Studi Aplikasi Flywheel Energy Storage Untuk Meningkatkan Dan Menjaga Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)

Studi Aplikasi Flywheel Energy Storage Untuk

Meningkatkan Dan Menjaga Kinerja Pembangkit

Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)

Pembimbing:

Ir. Sarwono, MM. Ridho Hantoro, ST. MT

Oleh :

I. Latar Belakang

Seiring makin dirasakannya krisis sumber daya energi maka peran dari sebuah alat penyimpan energi menjadi sangat penting akibat kebutuhan akan penggunaan energi yang efisien. Air merupakan salah satu sumber energi yang sangat potensial yang kita miliki, energi yang berlebih dari suatu pembangkit listrik tenaga air harus disimpan dalam bentuk tertentu atau energi tersebut akan terbuang percuma. Dari sekian banyak media penyimpan energi yang ada salah satu media yang dapat menyimpan energi yang berlebih kemudian menggunakannya kembali saat diperlukan adalah menggunakan flywheel (roda gaya).

II. Rumusan Masalah

1. Bagaimana mengetahui kinerja dari sebuah flywheel?

2. Bagaimana desain model flywheel dan mekanisme kinerja penyimpanan energinya yang diaplikasikan pada miniplant pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH)?

3. Keuntungan apa yang diperoleh dari aplikasi flywheel energi storage pada miniplant PLTMH?

III. Batasan Masalah

1. Desain dan model flywheel energi storage mengikuti teori yang telah ada, hanya dilakukan modifikasi pada jari-jari.

2. Desain dan model flywheel energi storage mengikuti teori yang telah ada, hanya dilakukan modifikasi pada jari-jari.

3. Pengukuran dan pengujian flywheel menggunakan miniplant PLTMH.

4. Miniplant PLTMH hanya digunakan sebagai media aplikasi dan tidak dibahas secara mendalam.

5. Data yang akan dianalisa adalah hasil pengukuran perubahan torsi dan energi yang tersimpan dari flywheel.

Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah studi mempelajari

kinerja suatu flywheel energi storage sehingga bisa diaplikasikan

pada suatu pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH). untuk

meningkatkan torsi putaran turbin mikrohidro tersebut dan

penyimpanan energinya dalam bentuk energi kinetik rotasi.

A. Roda Gaya (Flywheel)

• Flywheel merupakan sebuah piringan yang karena beratnya dapat

menahan perubahan kecepatan yang drastis sehingga gerak putaran poros menjadi lebih halus.

• Flywheel memiliki kepadatan energi hingga ratusan kali lebih banyak

dibandingkan dengan baterai yang ada saat ini serta dapat menyimpan dan melepaskan energi dengan lebih cepat.

• Energi disimpan secara mekanik di Flywheel dengan memutar porosnya. • Untuk dapat menyimpan energi yang bermanfaat, poros Flywheel harus

berputar sangat cepat.

• Jika energi yang tersimpan di roda Flywheel akan digunakan, sebuah generator dapat mengubah energi mekanik tersebut menjadi energi listrik.

A. Momen Inersia

Momen inersia adalah sifat yang dimiliki oleh sebuah benda untuk mempertahankan posisisnya dari gerak berotasi dan ukuran resistansi/ kelembaman sebuah benda terhadap perubahan dalam gerak rotasi. Momen inersia untuk flywheel yang berbentuk cakram/silinder pejal adalah

2

2

1

mr

I

=

Dimana : I = Momen Inersia (kg.m2) m = Massa cakram (kg)

B. Torsi dan Energi Kinetik Rotasi

Torsi adalah momen putar atau besarnya gaya yang dibutuhkan untuk melakukan percepatan rotasi. Sedangkan energi kinetik rotasi adalah besarnya energi yang tersimpan dalam suatu benda saat melakukan gerak rotasi.

Ia

=

τ

Dimana: τ _{: Torsi (kg.m}2_/s2₎

I : Momen Inersia (kg.m2)

α _{: Percepatan Sudut (rad/s}2₎

Ek : Energi kinetik rotasi (joule)

ω _{: Kecepatan Sudut (rad/s)} a a 2

2

1

ω

I

E

_k

=

VI. Model flywheel

VII. Fabrikasi Flywheel

Dibuat beberapa flywheel dengan massa yang sama sedangkan jari-jari berbeda. Dengan menggunakan rumus volume silinder:

Flywheel yang dibuat berbentuk silinder maka rumus momen inersianya:

Didapat untuk massa yang sama:

1.5 5.5 10 1.1 6.5 9 0.8 7.5 8 0.6 8.5 7 0.5 9.5 6 0.4 10.5 5 0.35 11.5 4 0.3 12.5 3 0.25 13.5 2 0.2 15 1 TEBAL (CM) JARI-JARI (CM) NO

VIII. Uji Performansi

Serangkaian pengujian kinerja flywheel pada miniplant mikrohidro

304.10 0.150 11 303.95 0.135 10 303.85 0.125 9 303.95 0.115 8 303.44 0.105 7 303.49 0.095 6 304.10 0.085 5 303.59 0.075 4 304.41 0.065 3 302.33 0.055 2 304.25 tanpa flywheel 1 Kecepatan Rotasi (RPM) Jari-jari Flywheel (m) No

Hasil pengukuran kecepatan rotasi flywheel dari Pengujian

“Diharapkan pemasangan Flywheel pada poros turbin miniplant mikrohidro tidak menurunkan kecepatan rotasinya.”

30 4.2₅ 30 2.3₃ 30 4.4₁ 30 3.5₉ 30 4.1 30 3.4₉ 30_3.4 4 30 3.9₅ 30_3.8 5 30 3.9₅ 304.1 301 301.5 302 302.5 303 303.5 304 304.5 305 TF 0.055 0.065 0.075 0.085 0.095 0.105 0.115 0.125 0.135 0.15 Jari-jari Flywheel (m) K e c e p a ta n R o ta s i (R P M )

Grafik perubahan kecepatan Rotasi terhadap perubahan jari-jari flywheel dari pengujian

“Secara teoritis Energi kinetik rotasi semakin besar seiring bertambahnya ukuran jari-jari flywheel.”

2. Analisa Hasil Uji Energi Kinetik

6.212 0.150 10 5.026 0.135 9 4.306 0.125 8 3.647 0.115 7 3.030 0.105 6 2.482 0.095 5 1.995 0.085 4 1.548 0.075 3 1.169 0.065 2 0.825 0.055 1

Energi kinetik (Joule) Jari-jari Flywheel (m)

No

Hasil perhitungan energi kinetik terhadap perubahan jari-jari flywheel dari pengujian

5.810 0.150 10 5.036 0.135 9 4.318 0.125 8 3.655 0.115 7 3.047 0.105 6 2.494 0.095 5 1.997 0.085 4 1.554 0.075 3 1.168 0.065 2 0.836 0.055 1

Energi kinetik (Joule) Jari-jari Flywheel (m)

No

Hasil perhitungan energi kinetik terhadap perubahan jari-jari

0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 0.055 0.065 0.075 0.085 0.095 0.105 0.115 0.125 0.135 0.150 Jari-jari Flywheel (m) E n e rg i K in e ti k R o ta s i D a ri P e n g u ji a n ( jo u le ) 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 E n e rg i K in e ti k R o ta s i S e c a ra T e o ri ti s ( jo u le )

Energi kinetik rotasi dari pengujian Energi Kinetik Rotasi secara teoritis

Perbandingan perubahan energi kinetik rotasi terhadap perubahan jari-jari flywheel dari pengujian dan perhitungan

3. Analisa Hasil Uji Energi Sisa

“Semakin besar energi kinetik rotasi semakin lama waktu flywheel untuk berhenti dari berputar setelah gaya yang mengenainya dihilangkan.” 18.09 0.150 11 17.11 0.135 10 16.15 0.125 9 15.39 0.115 8 13.69 0.105 7 10.87 0.095 6 8.39 0.085 5 7.14 0.075 4 5.65 0.065 3 4.25 0.055 2 1.35 tanpa flywheel 1

Lama Waktu Untuk Berhenti (s) Jari-jari Flywheel (m)

No

Lamanya waktu yang dibutuhkan untuk berhenti berputar terhadap perubahan jari-jari flywheel dari pengujian

1.35 4.25 5.65 7.14 8.39 10.87 13.69 15.39 16.15 17.11 18.09 0.825 1.169 1.548 1.995 2.482 3.03 3.647 4.306 5.026 6.212 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 TF 0.055 0.065 0.075 0.085 0.095 0.105 0.115 0.125 0.135 0.15 Jari-jari Flywheel (m) W a k tu U n tu k B e rh e n ti ( s ) 0 1 2 3 4 5 6 7 E n e rg i K in e ti k ( jo u le )

Waktu Untuk Berhenti (s) Energi Kinetik (joule)

Perbandingan perubahan energi kinetik rotasi dan lamanya waktu yang dibutuhkan untuk berhenti terhadap perubahan

4. Analisa Hasil Uji Torsi

“Secara teoritis Torsi semakin besar seiring bertambahnya ukuran jari-jari

flywheel.” 0.045 0.150 11 0.034 0.135 10 0.030 0.125 9 0.029 0.115 8 0.027 0.105 7 0.025 0.095 6 0.023 0.085 5 0.019 0.075 4 0.018 0.065 3 0.017 0.055 2 0.009 tanpa flywheel 1 Torsi (kg.m2_/s2₎ Jari-jari Flywheel (m) No

Hasil perhitungan torsi terhadap perubahan jari-jari flywheel dari pengujian

0.057 0.150 10 0.050 0.135 9 0.043 0.125 8 0.036 0.115 7 0.030 0.105 6 0.025 0.095 5 0.020 0.085 4 0.015 0.075 3 0.012 0.065 2 0.008 0.055 1 Torsi (kg.m2_/s2₎ Jari-jari Flywheel (m) No

Hasil perhitungan torsi terhadap perubahan jari-jari flywheel secara teoritis dengan percepatan konstan 5 rad/s2

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 TF 0.055 0.065 0.075 0.085 0.095 0.105 0.115 0.125 0.135 0.15 Jari-jari Flywheel (m) T o rs i H a s il P e n g u ji a n (k g .m 2 /s 2 ) 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 T o rs i S e c a ra T e o ri ti s (k g .m 2 /s 2 )

Torsi Hasil Pengujian (kg.m2/s2) Torsi Secara Teoritis (kg.m2/s2)

Perbandingan perubahan torsi dari pengujian dan secara teoritis terhadap perubahan jari-jari flywheel

IX. Kesimpulan

• Penggunaan flywheel energy storage yang berbentk cakram/silinder pejal dapat meningkatkan energi kinetik rotasi serta torsi putaran turbin dari miniplant mikrohidro.

• Energi kinetik rotasi dan torsi dari turbin miniplant mikrohidro terus meningkat 0,825 sampai 6,212 joule dan 0,009 sampai 0,045 kg.m2/s2 seiring dengan peningkatan variasi jari-jari 0,055 sampai 0,15 m selama flywheel tersebut massanya sama dan berputar dengan kecepatan sudut yang sama.

• Flywheel energy storage dapat diaplikasikan pada suatu miniplant

mikrohidro sehingga dapat diaplikasikan juga pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) dengan skala yang sebenarnya.

• Jika memungkinkan, untuk meningkatkan kinerja flywheel energy

storage yang berbentuk cakram/silinder pejal sebaiknya dilakukan

modifikasi pada jari-jari karena jika dilakukan modifikasi pada massa dikwatirkan hal ini dapat menambah beban putaran turbin karena

shaft-nya juga harus diperbesar untuk mengimbangi pertambahan

beban dari flywheel tersebut sehingga pengaruh koefisien gesek akan lebih besar lagi akibat beban yang bertambah dari flywheel dan juga

shaft.

• Dalam fabrikasi atau pembuatan suatu flywheel harus dilakukan dengan teliti dan tepat karena jika tidak dapat menimbulkan vibrasi atau gerakan putaran flywheel jadi oleng. Hal ini justru akan membahayakan sistem yang diberi flywheel tersebut.

• Untuk pengembangan penelitian selanjutnya dapat dibuat suatu alat ukur yang berintegrasikan komputer sehingga lebih mudah untuk memonitoring kinerja dari flywheel energy storage pada miniplant mikrohidro.

END SLIDE

THANK YOU FOR YOUR

ATTENTION