viii DAFTAR ISI
SAMPUL DALAM ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
PENETAPAN PANITIA PENGUJI ... iv
SURAT KETERANGAN BEBAS PLAGIAT ... v
UCAPAN TERIMAKASIH ... iv
ABSTRAK ... vi
ABSTRACT ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 7
1.3 Tujuan Penelitian ... 8
1.4 Manfaat Penelitian ... 8
1.5 Keaslian Penelitian ... 9
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 10
2.1 State of The Art Review ... 10
2.2 Pengertian Arus Laut... 13
2.3 Prinsip Dasar Energi Pasang Surut ... 15
2.4 Proses Terjadinya Pasang Surut ... 16
2.5 Tipe–tipe Energi Pasang Surut ... 18
vi
ix
2.5.1 Sistem Tides Kolam Tunggal Sederhana ... 18
2.5.2 Sistem Tides Dengan Dua Kolam ... 19
2.6 Proses Energi Pasang Surut ... 20
2.7 Current Meter ... 22
2.7.1 SEBA Hydrometrie Gewerbestr 61.a ... 23
2.8 Metode ... 24
2.8.1 Metode Lagrangian ... 24
2.8.2 Metode Regresi Linier Sederhana Deret Waktu .. 25
2.9 Statistika ... 26
2.9.1 Statistika Deskriptif ... 27
2.10 Surfer 11.0 ... 28
BAB III METODE PENELITIAN ... 30
3.1 Pemilihan Lokasi Energi Arus, Pasang dan Surut ... 30
3.2 Jenis Waduk ... 31
3.3 Data ... 32
3.3.1 Sumber Data ... 32
3.3.2 Jenis Data ... 33
3.3.3 Teknik Pengumpulan Data ... 33
3.4 Langkah–langkah Penelitian ... 34
3.5 Pengembangan Penelitian ... 37
3.6 Diagram Alur Penelitian ... 38
3.7 Jadwal Pelaksanaan Penelitian ... 39
BAB IV PEMBAHASAN ... 40
4.1 Gambaran Umum Pulau Serangan ... 40
x
4.2 Data Pulau Serangan ... 41
4.2.1 Topografi Pulau Serangan ... 41
4.2.2 Data Pasang Surut Pulau Serangan ... 43
4.3 Penentuan Titik ... 48
4.3.1 Penentuan Titik Lokasi Penelitia ... 48
4.4 Pengukuran Arah Arus Laut dengan Metode Lagrangian 50 4.5 Perhitungan Volume dan Debit Air... 50
4.6 Lokasi Waduk ... 55
4.7 Perencanaan Desain Waduk ... 58
4.8 Daya yang Dihasilkan dari Energi Pasang Surut ... 61
4.9 Perhitungan Energi Pasang Surut ... 62
4.10 Perhitungan Rapat Daya ... 66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 70
5.1 Kesimpulan ... 70
5.2 Saran ... 71
DAFTAR PUSTAKA ... 72
LAMPIRAN 1 ... 75
xi ABSTRAK
ANALISA POTENSI ENERGI PASANG SURUT AIR LAUT DI SELAT PULAU SERANGAN
Energi alternatif merupakan sumber energi terbarukan, contohnya seperti matahari angin, air, biomasa dan panas bumi. Energi pasang surut diperoleh dari pemanfaatan variasi permukaan laut terutama disebabkan oleh efek gravitasi bulan, dikombinasikan dengan rotasi bumi dengan menangkap energi yang terkandung dalam perpindahan massa air akibat pasang surut. Energi ini banyak terdapat di selat karena pada selat terjadi penyempitan ruang gerak arus sehingga kecepatan arus menjadi lebih cepat. Salah satunya adalah Selat Pulau Serangan.Tujuan penelitian ini adalah mengetahui potensi energi listrik dan kerapatan daya di Selat Pulau Serangan kemudian membuat desain waduk.
Pengukuranarus laut menggunakan metode Lagrange dan alat Current Meter di delapan titik penelitian kemudian dengan metode Regresi Sederhana Deret Waktu untuk meramalkan ketinggian air dan desain ketinggian waduk.
Hasil menunjukkan bahwa energi yang dihasilkan saat pasang mencapai 248,028046 kW, sedangkan saat surut mencapai 251,8062 kW. Rapat daya terbesar berada di sekitar jembatan berkisar 25,3604 – 47,05809 W/m2, sedangkan rapat daya terkecil berada di sebelah utara jembatan berkisar 0,012069 – 0,121019 W/m2. Posisi yang tepat untuk dijadikan waduk di sebelah selatan jembatan dengan ukuran luas 10.000 m2, tinggi waduk 5,5 meter dan luas lubang air 0,366 m2.
Kata Kunci : Energi, Pasang Surut, Rapat daya, Lagrange
vi
xii BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi listrik di Indonesia saat ini semakin meningkat dan masih didominasi oleh energi konvensional yang berbasis bahan bakar fosil, seperti minyak bumi dan batu bara. Penggunaan energi konvensional tidak hanya berdampak pada krisis kekurangan energi, tetapi juga berdampak pada krisis lingkungan hidup. Selain itu, dipandang tidak ekonomis lagi dikarenakan persediaan bahan bakar fosil sudah menipis disertai dengan fluktuasi harga yang cenderung meningkat serta transportasi yang jauh ke tempat pembangkitan, sehingga dibutuhkan energi alternatif lain sebagai tenaga pembangkitan listrik.
Sehingga, diperlukan pemanfaatan energi alam yang bisa diperbaharui dan lebih ramah lingkungan.
Energi alternatif merupakan sumber energi terbarukan, contohnya seperti matahari, angin, air, biomasa, dan panas bumi akan selalu tersedia dan tidak pernah habis seperti minyak bumi atau batubara. Selain itu, energi alternatif juga tidak menghasilkan limbah yang akan membahayakan lingkungan dalam waktu jangka panjang. Jika mengesampingkan biaya produksi, maka sumber energi alternatif tidak perlu dibeli, karena sumber energi ini hanya membutuhkan biaya awal untuk instalasi, untuk kemudian dapat beroperasi tanpa bahan bakar. Hal ini tentu saja berbeda dengan minyak bumi atau batubara dalam pengoperasiannya dan memerlukan biaya yang cukup besar.
1
Energi air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah diperoleh, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Energi yang masuk dalam kategori energi air adalah energi sungai, energi ombak, energi panas laut (OTEC), energi pasang surut air laut, dan energi arus laut. Tenaga air sungai memanfaatkan energi air yang bergerak dari tingkat tinggi ke tingkat rendah (contoh, air mengalir ke bawah) semakin besar jatuhnya air, makin cepat aliran air maka semakin besar listrik dapat dihasilkan, sistem hidro kecil menangkap energi sungai tanpa mengambil banyak air dari aliran alaminya. Tenaga air berskala kecil merupakan sumber energi yang ramah lingkungan dengan perkembangan yang potensial. Ombak merupakan gerakan air laut yang turun-naik atau bergulung- gulung. Energi ini dibangkitkan melalui efek gerakan tekanan udara akibat fluktuasi pergerakan gelombang, yang mana pembangkitan energi ini akan terjadi dilepas pantai yang memiliki laju ombak besar (stabil). Konversi energi thermal lautan (OTEC) adalah metode untuk menghasilkan energi listrik menggunakan perbedaan temperatur yang berada di antara laut dalam dan perairan dekat permukaan untuk menjalankan mesin kalor. Seperti pada umumnya mesin kalor, efisiensi dan energi terbesar dihasilkan oleh perbedaan temperatur yang paling besar. Perbedaan temperatur antara laut dalam dan perairan permukaan umumnya semakin besar jika semakin dekat ke ekuator. Energi pasang surut merupakan energi yang terbarukan. Prinsip kerjanya sama dengan pembangkit listrik tenaga air, dimana air dimanfaatkan untuk memutar turbin dan mengahasilkan energi 2
listrik. Energi diperoleh dari pemanfaatan variasi permukaan laut terutama disebabkan oleh efek gravitasi bulan, dikombinasikan dengan rotasi bumi dengan menangkap energi yang terkandung dalam perpindahan massa air akibat pasang surut. Arus laut merupakan gerakan yang sangat luas yang terjadi di seluruh lautan. Arus permukaan dibangkitkan terutama oleh angin yang berhembus di permukaan laut. Selain itu topografi muka air laut juga turut mempengaruhi gerakan arus permukaan.
Indonesia merupakan negara kepulauan yang berada di garis khatulistiwa mempunyai potensi sumber-sumber energi baru terbarukan yang melimpah sedangkan yang sudah dimanfaatkan masih sangat kecil, sehingga dimungkinkan untuk peningkatan pemanfaatkan sumber energi yang murah, ramah lingkungan dan terbarukan. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu sistem pembangkit yang efisien, mudah pendistribusiannya dan ramah lingkungan di masing-masing daerah di Indonesia dan menggalakkan pemanfaatan sumber energi lain selain bahan bakar fosil untuk proses pembangkitan seperti air, maupun arus laut.
Indonesia merupakan salah satu negara kepulauan yang memiliki garis pantai yang panjang, sebagian besar wilayah Indonesia berupa perairan, memiliki luas tiga kali lebih besar dari luas daratan. Indonesia mempunyai potensi yang besar untuk tenaga arus laut dan pasang surut air laut, mengingat Indonesia merupakan negara kepulauan yang dikelilingi oleh lautan, dua lautan besar yang mengelilingi Indonesia yaitu samudra Hindia dan samudra Pasifik.
Seiring perkembangan jaman, pasang surut air laut juga berpotensi untuk menjadi sumber energi terbarukan menggantikan sumber energi konvensional.
3
Dalam konversi energi, arus tersebut bisa dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif dengan cara pemanfaatan energi potensial yang tersimpan pada setiap arus air (Hermawan et al., 2012).
Dari penelitian tentang analisis karakteristik arus laut di perairan Tanjung Mas Semarang dalam upaya pencarian potensi energi alternatif, lokasi titik pengukuran atau penempatan ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) berada di koordinat 60 52’ 19” LS dan 1100 21’ 18” BT dengan kedalaman 15 meter.
Metode yang digunakan dalam pengukuran data primer adalah metode Eulerian dengan ADCP. Arus direkam secara simultan dan kontiniu pada setiap lapisan kedalaman di satu titik lokasi. Pengolahan data primer menggunakan software currentrose, sedangkan untuk penghitungan rapat daya menggunakan persamaan
Fraenkel. Kecepatan arus dominan tertinggi yaitu mencapai kisaran 0,028 – 0,828 m/detik, terdapat di permukaan perairan dengan kedalaman 1,5 meter dan bergerak ke arah barat laut. Rapat daya terbesar yang dihasilkan dengan asumsi kecepatan arus (v = 0,828 m/detik) yaitu 290,92757 W/m2. Untuk rapat daya terkecil yaitu 0,01125 W/m2, dihasilkan dengan asumsi (v = 0,028 m/detik) (Wijaksono et al., 2012).
Dalam penelitian lain tentang potensi energi arus laut untuk pembangkit tenaga listrik di kawasan pesisir Flores Timur, NTT. Pada kondisi surut arah aliran arus secara umum berarah ke selatan dengan distribusi kecepatan arus berkisar antara 0,5 m/s – 2,1 m/s dan distribusi rapat daya berkisar antara 0,2 – 0,6 kW. Distribusi kecepatan arus terbesar terdapat di perairan sebelah utara Selat Larantuka atau tepatnya di muara Selat Larantuka, yaitu dengan kecepatan antara 4
1 m/s – 2,1 m/s dan di sebelah selatan perairan Larantuka dengan distribusi kecepatan arus berkisar antara 1 m/s – 2,1 m/s. Distribusi rapat daya di kedua perairan tersebut berkisar antara 0,1 kW – 0,2 kW. Di wilayah tengah perairan Selat Larantuka atau tepatnya mulai dari dermaga penyeberangan hingga Pelabuhan Larantuka distribusi kecepatan arus rata-rata berkisar antara kecepatan 0,5 m/s – 1 m/s dengan distribusi rapat daya berkisar antara 0,2 kW – 0,4 kW.
Berdasarkan distribusi harga rapat daya di sekitar perairan Selat Larantuka lokasi yang mempunyai distribusi rapat daya yang paling besar adalah di sekitar lokasi selatan lereng Gunung Ile Mandiri dengan harga rapat daya berkisar antara 0,3 kW - 0,4 kW. Pada kondisi pasang arah aliran arus secara umum berarah ke utara dengan distribusi kecepatan arus berkisar antara 0,5 m/s - 2,55 m/s dan distribusi rapat daya berkisar antara 0,3 kW - 7,0 kW. Pada kondisi ini terjadi peningkatan kecepatan arus dan besarnya rapat daya listrik yang sangat signifikan di sekitar perairan Tanjung Gonsales, dimana kecepatan arus di lokasi ini mencapai kecepatan antara 1,5 m/s - 2,55 m/s dan rapat daya listrik sebesar 3,0 kW - 7,0 kW. Sedangkan di sebelah utara dan selatan perairan Selat Larantuka distribusi kecepatan arus berkisar antara 0,5 m/s - 1,5 m/s dengan harga distribusi rapat daya berkisar antara 0,1 kW - 0,5 kW di sebelah utara dan 0,5 kW - 2,0 kW di sebelah selatan. Berdasarkan distribusi rapat daya di sekitar perairan Selat Larantuka lokasi yang mempunyai distribusi rapat daya yang paling besar adalah di sekitar lokasi Tanjung Gonsales dengan rapat daya berkisar antara 3,0 kW - 7,0 kW (Masduki dan Yuningsih, 2011).
5
Jumlah kebutuhan tenaga listrik di Provinsi Bali cenderung meningkat dari tahun ke tahun untuk sektor rumah tangga, sektor komersial, sektor publik, kecuali sektor industri mengalami penurunan untuk tahun 2000 dan tahun 2003.
Pertumbuhan penjualan energi listrik rata-rata untuk 10 tahun terakhir bagi sektor rumah tangga adalah sebesar 12,37%, sektor komersial 11,40%, sektor publik 7,03% dan sektor industri sebesar 6,6% sedangkan untuk pertumbuhan jumlah pelanggan rata-rata untuk 10 tahun terakhir bagi sektor rumah tangga adalah 7,2%, sektor komersial 11,46%, sektor publik 8% dan sektor industri 2,27%
(Nugroho, 2004).
Pulau Bali pada khususnya memiliki sumber-sumber tenaga air yang pemanfaatannya masih sedikit untuk memenuhi kebutuhan energi listriknya.
Mengingat kondisi Pulau Bali dikelilingi oleh laut maka sangat perlu diketahui seberapa besar potensi energi dari laut dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan energi listrik khususnya pada arus pasang dan surut. Dengan mendapatkan luasan pantai yang dijadikan sebagai waduk, dilanjutkan dengan menghitung energi potensial dari proses pasang surut yang terjadi dan menghitung nilai kerapatan energi listrik, sehingga diperoleh energi yang maksimal. Sumber energi pasang surut terjadi 2 (dua) kali sehari dan dalam prosesnya terjadi proses perpindahan air yang disebut arus laut yang juga bisa dimanfaatkan potensinya. Sumber energi ini merupakan sumber energi yang bersih serta ramah lingkungan. Penelitian ini mengambil tempat di pesisir selatan Pulau Bali yaitu di perairan Pulau Serangan.
Hal tersebut disebabkan karena wilayah perairan selat merupakan tempat melintasnya dan berkumpulnya massa air laut. Pada lokasi selat memungkinkan 6
massa air laut mengumpul dan bergerak lebih cepat karena semakin menyempitnya ruang gerak dari laut menuju selat. Pada tempat inilah yang terdapat potensi energi terbesar dari perairan disekitarnya (Moreno et al., 2008).
Penelitian ini adalah pengembangan dari penelitian sebelumnya tentang kajian potensi pengembangan energi pasang surut sebagai energi alternatif.
Penelitian ini lebih membahas tentang seberapa besar energi yang dapat dihasilkan di Pulau Serangan dengan menentukan lokasi waduk yang dibantu dengan alat current meter dan menggunakan metode Lagrangian. Metode ini digunakan karena keadaan dari lokasi penelitian yang memang tidak terlalu luas sehingga bisa menggunakan peralatan yang lebih sederhana, selain itu juga peneliti tidak memiliki alat atau simulasi untuk mengukur arah arus pasang surut.
Alat current meter digunakan sebagai alat bantu untuk pengukuran langsung kecepatan air dan penentuan titik lokasi pengukuran. Data diperoleh dengan alat bantu current meter (Mandiharta, 2007).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka diperoleh rumusan masalah yang akan dibahas adalah :
1. Berapa kerapatan daya listrik di selat Pulau Serangan dengan menggunakan data kecepatan arus laut dari pengukuran langsung menggunakan current meter.
2. Dimana posisi yang cocok untuk dijadikan waduk dengan melihat arah arus pasang surut menggunakan metode Lagrangian.
7
19
3. Berapa energi yang dapat dihasilkan pada proses pasang dan surut dalam satu hari.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan yang diharapkan dari penelitian ini adalah mendapatkan luasan waduk, untuk memperoleh nilai energi potensial dari proses pasang surut yang terjadi dan kerapatan energi listrik yang dihasilkan.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat akademis dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui besar potensi energi listrik yang dihasilkan oleh proses pasang dan surut air laut.
2. Penelitian ini bermanfaat menunjang teori-teori yang ada, khususnya yang berhubungan dengan energi laut yang dikonversikan menjadi energi listrik.
Manfaat praktis dari penelitian ini :
1. Pemanfaatan pasang surut air laut untuk dijadikan energi listrik.
1.5 Keaslian Penelitian
Keaslian penelitian ini ditunjukkan dengan belum adanya penelitian yang menggunakan alat currnet meter dan pendekatan menggunakan surfer 11.0.
Dalam tulisan ini, ditunjukkan penelitian-penelitian yang telah ada sebelumnya dan simulasi pendekatan yang digunakan pada fishbone diagram 1.1
Potensi Energi Pasang Surut
Arah Arus Laut
Kecepatan Arus Laut
Peta Bathimetri
Ketinggian Pasang Surut Laut
Lagranian
ADCP
LADCP
Perairan Laut
Sungai Perairan
Selat
Perairan Pantai
QGis
ArcGis Surfer
Aquveo SMS
Gambar 1.1 Fishbone Diagram
9
