sebutan alternator.

Generator adalah alat yang bekerja menggunakan prinsip percobaannya

faraday yaitu memutar magnet dalam kumparan atau sebaliknya, ketika magnet

digerakkan dalam kumparan maka akan terjadi perubahan fluks gaya magnet

(perubahan arah penyebaran medan magnet) di dalam kumparan dan menembus

tegak lurus terhadap kumparan sehingga menyebabkan beda potensial antara

ujung-ujung kumparan (yang menimbulkan listrik).

Syarat utama untuk dapat menghasilkan listrik, harus ada perubahan fluks

magnetik, jika tidak maka tidak akan timbul listrik. Cara mengubah fluks magnetik

adalah dengan menggerakkan magnet dalam kumparan atau sebaliknya dengan

energi dari sumber lain, seperti angin dan air yang memutar baling-baling turbin

untuk menggerakkan magnet tersebut.

Apabila suatu konduktor digerakkan memotong medan magnet maka akan

timbul beda tegangan di ujung-ujung konduktor tersebut. Tegangannya akan naik

saat mendekati medan dan turun saat menjauhi. Sehingga listrik yang timbul dalam

siklus: positif-nol-negatif-nol (AC). Generator DC membalik arah arus saat

tegangan negatif, menggunakan mekanisme cincin-belah, sehingga hasilnya jadi

siklus: positif-nol-positif-nol (DC).

Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan

energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Pada mesin

(24)

murni yang dimampatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi (± 30 atm),

sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar

disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi

titik nyala bahan bakar sehingga akan menyala secara otomatis.

Pada mesin diesel penambahan panas atau energi senantiasa dilakukan pada

tekanan yang konstan. Pada mesin diesel, piston melakukan 2 langkah pendek

menuju kepala silinder pada setiap langkah daya.

1. Langkah ke atas yang pertama merupakan langkah pemasukan dan

penghisapan, di sini udara dan bahan bakar masuk sedangkan poros engkol

berputar ke bawah.

2. Langkah kedua merupakan langkah kompresi, poros engkol terus berputar

menyebabkan torak naik dan menekan bahan bakar sehingga terjadi

pembakaran. Kedua proses ini (1 dan 2) termasuk proses pembakaran.

3. Langkah ketiga merupakan langkah ekspansi dan kerja, di sini kedua katup

yaitu katup isap dan buang tertutup sedangkan poros engkol terus berputar

dan menarik kembali torak ke bawah.

4. Langkah keempat merupakan langkah pembuangan, disini katup buang

terbuka dan menyebabkan gas akibat sisa pembakaran terbuang keluar. Gas

dapat keluar karena pada proses keempat ini torak kembali bergerak naik

keatas dan menyebabkan gas dapat keluar. Kedua proses terakhir ini (3 dan

(25)

5. Setelah keempat proses tersebut, maka proses berikutnya akan mengulang

kembali proses yang pertama, dimana udara dan bahan bakar masuk

kembali.

2.5 Pembangkit Tenaga Angin/Bayu

Desa Si Onom Hudon 7 adalah daerah pegunungan yang merupakan

kawasan pertanian yang memiliki kecepatan dan massa angin yang cocok untuk

memutar turbin angin dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.17 Kawasan pegunungan desa Si Onom Hudon 7

Pembangkit listrik tenaga angin adalah pembangkit listrik yang

(26)

Komponen dari pembangkit listrik tenaga angin dapat dilihat pada gambar 2.8.

Adapun komponen-komponen dari pembangkit listrik tenaga angin adalah:

1) Blades (Bilah Kipas): Kebanyakan turbin angin mempunyai 2 atau 3 bilah

kipas angin yang menghembus menyebabkan turbin tersebut berputar.

2) Rotor: Bilah kipas bersama porosnya dinamakan rotor Tower (Menara):

Menara bisa dibuat dari pipa baja, beton, ataupun rangka besi. Karena

kencangnya angin bertambah dengan seiring dengan bertambahnya

ketinggian, maka makin tinggi menara makin besar tenaga angin yang

didapat.

3) Pitch (Sudut Bilah Kipas): Bilah kipas dapat diatur sudutnya sesuai dengan

kecepatan rotor yang dikehendaki. Tergantung kondisi angin yang terlalu

rendah atau terlalu kencang.

4) Brake (Rem): Suatu rem cakram yang dapat digerakkan secara mekanis

dengan bantuan tenaga listrik atau hidrolik untuk menghentikan rotor atau

saat keadaan darurat.

5) Low-speed shaft (Poros Puutaran Rendah): Poros turbin yang berputar

kira-kira 30-60 rpm.

6) Gear box (Roda Gigi): Roda gigi menaikkan putaran dari 30-60 rpm

menjadi sekitar 1000-1800 rpm. Ini merupakan tingkat putaran standar yang

disyaratkan untuk memutar generator listrik.

7) Generator: Generator pembangkit listrik, biasanya sekarang disebut

alternator arus bolak-balik.

8) Controller (Alat Pengontrol): Alat Pengontrol ini men-start turbin pada

(27)

kecepatan 90 km/jam. Turbin tidak beroperasi di atas 90 km/jam. Hal ini

dikarenakan tiupan angin yang terlalu kencang dapat merusakkannya.

9) Anemometer: Mengukur kecepatan angin dan mengirim data angin ke alat

pengontrol.

10)Wind vane (tebeng angin): Mengukur arah angin, berhubungan dengan

penggerak arah yang memutar arah turbin disesuaikan dengan arah angin.

11)Nacelle (rumah mesin): Rumah mesin ini terletak di atas menara . Di

dalamnya berisi gearbox, poros putaran tinggi/rendah, generator, alat

pengontrol, dan alat pengereman.

12)High-speed shaft (poros putaran tinggi): Berfungsi untuk menggerakkan

generator.

13)Yaw drive (penggerak arah): Penggerak arah memutar turbin ke arah angin

untuk desain turbin yang menghadap angin. Untuk desain turbin yang

mendapat hembusan angin dari belakang tak memerlukan alat ini.

14)Yaw motor (motor penggerak arah): Motor listrik yang menggerakkan yaw

drive.

(28)

Gambar 2.18 Pembangit listrik tenaga angin (bayu)

Kondisi angin yang memutar turbin angin berbeda-beda dapat di lihat pada tabel

2.1 dan 2.2.

(29)

Tabel 2.2 Tingkat Kecepatan Angin 10 Meter di atas Permukaan Tanah

Kelas yang berwarna merah adalah kelas angin yang memungkinkan dikonversi

menjadi energi listrik, yaitu berada di kelas tiga 3 (tiga) sampai dengan 8 (delapan).

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Cara kerja dari pembangkitan listrik tenaga angin ini yaitu awalnya energi

angin memutar turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan kipas angin

(bukan menggunakan listrik untuk menghasilkan listrik, namun menggunakan

angin untuk menghasilkan listrik). Kemudian angin akan memutar sudut turbin,

lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin

angin. Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori medan

elektromagnetik, yaitu poros pada generator dipasang dengan material

(30)

fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros

generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang

akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik

tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel

jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus

listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang

memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi Listrik ini biasanya

akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.

Secara umum tempat yang cocok untuk pemasangan turbin angin antara lain

adalah:

1. Celah antara gunung, tempat dijadikan nozzle yang mempercepat aliran

angin

2. Dataran terbuka. Karena tidak ada penghalang yang dapat memperlambat

angin. Daratan yang luas mempunyai potensi energi angin yang besar.

3. Pesisir pantai. Perbedaan suhu darat dan laut menyebabkan angin bertiup

terus menerus.

Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang

bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi oleh sinar

matahari menyebabkan perbedaan massa jenis udara. Perbedaan massa jenis ini

menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan

menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan

(31)

Bentuk energi yang terdapat pada angin yang dapat diekstraksi oleh turbin

angin adalah energi kinetiknya. Angin adalah massa udara yang bergerak. Besarnya

energi yang terkandung pada angin tergantung pada kecepatan angin dan massa

jenis angin atau udara yang bergerak tersebut. Jika diformulasikan, besar energi

kinetik yang terkandung pada angin atau udara bergerak yang bermassa m dan

berkecepatan v adalah :

………[3]

Dimana:

Ek = Energi kinetic (joule)

m = massa udara (kg)

v = kecepatan angin (m/s)

Perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin dengan diameter

kipas R adalah :

………[4]

Dimana :

P adalah daya yang dihasilkan turbin angin

R adalah radius turbin angin

adalah kerapatan angin pada waktu tertentu

(32)

Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya

sebesar 20%-30%. Jadi rumus di atas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk

mendapatkan hasil yang cukup eksak.

Potensi Angin Di Indonesia

Berdasarkan data kecepatan angin di berbagai wilayah, sumberdaya energi

angin Indonesia berkisar antara 2,5 – 5,5 m/detik pada ketinggian 24 meter di atas

permukaan tanah. Dengan kecepatan tersebut sumberdaya energi angin Indonesia

termasuk dalam kategori kecepatan angin kelas rendah hingga menengah. Secara

keseluruhan, potensi energi angin Indonesia diperkirakan mencapai 9.290 MW.

Angin di wilayah Indonesia secara umum di sebelah utara khatulistiwa bertiup dari

arah Barat Laut menuju Timur Laut. Sedangkan di sebelah selatan khatulistiwa

bertiup dari arah Barat Daya menuju Barat Laut. Kecuali di Sumatera bagian selatan

dan Jawa angin bertiup dari arah Timur menuju Tenggara.

2.6 Software HOMER

HOMER adalah singkatan dari The Hybrid Optimization Model for Electric

Renewables, salah satu perangkat lunak yang paling populer saat ini untuk

mensimulasikan kinerja sistem PLH baik dari sisi ekonomis maupun teknis.

Homer menyediakan beberapa pilihan jenis pembangkit, baik yang menggunakan

sumber energi terbarukan maupun sumber energi konvensional. Sistem hibrid yang

(33)

tergabung dengan grid atau sebagai sebuah unit sistem hibrid yang dilengkapi

media penyimpan energi atau tanpa media penyimpan energi.

Gambar 2.10 memperlihatkan tampilan sistem hibrid yang dibangun serta

hasil simulasinya. Hasil simulasi yang ditampilkan diurut berdasarkan tingkat

efisiensi operasi atau biaya satuan energi yang paling rendah. Urutan yang paling

atas adalah kombinasi sistem hibrid yang paling optimal atau yang paling rendah

biaya satuan energinya.

Gambar 2.19 Tampilan Program HOMER

Perangkat lunak HOMER mensimulasikan operasi sistem dengan

menyediakan perhitungan keseimbangan daya antara daya yang dapat dibangkitkan

dan beban yang harus disuplai selama 8.760 jam dalam setahun. Jika sistem

(34)

kapan seharusnya beroperasi dan berapa daya yang harus dibangkitkan. Demikian

pula jadwal pengisian atau pengosongan baterai. Selanjutnya HOMER menentukan

konfigurasi sistem terbaik dan kemudian memperkirakan biaya instalasi dan

operasi sistem selama masa operasinya seperti biaya awal, biaya penggantian

komponen, biaya O&M, biaya bahan bakar, dan lain-lain.

Saat melakukan simulasi, HOMER menentukan semua konfigurasi sistem

yang mungkin, kemudian ditampilkan berurutan menurut net presents costs - NPC

atau disebut juga life cycle costs. Jika analisa sensitivitas diperlukan, HOMER akan

mengulangi proses simulasi untuk setiap variabel sensitivitas yang ditetapkan.

Kesalahan relatif tahunan sekitar 3% dan bulanan sekitar 10%. Gambar 2.11

menunjukkan arsitektur HOMER yang terdiri atas tiga bagian utama yaitu input,

(35)

Gambar 2.20 Arsitektur Simulasi dan Optimasi HOMER

2.7 Model Ekonomi

2.7.1 Biaya sikulus hidup/Net Present Cost(NPC)

Yaitu biaya Net Total Masa Kini, merupakan keluaran ekonomi yang paling utama

untuk nilai suatu sistem pada PLH, HOMER akan mengurutkan data hasil keluaran

simulasi dan optimasi berdasar nilai NPC terendah. Total NPC dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan sebagai berikut ini :

𝐶𝑁𝑃𝐶 =𝐶𝑅𝐹(𝑖,𝑅𝑝𝑟𝑜𝑗) 𝐶𝑎𝑛𝑛,𝑡𝑜𝑡 ………...[5]

CRF (i, N) = 1(1+𝑖)1(1+𝑖)𝑁𝑁−1………..…………[6]

Dengan :

Cann,tot : total biaya tahunan ($/tahun)

CRF : faktor penutupan modal

I : suku bunga (%)

Rproj : lama waktu suatu proyek

N : jumlah tahun

2.7.2 Biaya Energi pada Generator

Homer menggunakan persamaan berikut untuk menghitung biaya energi pada

(36)

Cgen,fixed = Com,gen𝐶𝑟𝑒𝑝,𝑔𝑒𝑛

Fo : koefisien generator (kW)

Cfuel,eff : harga bahan bakar

2.7.3 Syarat Batas Biaya Energi (Levelized Cost of Energy)

Levelized cost of energy (COE) didefinisikan sebagai biaya rata per kWh produksi

enegi listrik yang terpakai oleh sistem. Untuk menghitung COE, biaya produksi

energi listrik tahunan dibagi dengan total energi listrik terpakai yang diproduksi,

dengan persamaan sebagai berikut :

CO= 𝐶𝑎𝑛𝑛,𝑡𝑜𝑡

𝐸𝑝𝑟𝑖𝑚,𝐴𝐶+𝐸𝑔𝑟𝑖𝑑,𝑠𝑎𝑙𝑒𝑠+𝐸𝑑𝑒𝑓...[8]

Dengan :

Cann,tot : biaya total sistem tahunan ($/tahun)

Eprim,AC : beban AC utama yang terpenuhi (kWh/tahun)

Edef : beban deferrable yang terpenuhi (kWh/tahun)

Gambar

Gambar 2.1 Contoh Parallel hybrid system
Gambar 2.3 Kondisi pencahayaan di salah satu sudut Desa Si Onom Hudon 7
Gambar 2.4 Solar Sel
Gambar 2.5 Sistem pembangkit tenaga surya
+7

Referensi

Dokumen terkait

Bubuk kakao berkapang (yang diperoleh dari optimasi waktu inkubasi dengan aktivitas enzim lipase tertinggi) ditimbang sebanyak 2 gram kemudian dihaluskan kembali

 Menciptakan pasar tunggal yang mencakup negara-negara ASEAN sekaligus pusat produksi (production base) dengan kaitannya pada elemen produk aktivitas

badan usaha yang saya wakili tidak masuk dalam Daftar Hitam, tidak dalam pengawasan pengadilan, tidak pailit, dan kegiatan usahanya tidak sedang

Menyatakan bahwa “Skripsi” yang saya buat untuk memenuhi persyaratan kelulusan pada Jurusan Akuntansi Fakultas Ekonomi Universitas Islam Negeri UIN Maulana Malik Ibrahim Malang,

Di halaman 19, Anda diminta untuk mengidentifikasi berbagai jenis produk (barang dan jasa) yang menurut Anda sesuai dengan potensi diri dan memiliki prospek yang cerah di masa kini

0019057103 Universitas Riau Teknik Mesin 15 Jam/ minggu Ketua peneliti, koordinator tim, bertanggung jawab penuh terhadap semua kegiatan penelitian, mengkoordinasi

11.. Identifikasi Masalah Pemilihan Masalah Dari arah masalah/ objektiv Dari arah Peneliti/ subjektiv Kontribusi penelitian Pengembangan teori dalam bidang yang bersangkutan

Kualitas Pelayanan dan Kepercayaan Konsumen Terhadap Keputusan Konsumen Dalam Menentukan Pilihan Jasa Kurir Pada Kantor Pos Indonesia Cab. Cikampek (Survei Pada