NASIONAL SURAMADU DALAM ANALISA AWAL POTENSI
PLTAL (PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN LAUT)
R. Aldi Kurnia W, Yulia Nur F, Innanda Rizqia P, Widya Utama Teknik Geofisika, FTSP
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Email : widya@geofisika.its.ac.id
ABSTRAK
PLTAL (Pembangkit Listrik Tenaga Angin Laut) merupakan salah satu teknologi dalam memanfaatkan angin laut menjadi sumber tenaga listrik. Kapasitas pembangkit listrik yang dapat dihasilkan oleh PLTAL sangat bergantung pada kecepatan angin. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kecepatan angin dan arah angin di Jembatan Nasional Suramadu. Sehingga dapat diprediksi peletakan turbin dan daya yang dapat dihasilkan oleh turbin. Untuk melakukan penelitian ini telah dilakukan pengumpulan data, yakni koordinat titik pengukuran, kecepatan angin, arah angin, dan beban daya listrik. Akusisi data dilakukan pada pagi hingga malam menggunakan anemometer di sepanjang jembatan dengan interval jarak pengukuran 900 meter setiap titik pengukuran. Selanjutnya, dengan melakukan perhitungan kecepatan angin yang difilter menggunakan metode
moving average untuk mengurangi noise dari angin kendaraan, maka akan
dianalisa dan didapatkan penentuan lokasi peletakan turbin dan akumulasi turbin yang dibutuhkan agar sesuai dengan kebutuhan daya jembatan. Dari hasil perhitungan dibutuhkan 12 turbin dimana pada lokasi MK1 7 buah turbin dan MK4 5 buah turbin dengan estimasi daya listrik yang dihasilkan MK1 6666 Watt dan MK4 6487 Watt.
1. Pendahuluan
Saat ini sumber energi minyak bumi semakin lama jumlahnya semakin berkurang, sehingga dibutuhkan energi alternatif untuk memenuhi kebutuhan sumber energi. Selain itu energi yang berasal dari minyak bumi juga menghasilkan gas–gas dan cairan yang dapat mencemari lingkungan dalam proses produksinya. Salah satu energi alternatif untuk mengganti sumber minyak bumi adalah energi angin. Dari segi ekonomi, sumber energi angin mampu mengurangi penggunaan bahan bakar minyak serta menciptakan lapangan pekerjaan. Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Pemanfaatan energi angin di Indonesia khususnya di Suramadu dapat dilakukan, karena jembatan Suramadu merupakan jembatan di Indonesia yang melewati selat dan memiliki potensi angin yang cukup besar.
2. Tinjauan Pustaka Potensi Tenaga Angin
Indonesia yang merupakan Negara Maritim dengan luas total perairannya 2/3 dari luas daratan memiliki potensi angin yang cukup besar, terutama pada daerah pesisir pantai seperti Jembatan Suramadu, dikarenakan pengaruh dari angin lokal yang begitu besar, angin lokal terjadi akibat perbedaan suhu lokal antara sifat fisis daratan dan lautan, contohnya laut mempunyai kapasitas panas lebih besar daripada darat sehingga laut mampu menyimpan panas lebih lama daripada darat, laut lebih banyak memantulkan sinar matahari daripada darat, energi matahari dapat memasuki laut sampai dalam dengan bantuan arus laut, sedangkan di darat energi matahari hanya mencapai kedalaman beberapa sentimeter. Jembatan Suramadu memiliki potensi angin yang cukup besar.
(Damanik – 2011)
WPRLOT (Wind Plot Rose for Meteorological Data) View
Software WPRLOT View adalah sebuah software berbasis Windows yang digunakan untuk mengetahui distribusi angin baik arah maupun kecepatan. Software ini juga memunculkan perhitungan wind rose dan tampilan grafis yang menggambarkan variable meteorologi untuk rentang waktu dan tanggal sesuai kebutuhan pengguna. wind rose menggambarkan frekuensi kejadian angin pada tiap arah mata angin dan kelas kecepatan angin pada lokasi dan waktu tertentu.
Wind rose dapat pula digunakan untuk menampilkan grafik dari kecenderungan arah pergerakan angin pada suatu wilayah. Karena pengaruh dari kelerengan lokal, kemungkinan efek pesisir, jangkauan alat, dan variabilitas temporal dari angin, perhitungan wind rose tidak selalu mewakili pergerakan riil angin di wilayah tersebut.
mengolah data angin berupa diagram wind rose dan klasifikasi kecepatan serta frekuensi angin pada suatu wilayah.
Gambar 1 Tampilan awal software WRPLOT View
(Habibie dkk. - 2011)
Tenaga Total
Tenaga total aliran angin adalah sama dengan laju energi kinetik aliran yang datang KEi.
Ptot=M . K . Ei=M . Vi 2
2gc (1) Dengan
Ptot=tenagatotal(Watt)
M = laju aliran massa (kg/det) Vi = kecepatan aliran (m/det)
gc = faktor konversi = 1,9 kg/(N. det2 )
Dengan laju aliran massa diberikan oleh persamaan kontinuitas: M=ρ . A .Vi
Dengan
ρ=massa jenisangin(km/m3 )
A = luas penampang melintang aliran ( m2¿
Sehingga: Ptot=21g
c .Vi
2
. ρ. A (2)
(Pudjanarsa dan Nursuhud – 2006)
Tenaga Maksimum
Dengan menerapkan kesetimbangan energi maka akan diperoleh: Pmaks=16
27. 1 2. gc
. Vi3. ρ . A (3)
(Pudjanarsa dan Nursuhud – 2006)
Tenaga Aktual
Efesiensi aktual ( η ) adalah perkaliannya dengan ηmaks dan ηmaks adalah perbandingan tenaga aktual terhadap tenaga total:
P=η . Pmaks=2.1g c
.Vi 3
. ρ . A (4)
(Pudjanarsa dan Nursuhud – 2006)
Kincir Angin Sumbu Vertikal
Mesin ini lebih awal, kadang disebut Persian Windmill, merupakan evolusi dari kapal. Tekanan angin mengenai layar atau penampang yang menyebabkan roda berputar. Turbin jenis vertikal adalah H-Darrieus yang sudah ada di pasaran sehingga tidak dilakukan pembuatan desain dari turbin yang dibutuhkan. Dari referinsi Rizkyan (2009) telah di dapatkan salah produk turbin memiliki efisiensi yang relatif tinggi adalah buatan MUCE dengan spesifikasi sebagai berikut:
Jenis = VAWT
Daya efektif = 5 kW
Kecepatan efektif = 2.5-35 m/s Kecepatan maksimal= 60 m/s
Teg.output = 380 VAC
Waktu hidup = 20 tahun
Temperatur = - 35o C ~ + 60o C
Tinggi bilah = 4 m
Diameter = 3.8 m
Luas =15.2 m2
Bahan = Aluminium alloy
Banyaknya biah = 5-6
Massa = 376 kg
Putaran = 155 rpm
Tinggi pilar = 7 m
Rem turbin = ≥15 m/s
Efesiensi = 0,53
(Rizkyan – 2009)
Beban Daya Listrik untuk Penerangan di Jembatan Suramadu
Kebutuhan listrik yang utama di jembatan Suramadu adalah daya listrik untuk penerangan. Berikut adalah data-data yang telah diperoleh tentang penerangan di jembatan Suramadu :
Panjang total = 5438 m
Pengumpulan Data Kecepatan angin Arah angin Koordinat titik
pengukuran kecepatan angin
Beban daya listrik Jembatan Suramadu
Analisa perhitungan kecepatan angin
terbesar dan arah angin di setiap titik
pengukuran.
Penetuan titik pemasangan turbin angin sebagai Pembangkit Tenaga Listrik Angin Laut di Jembatan Suramadu.
Analisa beban daya listrik yang dibutuhkan dan dihasilkan oleh energi alternatif angin. Daya kebutuhan penerangan = 79 kW
(Rizkyan – 2009) 3. Metodologi
Gambar 2 Metodologi untuk pencarian daya listrik
Dalam penelitian ini dilakukan beberapa tahapan metodologi, yakni pengumpulan data yang bertujuan untuk mendapatkan data kecepatan angin, arah angin berhembus, koordinat titik pengukuran kecepatan angin, dan beban daya jembatan suramadu untuk analisis kecepatan angin rata-rata terbesar dari semua titik. Selanjutnya ditentukan lokasi penempatan turbin beserta arah turbin berdasarkan arah anginnya untuk PLTAL di Jembatan Suramadu. Kemudian dihitung dan dianalisa beban listrik yang dapat dihasilkan oleh energi alternatif angin agar sebanding serta sesuai dengan kebutuhan.
4. Hasil dan Pembahasan
Dari hasil pengukuran dengan menggunakan anemometer di Jembatan Suramadu dengan ketinggian 2 m di atas jalan pada tujuh titik dengan interval jarak 900 m, diukur dengan interval waktu 30 detik per 1 data sheet sehingga didapatkan 15 data sheet kecepatan angin setiap titik. Kemudian dilakukan perhitungan moving average untuk mengurangi efek noise dari kendaraan yang melintas. Sehingga didapatkan data kecepatan angin rata-rata pada tabel
Tabel 1 Data kecepatan angin pada siang hari
Siang Hari
Lokas
i rata-rata (m/s) ❑
o (utar
a)
MK1 1,2 135-156
MK2 0,3 185
MK3 0,2 46-131
MK4 2,4 310-201
MK5 1,0 256-131
MK6 1,5 312
MK7 0,8 350
Tabel 2 Data kecepatan angin pada malam hari
Malam Hari
Nama lokasi
Kecepatan angin rata-rata (m/s)
Arah angin
❑o (utar
a)
MK1 1,6 0
MK2 0,5 0
MK3 0,6 0
MK4 0,4 325
MK5 0,7 0
MK6 0,1 10
MK7 0,4 0
Dari kedua waktu pada tabel 1 dan tabel 2, kemudian diambil rata-rata kembali untuk menentukan kecepatan angin rata-rata di setiap titik sebagai berikut:
Tabel 3 Kecepatan rata-rata angin pada setiap titik
Nama lokasi
Kecepatan angin rata-rata (m/s)
MK1 1,4
MK2 0,4
MK3 0,4
MK4 1,4
MK5 0,9
MK6 0,8
MK7 0,6
Rata-Rata 0,8
Gambar 3 Titik-titik pengukuran kecepatan angin di jembatan Suramadu
Analisa Kecepatan Angin
Dari data kecepatan angin rata-rata pada tahun 2012-2013 yang di ukur oleh PT. Jasa Marga, sebesar 0,8 m/s pada ketinggian 2 m dibandingkan dengan kecepatan angin rata-rata sebesar 8,1 m/s pada ketinggian 8 m, maka didapatkan hasil seperti pada tabel 4.
Tabel 4 Data kecepatan angin rata-rata setelah dilakukan pendekatan pada
ketinggian 8 m
Nama lokasi
Kecepatan angin rata-rata (m/s)
MK1 13,7
MK2 3,6
MK3 3,9
MK4 13,6
MK5 8,3
MK6 7,7
MK6 5,6
Dari tabel 4 terlihat ada dua lokasi yang memiliki kecepatan angin terbesar yaitu pada lokasi MK1 dan MK4.
Analisa Arah Angin
Gambar 4 Diagram rose dari data kecepatan dan arah angin yang diukur
menggunakan alat anemometer
Terlihat pada gambar 4, adalah hasil pengolahan data dengan menggunakan software WRPLOT View sehingga didapatkan diagram rose yang menunjukkan arah angin berserta persebaran kecepatannya.
Dari hasil pengukuran arah angin menggunakan alat anemometer di Jembatan Suramadu didapatkan bahwa arah angin bervariasi. Dari diagram rose diketuhui arah angin bervariasi maka dibutuhkan penggunaan turbin angin sumbu vertikal karena turbin ini memiliki poros rotor utama yang tegak lurus sehingga tidak perlu diarahkan ke angin untuk menjadi efektif.
Penentuan Titik Pemasangan Turbin
turbin ialah lokasi MK 1 yang memiliki kecepatan angin rata-rata 13,692 m/s dan lokasi MK 4 yang memiliki kecepatan angin rata-rata 13,568m/s. Hal ini dikarenakan untuk membangun sebuah PLTAL yang menggunakan jenis turbin H-Darrieus dengan buatan MUCE, agar didapatkan daya listrik dibutuhkan kecepatan angin antara 2,5 m/s – 25 m/s untuk mengkonversi pendekatan, didapatkan lokasi yang cocok untuk penempatan turbin yaitu pada lokasi MK1 dan MK4. Dengan data kecepatan angin yang sudah diketahui dapat dilakukan perhitungan untuk mencari estimasi daya listrik yang dihasilkan. Dari hasil perhitungan didapatkan estimasi daya listrik yang dihasilkan sbesar 6666,9 Watt untuk MK1 dan 6487,2 Watt untuk MK4.
Dari estimasi daya listrik yang dihasilkan didapatkan jumlah turbin yang dibutuhkan sebanyak 12 buah untuk memenuhi kebutuhan penerangan sebesar 79000 Watt. Dengan penempatan 7 turbin pada lokasi MK1 dan penenmatan 5 buah cokasi MK4. Hal ini karena berat turbin mencapai 376 kg dan pada lokasi MK4 terbatas atas panjangnya daerah karena berada di tengah jembatan Suramadu. lokasi MK 1 yang memiliki kecepatan angin rata-rata 13,6 m/s dan lokasi MK 4 yang memiliki kecepatan angin rata-rata 13,5 m/s. Estimasi daya listrik yang dihasilkan sbesar 6666,9 Watt untuk MK1 dan 6487,2 Watt untuk MK4. Dibutuhkan 12 buah turbin dengan 7 buah turbin di lokasi MK1 dan 5 buah turbin di lokasi MK4.
Daftar Pustaka
Damanik, Asan. (2011). Fisika Energi. Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma.
