KAJIAN PEMANFAATAN ENERGI ARUS LAUT SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK STUDY MARINE CURRENT ENERGY FOR POWER GENERATION

(1)

Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136

KAJIAN PEMANFAATAN ENERGI ARUS LAUT SEBAGAI

PEMBANGKIT LISTRIK

STUDY MARINE CURRENT ENERGY FOR POWER GENERATION

Arfie Ikhsan Firmansyah1), Bono Pranoto1), Nasruddin2) 1)

Puslitbangtek Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan, dan Konservasi Energi 2)

Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia arfie@p3tkebt.esdm.go.id, arfie.firmansyah@gmail.com

ABSTRAK

Pemanfaatan energi baru terbarukan (

renewable

)

bisa menjadi salah satu solusi

keterbatasan energi fosil.

Energi arus laut merupakan energi terbarukan yang diakibatkan oleh pasang surut air laut. Penelitian ini mengkaji Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLT-Arus Laut) yang sesuai dengan karakteristik arus laut di Indonesia. Data yang digunakan pada peneltian adalah data hasil pengukuran arus laut di selat toyapakeh, selat pantar dan selat larantuka yang dimiliki Puslitbangtek Geologi Kelautan (PPPGL). Berdasarkan studi penentuan lokasi PLT-Arus Laut pada aspek teknis dan aspek sosial ekonomi pada tiga lokasi, maka potensi arus laut di selat larantuka memiliki poin tertinggi dikuti selat toyapakeh dan selat pantar. Perancangan turbin dilakukan menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk jenis turbin vertical axis tipe Gorlov dan Darrieus berkapasitas 1 kW dengan memvariasikan kecepatan arus dan putaran bilah turbin. Hasil penelitian menunjukkan rancangan turbin gorlov dapat menghasilkan energi listrik pada kecepatan arus laut rendah (cut in speed) 0.3 m/s dan pada kecepatan arus laut 1.2 m/s daya rotor yang dihasilkan mencapai design capacity sebesar 1 kW.

Kata kunci: PLT-Arus Laut, Lokasi, Bilah turbin, CFD

ABSTRACT

Renewable energy is used to solve limitation non-renewable energy.

The Ocean Currents Energy is renewable energy caused by tides. This study examined the ocean currents power plant that corresponds to the characteristics of ocean currents in Indonesia. The measurement data used in this research is ocean currents in the Toyapakeh, Pantar and Larantuka strait owned R & D Center Marine Geology (PPPGL). Based on a study determining the current location of Ocean Current power plant on the technical aspects and the socio-economic aspects of the three locations, the potential of ocean currents in the strait has the highest points is Larantuka strait. The design of the turbine performed using Computational Fluid Dynamics (CFD), type of turbine were Darrieus and Gorlov turbine with capacity of 1 kW

with ocean current speeds and blade

rotation variation

. The results showed that design of the Gorlov turbine could produce electrical energy at low speed of ocean currents (cut-in speed) 0.3 m / s and the rotor power generated reached the design capacity of 1 kW at the ocean current speed of 1.2 m / s rotor.

Keywords: Ocean Current Power Plant, Location, Turbine Blade, CFD.

(2)

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan energi listrik nasional terus meningkat hingga sebesar 9% per tahun(1), tidak sebanding dengan ketersedian energi fosil sebagai sumber energi primer pembangkit tenaga listrik yang dimiliki PT. PLN (Persero) sebagai penyedia energi listrik di Indonesia. Pemanfaatan energi khususnya energi terbarukan yang berasal dari laut mulai dilakukan. Hal ini diakibat terbatasnya ketersediaan energi fosil di Indonesia. Indonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia, dimana 63% wilayahnya terdiri dari laut(2). Laut menyimpan cadangan energi di alam semesta, salah satunya energi arus laut(3). Di Indonesia pemanfaatan energi arus laut menjadi pembangkit listrik belum banyak dilakukan.

Energi arus laut adalah energi yang sangat dipengaruhi pasang surut air laut. Energi pasang surut (tidal) ini diakibatkan gaya gravitasi bulan, matahari dan bumi Energi arus laut dapat juga dipengaruhi oleh faktor lain selain pasang surut, seperti topografi satu tempat dengan lainnya, konfigurasi benua: selat, Tanjung, teluk, kemiringan tanah, dll(3)(4).

Pasang surut laut sebagai penyebab dominan energi arus laut dapat di bagi dua yaitu : Pasang laut purnama (spring tide) terjadi ketika bumi, bulan dan matahari berada dalam suatu garis lurus. Pada saat itu akan dihasilkan pasang naik yang sangat tinggi dan pasang surut yang sangat rendah. Pasang laut purnama ini terjadi pada saat bulan baru dan bulan

terjadi ketika bumi, bulan dan matahari membentuk sudut tegak lurus. Pada saat itu akan dihasilkan pasang naik yang rendah dan pasang surut yang tinggi. Pasang laut perbani ini terjadi pada saat bulan seperempat dan tigaperempat (5).

Energi arus laut berupa kinetik dari arus laut dapat digunakan untuk memutar turbin menghasilkan energi mekanik yang kemudian dikonversi oleh generator menghasilkan energi listrik.

Jenis turbin pada pemanfaatan energi arus laut secara umum dapat dibagi menjadi 2, yaitu(6) :

 Horizontal-Axis Turbines yaitu bilah turbin dirancang berlawanan arah dengan arah arus laut (Gambar 1), karena kecepatan arus dan arah arus maka bilah turbin berputar. Jenis-jenis turbin adalah sebagai berikut:

Gambar 1 : Jenis-jenis horizontal-axis turbines(6)

 Vertikal – Axis Turbine yaitu bilah turbin dirancang tegak lurus dengan arah arus laut (Gambar 2). Jenis-jenis Vertikal-Axis Turbines, sebagai berikut :

(3)

Gambar 2 : Jenis-jenis Vertikal-axis turbines(6)

Berdasarkan uraian diatas perlu dilakukan kajiaan pemanfaatan energi arus laut sebagai PLT-Arus Laut.

1.2 Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji PLT-Arus Laut yang sesuai dengan karakteristik arus laut di Indonesia.

2. METODOLOGI

Metodologi yang digunakan pada penelitian ini seperti ditunjukkan pada Tabel 1 berikut:

Tabel 1 : Metode kajian pemanfaatan energi arus laut sebagai PLT-Arus Laut

2.1 Analisis Pemilihan Lokasi PLT-Arus

Laut

Indonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia, dimana 63% wilayahnya

terdiri dari samudra. Indonesia mempunyai banyak pulau dan selat sehingga dimungkinkan terbentuk arus laut sebagai akibat interaksi Bumi-Bulan-Matahari yang mengalami percepatan. Pada gambar 3, Indonesia adalah tempat pertemuan arus laut yang diakibatkan pasang surut dominan di Samudra Hindia dengan periode sekitar 12 jam dan pasang surut yang dominan di Samudra Pasifik dengan periode lebih kurang 24 jam.

Pasang surut yang dominan di Samudra Hindia diakibatkan gerak Bulan mengelilingi Bumi, sedangkan pasang surut yang dominan di Samudra Pasifik diakibatkan oleh kecondongan orbit Bulan saat mengelilingi Bumi. Hasil kajian, laut mempunyai potensi energi kinetik berupa angin, gelombang, dan arus laut yang mencapai 2,4 MW/m2 (angin dan gelombang), dan 64 KW/m2 (arus laut)(7).

Gambar 3 : Arah arus laut global (7) Indonesia memiliki potensi untuk menggunakan arus laut sebagai sumber energi dibandingkan dengan Negara lain. Hal ini disebabkan karena Indonesia dipengaruhi oleh Arus Lintas Indonesia ARLINDO yang terjadi karena perbedaan elevasi muka air laut rerata antara Pasifik sebelah barat dengan lautan Hindia.

Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Pembangkit Listrik

(4)

Gambar 4 : Skema ARLINDO Proyek INSTANT (8)

Arlindo adalah suatu sistem arus yang menghubungkan samudra Pasifik dengan samudra Hindia (Gambar 4). Jalur Arlindo dimulai dari perairan antara Mindanao dan Halmahera, mengalir masuk melalui selat Makassar sebagai jalur utamanya. Setelahnya ia meninggalkan perairan Indonesia melalui selat Lombok dan sebagian besar lainnya berbelok melalui laut Flores, laut Banda dan memasuki samudra Hindia (8).

Dinamika Arlindo, pasang surut dan gelombang yang saling berinteraksi akan menyebabkan selat – selat kecil di sekitar Bali dan Nusa Tenggara yang dilalui jalur utama Arlindo memiliki arus kuat.

Koordinasi dalam rangka kelancaran pelaksanaan kegiatan Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLT-Arus Laut) dilakukan dengan Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan (PPPGL), Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. Hal di atas dilakukan karena sesuai tugas dan fungsi dari PPPGL adalah melaksanakan program penyelidikan geologi dan geofisika kelautan di Indonesia yang merupakan suatu program

utama penyelidikan kebumian yang mencakup wilayah perairan Indonesia.

Gambar 5: Potensi Kecepatan Energi Arus Indonesia(9)

Berdasarkan tugas, fungsi dan ketersedian data yang dimiliki PPPGL, khususnya data potensi arus laut (Gambar 5), maka digunakan data-data hasil penelitian dan pengembangan potensi arus laut yang dilakukan PPPGL pada lokasi, sebagai berikut :

 Selat Toyapakeh, Kecamatan Nusa Penida, Kabupaten Nusa Penida, Provinsi Bali

Pemilihan lokasi penelitian potensi arus laut yang dilakukan oleh PPPGL di selat toyapakeh selat antara pulau nusa penida dengan pulau lembongan yang berada di wilayah Desa toyapakeh Kecamatan Nusa Penida Kabupaten Klungkung Provinsi Bali dengan koordinat lokasi pengukuran arus laut S 08o 40.611’ dan E 115o 29.307’. Kecamatan Nusa Penida merupakan kecamatan terluas dari 3 (tiga) kecamatan yang ada di kabupaten Klungkung. Dengan batas disebelah utara dan barat selat Badung, sebelah timur selat lombok dan sebelah selatan samudera Indonesia.

(5)

Gambar 6 : Peta lokasi pengukuran potensi arus laut di selat Toyapakeh

Hasil pengukuran arus laut yang dilakukan PPPGL di Selat Toyapakeh, Kabupaten Klungkung, Provinsi Bali, menunjukan kecepatan rata-rata 1.0303 m/s pada kedalaman 4m, 1.1380 m/s pada kedalaman 6m, 1.2097 m/s pada kedalaman 8 m dan 1.2786 m/s pada kedalaman 10m. Kecepatan arus laut pada kedalaman 4-10 m ini merupakan kecepatan potensial untuk pemanfaatan energi arus laut sebagai PLT-Arus Laut.

 Selat Pantar, Kecamatan Alor Timur, Kabupaten Alor, Provinsi NusaTenggara Timur

Pemilihan lokasi penelitian potensi arus laut yang dilakukan oleh PPPGL di Selat Pantar yaitu selat antara Pulau Alor dengan Pulau Pantar dan pulau-pulau kecil disekitarnya, Kabupaten Alor Provinsi Nusa Tenggara Timur dengan koordinat lokasi pengukuran arus laut S 08o 16’ 12” dan E 124o 24’ 28,3”.

Propinsi Nusa Tenggara Timur (NTT) terletak di selatan katulistiwa pada posisi geografis 8o – 12 o Lintang Selatan dan 118 o – 125 o Bujur Timur dengan batas-batas wilayah:

a. Sebelah Utara berbatasan dengan Laut Flores

b. Sebelah Selatan dengan Samudera Hindia c. Sebelah Timur dengan Negara Timor Leste d. Sebelah Barat dengan Propinsi Nusa

Tenggara Barat.

Gambar 7 : Peta lokasi pengukuran potensi arus laut di selat Pantar

Hasil pengukuran arus laut yang dilakukan PPPGL di Selat Pantar, Kabupaten Alor, Provinsi Nusa Tenggara Timur, menunjukan kecepatan rata-rata 1.43 m/s pada kedalaman 4m, 1.43 m/s pada kedalaman 6m, 1.41 m/s pada kedalaman 8 m dan 1.08 m/s pada kedalaman 10m. Kecepatan arus laut pada kedalaman 4-10 m ini merupakan kecepatan potensial untuk pemanfaatan energi arus laut sebagai PLT-Arus Laut.

 Selat Larantuka, Kecamatan Adonara Barat, Kabupaten Flores Timur, Provinsi Nusa Tenggara Timur.

Pemilihan lokasi penelitian potensi arus laut yang dilakukan oleh PPPGL di selat Larantuka selat antara Pulau Flores dengan pulau adonara yang berada di wilayah Desa Tanah Merah Kecamatan Adonara Barat Kabupaten Flores Timur Provinsi Nusa Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai

(6)

Tenggara Timur dengan koordinat lokasi pengukuran arus laut S 08o 18.995’ dan E 123o

01.639’. Kecamatan Adonara Barat salah satu

kecamatan yang terletak di Pulau Adonara Kabupaten Flores Timur. Pulau Adonara terdiri dari 6 kecamatan, yaitu :

 Kecamatan Adonara Timur  Kecamatan Adonara Barat  Kecamatan Klubagolit  Kecamatan Witihama  Kecamatan Watan Ulumado  Kecamatan Ile Boleng

Gambar 8: Peta lokasi pengukuran potensi arus laut di selat Larantuka

Hasil pengukuran arus laut yang dilakukan PPPGL di Selat Pantar, Kabupaten Alor, Provinsi Nusa Tenggara Timur, menunjukan kecepatan rata-rata 1.724 m/s pada kedalaman 3m, 1,84 m/s pada kedalaman 5 m, 1.844 m/s pada kedalaman 7 m dan 1.79 m/s pada kedalaman 9m. Pada kecepatan arus laut pada kedalaman 3-9 m ini merupakan kedalaman potensial untuk pemanfaatan energi arus laut sebagai PLT-Arus Laut.

Analisis pemilihan lokasi untuk PLT-Arus Laut dilakukan dengan metode sebagai berikut :

Tabel 2 : Proses analisis pemilihan lokasi PLT-Arus Laut

Metode analisis menggunakan Kepner-Tregoe digunakan untuk merupakan suatu metode atau cara untuk memecahkan masalah yang terjadi dan bagaimana cara untuk pengambilan keputusan. Sasaran dalam metode Kepner-Tregoe yaitu dalam pengambilan keputusan, untuk memperoleh pengetahuan yang diperlukan untuk mengorganisir dan meneliti satu tonase dari informasi secara efisien, sehingga bisa menentukan tindakan paling sesuai untuk diambil.

Pada analisis menggunakan metode Kepner-Tregoe dilakukan Pembobotan pada tiap-tiap parameter pada variabel aspek teknikal dan aspek sosial ekonomi dimaksudkan untuk memudahkan dalam pengambilan keputusan. Pembobotan pada tiap-tiap parameter pada variebel aspek teknikal dan aspek sosial ekonomi tersaji pada table 3, berikut ini:

(7)

Tabel 3 : Pembobotan pada parameter uji

2.2 Studi Turbin PLT-Arus Laut

Studi turbin PLT-Arus pada penelitian menggunakan metode reverse engineering dari PLT-Arus Laut PPPGL, hal ini dimaksudkan untuk meningkatkan performa turbin yang telah ada dipasaran.

Tabel 4 : Metode perancangan PLT-Arus Laut

Pemilihan jenis turbin horizontal dan vertikal idealnya berdasarkan kondisi arus laut.

Dan arus laut itu ditentukan beberapa faktor antara lain

1. perbedaan temperatur antara permukaan dan dasar laut

2. perbedaan salinitas antar area laut di sekitar situs target

3. arus-arus lain dari perairan sekitarnya yang mempengaruhi arah arus musiman di daerah tersebut

Turbin vertical axis memiliki torsi yang kecil pada saat start dikarenakan adanya tahanan dari bilah turbin yang berseberangan dari bilah turbin yang mendapatkan gaya. Sehingga untuk mengantisipasi hal tersebut, turbin jenis ini memerlukan motor untuk start. Sebaliknya, turbin horizontal axis tidak membutuhkan motor penggerak awal karena tidak ada tahanan saat turbin mulai berputar.

Dari sisi desain dan manufakturing, turbin vertikal axis lebih sederhana dan lebih murah. Hal ini disebabkan oleh kemampuan turbin menerima gaya dari berbagai arah. Sehingga tidak diperlukan mekanisme khusus untuk mengikuti perubahan arah arus. Hal ini yang menyebabkan turbin horizontal axis membutuhkan desain yang kompleks dan biaya pembuatan tinggi. Karena turbin horizontal harus dapat mengikuti perubahan arah dan perubahan inklinasi arus. Alat yang dibutuhkan oleh turbin ini memiliki desain yang komplek dan biaya yang tinggi dan beberapa penyesuaian agar dapat beroperasi dan bertahan di dalam laut.

Maka, dapat disimpulkan bahwa turbin vertikal axis sangat cocok untuk tempat yang arus lautnya cepat dan sering berubah. Dan Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai

(8)

turbin horizontal axis cocok untuk tempat yang arus laut stabil dan mudah diprediksi.

Pada perancangan turbin PLT-Arus Laut perlu menentukan parameter-parameter rancangan. Parameter perancangan pada penelitian ini, sebagai berikut :

 Tipe turbin : vertikal axis

 Rated capacity : 1.0 kW

 Rated Ocean Currents Speed : 1.2 m/s  Cut – In Ocean Current Speed : 0.3 m/s  Cut-Out Ocean Current Speed : 2 m/s

Penentuan luas permukaan turbin PLT-Arus laut menggunakan persamaan 1, didapatkan hasil sebagai berikut[9] :

(1)

Dimana : P = 1.0 kW v = 1 m/s

Dari persamaan 1, maka didapatkan diameter turbin 1 m dan tinggi turbin 1.2 m.

Penentuan jumlah bilah turbin pada PLT-Arus Laut Jumlah bilah turbin (B) dipengaruhi oleh nilai tip speed ratio (λ)

desain, yang diperoleh dengan digunakan persamaan 2[10], sebagai berikut :

(2) Dimana R adalah radius turbin arus laut, n adalah putaran generator dan V adalah kecepatan arus laut. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan tip speed ratio (λ)

adalah 3, berdasarkan Tabel 5 yaitu tabel hubungan tip speed ratio dan jumlah bilah turbin, maka jumlah bilah yang digunakan adalah 3.

Tabel 5 : Hubungan tip speed ratio dan jumlah bilah turbin

Profil yang dipergunakan adalah profil NACA 0020, profil ini umum dipergunakan pada turbin arus laut, dimana pada kecepatan arus rendah dapat menghasilkan energi listrik . Berikut ini adalah gambar profil NACA 0020.

Gambar 10 : Profil NACA 0020

Perhitungan chord dan bilah turbin setting dilakukan dengan beberapa langkah sebagai berikut[11] :

 Membagi bilah turbin dengan radius R menjadi beberapa bagian yang sepadan.  Tiap penampang mempunyai jarak r

terhadap sumbu rotor. Local speed ratio (λr) dapat dihitung dengan persamaan berikut:

(3)  Nilai local speed ratio di atas dipergunakan dalam persamaan berikut untuk mendapatkan sudut inklanasi (Ф) untuk tiap penampang bilah turbin.

(9)

 Nilai chord (c) untuk tiap penampang diperoleh dengan rumusan berikut:

c = 8 . π. r (1- cos Ф) B. Cl

dimana : B = 3  jumlah bilah turbin Cl = 0.92  coefficient lift  Dengan rumus berikut, didapatkan bilah

turbin setting dengan sudut β untuk tiap penampang bilah turbin.

β = Ф – α dimana : α = 5 derajat.

Gambar 11: Rancangan Turbin PLT-Arus Laut Langkah berikutnya pada studi PLT-Arus Laut dilakukan analisis performa bilah turbin Arus Laut. Analisis performa PLT-Arus Laut dilakukan dengan menggunakan metode simulasi Computational Fluids Dynamics (CFD). Simulasi dilakukan untuk model aliran viskos turbulen 3 dimensi berbasis pendekatan Finite Volume. Analisis dilakukan untuk berbagai kondisi aliran seperti kecepatan arus laut dan putaran rotor. Parameter-parameter desain penting seperti torsi, koefisien daya dan efisiensi Bilah turbin. Diagram alir metode analisis hidrodinamika PLT-Arus Laut menggunakan simulasi CFD, sebagai berikut :

Gambar 12 : Diagram alir simulasi hidrodinamika  Model Geometri

Pemodelan geometri pada kajian ini menggunakan bentuk dan ukuran sebenarnya. Pemodelan geometri dilakukan secara 3 (tiga) dimensi dengan skala 1 :1, sebagai berikut :

(a) (b) Gambar 13 :

(a) Model rancangan Gorlov revisi III (b) Model rancangan Darieus

 Model aliran

Simulasi CFD digunakan sebagai salah satu cara menganalisis aliran fluida pada turbin Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai

(10)

arus laut. Analisis menggunakan CFD dibutuhkan pemodelan persamaan-persamaan aliran fluida, diantaranya :

a. Persamaan kontinuitas

Persamaan kontinuitas (konservasi massa) secara umum dapat dituliskan, sebagai berikut :

(4) Dimana ρ adalah kerapatan dan U adalah kecepatan aliran. Pada fluida inkompresibel (ρU) = 0 pada keadaan steady.

b. Persamaan momentum

Persamaan gerak fluida, dimana memenuhi persamaan konservasi momentum, sebagai berikut :

(5)

Dimana P adalah tekanan statik, μ dinamik viscositas dan Sm adalah sumber momentum. Sumber momentum diakibatkan gaya diakibatkan gerakan fluida akibat gravitasi.

c. Persamaan turbulen

Aliran turbulen merupakan aliran yang sangat kompleks karena didominasi oleh struktur eddy dengan fluktuasi yang sangat tinggi Persamaan pengatur aliran ini dapat diturunkan dari persamaan kontinyuitas dan momentum yang akan menghasilkan persamaan Navier-Stokes. Beberapa anggapan yang dipakai dalam melakukan penurunan persamaan turbulen adalah sebagai berikut :  Aliran tak mampu mampat (incompressible).  Viscous stress dan Gaya Coriolis diabaikan  Aliran tak berputar (irrotational).

 Kecepatan aliran yang ditinjau adalah kecepatan rata-rata.

Turbulen merupakan bentuk aliran yang berfluktuasi terhadap ruang dan waktu. Turbulen merupakan proses yang kompleks. Turbulen akan terjadi ketika gaya inersia dalam fluida menjadi sangat dominan dibandingkan gaya viskos (dicirikan dengan tingginya Reynolds, Re)(11).

 Variasi simulasi

Simulasi yang dilakukan adalah dengan memvariasikan kecepatan arus laut sesuai dengan hasil pengukuran arus laut yang dilakukan PPPGL pada model turbin arus laut. Turbin arus laut divariasikan memiliki kecepatan angular 5-30 RPM. Putaran bilah turbin pada PLT-Arus Laut adalah putaran rendah, umumnya putaran turbin arus laut berkisar antara 5 sampai dengan 30 RPM(12)  Sistem mesh/ Grid arrangement

Sistem mesh dalam simulasi CFD digunakan sebagai batasan analisis mengubakan perhitungan numerik pada simulasi. Pada simulasi ini diasumsikan bahwa Turbin arus laut berada pada water tunnel (terowongan air) dengan ukuran terowongan air sebagai berikut :

(11)

3.HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisis pemilihan lokasi PLT-Arus Laut dilihat dari berbagai kriteria penilaian (tabel 3) pada aspek teknikal dan aspek sosial ekonomi pada tiga lokasi penelitian yang telah dilakukan PPPGL. Berdasarkan survai lokasi dan studi data sekunder dari laporan penelitian studi potensi arus laut di Selat Toyapakeh, Selat Pantar dan Selat Larantuka yang telah dilakukan PPPGL, maka didapatkan penilaian pada tiap lokasi sebagai berikut :

Gambar 15 : Penilaian pada tiap-tiap lokasi Pada Gambar 15, penilaian pada aspek teknikal dan aspek sosial ekonomi pada tiga lokasi penelitian yang telah dilakukan PPPGL, maka potensi arus laut di Selat Larantuka memiliki nilai tertinggi dikuti Selat Toyapakeh dan Selat Pantar. Berdasarkan hasil di atas, maka direkomendasikan Selat Larantuka menjadi calon lokasi pemanfaatan energi arus sebagai pembangkit listrik tenaga arus laut.

Penilaian pada aspek teknikal merupakan titikberat dari penilaian lokasi ini. Bobot penilaian pada aspek teknikal 80% dari total penilaian sedangkan aspek sosial ekonomi hanya memiliki bobot 20%.

Bobot penilaian pada analisis lokasi dapat dilihat pada tabel 6. Pada penilaian ini dilakukan dengan metode penelusuran data hasil pengukuran arus laut, survai ke lokasi dan wawancara pada pejabat terkait untuk

mendapatkan data yang valid dan reliable mengenai daerah-daerah penilaian.

Tabel 6 : Penilaian lokasi pada tiap kriteria

Pada gambar 16, merupakan visualisasi distribusi tekanan pada bilah turbin pada kecepatan 1.2 m/s dengan putaran rotor 30 RPM. Distribusi tekanan pada masing-masing permukaan turbin memiliki nilai yang berbeda, Teori dasar yang digunakan untuk analisis turbin air, menyangkut perilaku fluida cair (hidrostatika) yang meliputi teori hidrostatika dan hidrodinamika. Besaran fluida yang terlibat dalam perhitungan turbin arus laut adalah tekanan (p), massa jenis (ρ) ,viskositas (v atau μ) dan luas permukaan bilah turbin. Viskositas dikenal ada viskositas kinematik v atau viskositas absolut/ dinamik μ. Perbedaan tekanan pada bilah turbin dipengaruhi oleh luas permukaan bilah turbin yang kontak dengan fluida. Tekanan hidrostatik pada mempengaruhi tekanan pada permukaan bilah turbin.

Pada Gambar 17 merupakan visualisasi kecepatan pada bilah turbin pada kecepatan 1.2 m/s dengan putaran rotor 30 RPM. Pada visualisasi ini kecepatan diasumsikan seragam Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai

(12)

yaitu sebesar 12 m/s. Kecepatan arus diasumsikan memutar bilah turbin dengan kecepatan 30 rpm menumbuk bilah turbin kecepatan arus dan membentuk pola aliran kecepatan.

Gambar 16 : Visualisasi tekanan pada V = 1.2 m/s, 30 RPM

Gambar 17 : Visualisasi Kecepatan pada V = 1.2 m/s, 30 RPM

Perhitungan daya yang digunakan pada simulasi CFD adalah hasil kali torsi yang dihasilkan model dengan putaran yang dihasilkan. Torsi dari model di dapatkan dari persamaan sebagai berikut

 = r. F

(6)

Sedangkan massa dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut :

 





m A A A p p theoritis   2 2 1 2 2 1 2 /  (7)

Dimana tekanan, densitas dan kecepatan merupakan initial value sedangkan luas

permukaan dari turbin merupakan geometri dari simulasi.

Berdasarkan persamaan 6 dan 7 diatas, dengan perhitungan numerik didapatkan nilai torsi. Nilai torsi hasil perhitungan digunakan untuk menghitung daya bilah turbin.

Verifikasi data pada simulasi CFD pada dimensi turbin dan kondisi yang sama, dimaksudkan untuk mengetahui performa bilah turbin PLT-Arus laut diperlukan untuk mengetahui tingkat kepercayaan (standart error) hasil simulasi dengan hasil pengujian PLT-Arus Laut yang dilakukan oleh PPPGL di Selat Toyapakeh Nusa Penida, Provinsi Bali pada tahun 2009.

Model turbin/model acuan yang yang digunakan pada validasi simulasi dan pengujian pada gambar 18 adalah gambar turbin yang telah dilakukan re-drawing dari bentuk PLT-Arus Laut yang diuji di Selat Toyapakeh Nusa Penida, Provinsi Bali pada tahun 2009. Pengujian dimaksudkan untuk mengetahui kondisi batas dan persamaan yang digunakan pada simulasi CFD sudah dapat digunakan pada perancangan turbin PLT-Arus Laut. Pada validasi ini data hasil uji yang diambil pada pengujian adalah nilai daya yang dihasilkan pada putaran turbin 20 rpm.

Gambar 18 : Validasi simulasi dan pengujian daya vs Kecepatan arus

(13)

Berdasarkan hasil uji statistik menggunakan korelasi pearson pada Tabel 6, didapatkan kesamaan antara variabel pengujian yang dilakukan PPPGL dan simulasi dengan tingkat kesamaan antar variabel dengan tingkat kesalahan 5 %. Kesamaan variabel pengujian dan simulasi mencapai 95%, maka metode simulasi performa turbin PLT-Arus laut menggunakan CFD dapat diterima dengan tingkat kesalahan 5 %.

Tabel 6 : Hasil uji statistic

Hasil simulasi CFD untuk mendapatkan performa rotor hasil rancangan di sajikan pada Gambar 19,20 dan 21 berikut :

Gambar 19: Hasil simulasi CFD pada 5 RPM

Gambar 20 : Hasil simulasi CFD pada 15 RPM

Gambar 21 : Hasil simulasi CFD pada 30 RPM

Perancangan turbin PLT-Arus Laut dilakukan untuk mendapatkan performa turbin yang baik, sehingga pada kecepatan rendah yaitu sebesar 0.3 m/s sudah dapat menghasilkan tenaga listrik. Pada kecepatan rated speed yaitu 1.2 m/s daya rotor yang dihasilkan mencapai design capacity yaitu sebesar 1.0 kW. Model acuan pada gambar 19 adalah turbin yang dimiliki PPPGL, turbin ini jenis turbin gorlov hasil kerjasama penelitian dengan Institut Teknologi Bandung (ITB) sedangkan model gorlov revisi III adalah turbin hasil rancangan pada penelitian ini dan model darrieus merupakan pembanding dari tipe

vertical axis turbin lainnya.

Rancangan model gorlov revisi III dengan merubah sudut serang dan twist pada model acuan meningkatkan performa turbin PLT-Arus Laut. Berdasarkan gambar 19, 20 dan 21, turbin gorlov revisi III memiliki performa lebih baik pada kecepatan arus laut rendah maupun kecepatan arus tinggi.

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

Pada penelitian Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLT-Arus Laut), dihasilkan beberapa kesimpulan diantaranya :

 Berdasarkan penilaian pada aspek teknikal dan aspek sosial ekonomi pada tiga lokasi penelitian yang telah dilakukan P3GL, maka potensi arus laut di selat larantuka memiliki poin tertinggi dikuti selat toyapakeh dan selat pantar

Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Pembangkit Listrik

(14)

 Berdasarkan studi literatur dan data pengukuran arus laut jenis turbin vertical axis

lebih tepat digunakan di Indonesia.

 Rancangan turbin PLT-Arus Laut dibuat untuk mendapatkan performa turbin yang baik, sehingga pada kecepatan rendah yaitu sebesar 0.3 m/s sudah dapat menghasilkan tenaga listrik. Pada kecepatan rated speed yaitu 1.2 m/s daya rotor yang dihasilkan mencapai design capacity yaitu sebesar 1.0 kW.

Saran

Perlu dilakukan penelitian lanjutan meliputii peralatan lain seperti generator, metode instalasi PLT-Arus Laut, transmisi dan distribusi tenaga listrik yang dihasilkan PLT-Arus Laut.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan (PPPGL) atas data-data pendukung yang diberikan pada penelitian ini.

DAFTAR ACUAN

[1]. ESDM. 2009. Dirut PLN : Diperlukan Rp 80 Triliun per Tahun Untuk Pengembangan. Tersedia: http: // www. esdm.go.id/…/2936-dirut-plndiperlukan.diakses : 10 Juni 2010 [2]. Wikipedia.2010.Indonesia. Tersedia di

http://en.wikipedia.org/wiki/Indonesia. diakses : 28 Mei 2010

[3]. Mineral Management Service. Ocean Energy.http://www.mms.gov/mmsKids /PDFs/OceanEnergyMMS.pdf. diakses : 28 Mei 2010

[4]. Khan, Jahangir dan Gouri S. Bhuyan. 2009.

Development Status. Annual report Powertech Labs for the IEA-OES. British Columbia, Canada : Powertech.

[5]. Wikipedia. 2010. Pasang Surut (update

24 April 2010). Tersedia

http://id.wikipedia.org/wiki/IPasang_laut. diakses : 28 Mei 2010

[6]. Solnes, K. 2010. Small –Scale Water Current Turbines For River Application. Annual Report Zero Emission Resource Organization (ZERO). Oslo, Norway. [7]. Buigues, G. et al. 2006. Sea Energy

Conversion: Problems and Possibilities. Prosiding ICREPQ'06. Palma de Mallorca, Spain International Conference On Renewable Energy and Power Quality [8]. Ai Yuningsih, Dkk. 2010. Prospek Energi

Arus Laut Di Perairan Indonesia. P3GLKESDM. Bandung : ISBN No. 978-979-551-020-8

[9]. . Burton, T. et al. 2001. Wind Energy Handbook.Chichester, John Wiley & Sons.

[10]. Manwell, J., McGowan, J., and Rogers, A. 2002. Wind Energy Explained : Theory. Design and Application. John Wiley and Sons, Ltd.

[11]. Kusuma, M. Syahril Badri dkk. 2004. Studi Pengembangan Model Turbulen Κ-Ε Untuk Sirkulasi Arus I: Aliran Dua Dimensi Pada Sebuah Tampungan Air . PROC. ITB Sains & Tek. Vol. 36 A, No. 2, 2004, 179-204.

[12]. Commission of the European Communities.1996. Wave Energy Project Results: The Exploitation of Tidal Marine