PEMANFAATAN KONVERSI ENERGI PANAS AIR LAUT SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK TERBARUKAN

1. Penjelasan Konversi Energi Panas Air LautKonversi energi panas atau (Ocean Thermal Energy Conversion) merupakan sumber energi terbarukan yang menggunakan bahan bakar (fuel) air laut (air panas dan ai dingin). Air laut tersebut merupakan media thermal heat sinar matahari yang digunakan untuk memutar turbin sehingga dapat menghasilkan listrik dan air tawar. Konversi energi panas laut ini menggunakan perbedaan suhu di tiap ketinggian air laut terutama perbedaan suhu yang cukup besar di permukaan dan di laut dalam untuk menggerakkan turbin mesin uap yang nantinya akan dikonversi menjadi tenaga listrik lewat generator (energikinetik menjadi energi listrik).Pada permukaan laut di daerah tropis, suhu berkisar antara 27 30 C akibat terpapar radiasi panas matahari. Pada teknologi ini, permukaan laut berperan sebagai heat source, sedangkan air laut dengan suhu rendah berkisar 4-6 C di kedalaman 700 1000 m berperan sebagai heat sink atau pelepas panas. Di Indonesia jenis sumber daya dan potensi energi laut yang diratifikasi versi ASELI (Asisiai energi Laut Indonesia) pada tahun2011; arus pasang surut memiliki potensi teoritis 160 GW, potensi teknis 22,5 GW, dan potensi praktis 4,8 GW; sedangkan untuk gelombang laut memiliki potensi teoritis 510 GW, potensi teknis 2 GW, dan potensi praktis 1,2 GW, serta yang terakhir untuk panas laut memiliki potensi teoritis 57 GW, potensi teknis 52 GW, dan potensi praktis 43 GW (Mukhtasor, anggota Dewan Nasional/DEN).

Teknologi konversi panas air laut ini menggunakan diferensial suhu antara laut dalam yang dingin dan permukaan laut yang relatif hangat untuk menghasilkan listrik. Teknologi ini berpotensi layak di daerha tropis dimana suhu sepanjang tahun diferensial antara air permukaan dalam dingin dan hangat lebih besar dari 20 C (36 F). Selain menghasilkan listrik, teknologi ini juga memiliki potensi unuk menghasilkan produk lainnya seperti air minum, hidrogen, dan amonia. Air dingin juga dapat digunakan untuk produk komersial lainnya seperti penyejuk udara dan air bidudaya (Office of Ocean and Coastal Resource Management, 2011). 2. Prinsip Kerja Konversi Energi Panas Air LautSiklus kalor yang sesuai dengan OTEC adalah siklus Rankine, menggunakan turbin bertekanan rendah. Sistem dapat berupa siklus tertutup ataupun terbuka. Siklus tertutup menggunakan cairan khusus yang umumnya bekerja sebagai refrigeran, misalnya ammonia. Siklus terbuka menggunakan air yang dipanaskan sebagai cairan yang bekerja di dalam siklusnya (Prawatya, 2010).Secara sederhana dapat disebutkan bahwa OTEC bekerja dengan memanfaatkan perbedaan temperatur untuk membangkitkan tenaga listrik dengan cara memanfaatkannya untuk menguapkan Ammonia atau Freon. Tekanan uap yang timbul kemudian dipergunakan untuk memutar turbin (Prawatya, 2010).Sistem kerja dari konversi energi panas laut mirip dengan kerja siklus hidrologi yaitu keitka pada siang hari, matahari mengangkat molekul molekul air mengalami penguapan (evaporation) ke awan lalu angin meniupkan ke arah daratan dan saat terjadi pengembangan (condensation) di awan, maka butiran butiran air yang tadinya berupa uap kembali menjadi cair lalu turun ke darat. Sistem kerja inilah ditiru oleh sistem kerja konversi energi panas laut ini yaitu dengan memompa air laut permukaan yang bertemperatur tinggi (hangat) dan mengevaporasikannya ke dalam turbin untuk menghasilkan listrik lalu mengkondensasikannya kembali dengan air laut dingin yang diambil pada laut dalam dan kemudian siklus berulang (Rahman, 2008).

Persamaan dasar yang digunakan pada teknologi ini adalah sebagai berikut :

Dimana :P = Tekanan (N/m2)V = Volume (m3)T = Temperatur (Celcius/Fahrenheit/Kelvin)Pada hubungan ini, perbedaan suhu air laut dapat membuat peningkatan tekanan. Peningkatan tekanan tersebut digunakan untuk menghasilkan energi mekanik. Selain persamaan di atas efisisiensi juga harus diperhatikan, heat eficiency dari teknologi ini bahkan tanpa reduksi yang tak dapat dihindari disebabkan oleh fraksi dari kehilangan panas, dapat dicapai hanya pada laju yang sangat kecil dari produksi power.

Dengan pemanfaatan perbedaan suhu pada permukaan dan pada laut dalam, maka berlaku, T = Th TcKita asumsikan bahwa Q merupakan laju volume dari air panas yang melewati dalam sistem pada temperatur Th dan pada suhu ketika meninggalkan sistem tersebut Tc (Suhu air dingin dari dalam laut). Dengan mengarikan bahwa P0, maka dapat kita berikan untuk perubahan panas yang baik. Dengan melihat persamaan di atas maka :P0 = cQT

Pada hukum kedua termodinamika dinyatakan bahwa keluaran maksimum dari kekuatan secara mekanik dapat kita peroleh dari aliran panas P0 yaitu :P1 = Carnot P0Dimana, Carnot = T/Th = (Th - Tc)/Th

Sehingga, P1 = (cQ/Th).( T)2Dari persamaan di atas maka kita bisa mengetahui berapa besar Q yang dibutuhkan untuk menggerakkan turbin sesuai dengan hasil MW yang diinginkan. Misalkan untuk mendapatkan hasil sebesar 1 MW maka :

,

sehingga untuk mendapatkan besar 1 MW kita butuhkan Q sebesar 0,18 m3 s-1.

Menurut Prawatya (2010), prinsip kerja dari konversi energi panas air laut ini secara umum adalah :1. Konversi energi panas laut menggunakan perbedaan temperatur antara permukaan yang hangat dengan air laut dalam yang dingin, minimal sebesar 77 derajat Fahrenheit (25 C) agar bisa digunakan untuk membangkitkan listrik.2. Laut menyerap panas yang berasal dari matahari. Panas matahari membuat permukaan air laut lebi panas dibandingkan air di dasar laut. Hal ini menyebabkan air laut bersirkulasi dari dasar ke permukaan. Sirkulasi air laut ini juga dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin dan menghasilakn energi listrik.3. Dalam operasinya, pipa pipa ditempakan di laut yang berfungsi untuk menyedot panas laut dan mengalirkannya ke dalam tangki pemanas guna mendidihkan fluida kerja. Umumya digunakan ammonia sebagai fluida kerja karena mudah menguap. Dari uap fluida tersebut selanjutnya akan digunakan untuk menggerakkan turbin pembangkit listrik. Selanjutnya, uap fluida dialirkan ke ruang kondensor. Didinginkan dengan memanfaatkan air laut bersuhu 5 derajat celcius (700 1000 meter). Air hasil pendinginan kemudian dikeluarkan kembali ke laut. Begitu siklus seterusnya.

3. Jenis jenis Siklus konversi energi panas air laut a. Siklus Terbuka (Open - Cycle)

Di dalam siklus terbuka ini, berkerja sesuai dengan cara kerja alat ini secara umum. Air panas yang berasal dari permukaan di pompa hinggamasuk ke dalam vacum, untuk mendidihkan fluida kerja dan menghasilkan uap dari fluida kerja yan dipanaskan. Air dingin yang berasal dari laut dalam kemudian di pompa agar dapat masuk ke dalam kondensor, karena digunakan untuk mendinginkan uap dari amonia yang keluar dari turbin. Penguapan dan pendinginan konstan digunakan untuk menggerakkan turbin, energi panas dikonversikan menjadi energi mekanik. Pada siklus terbuka ini, memiliki keuntungan tambahan yaitu dapat menghasilkan air tawar sebagai produk. Kekurangan dari pengunaan siklus terbuka ini adalah rendahnya tekanan yang ada untuk membuka turbin yaitu sebesar 2.8 Kpa dibandingkan dengan sistem tertutup sevbesar 270 Kpa yang menggunakan fluida kerja ammonia, dan dibutuhkan volume fluida kerja yang sangat besar pada turbin uap. Siklus dengan efisiensi yang rendah dikombinasikan dengan dengan jumlah besar volume fluida yang dibutuhkan turbin yang sangat besar.

b. Siklus Tertutup

Siklus tertutup menggunakan fluida dengan titik didih rendah, seperti ammonia, untuk memutar turbin guna membangkitkan listrik. Air laut permukaan yang hangat dipompa melewati sebuah heat exchanger (penukar anas) dimana fluida dengan titik didih rendah diuapkan. Fluida yang mengalami perubahan wujud menjadi uap akan mengalami peningkatan tekanan. Uap bertekanan tinggi ini kemudian dialirkan ke turbin untuk menghasilkan listrik. Kemudian air dingin dari dasar lautan dipompa melewati heat exchanger yang kedua, mengembunkan hasil penguapan tadi menjadi fluida lagi, dimana siklus ini berputar terus menerus. Siklus Rankine tertutup adalah sebuah proses yang mula mula mengevaporasi fluida pada tekanan konstan dalam proses boiler atay evaporator, yang kemudian uap tersebut memberikan daya kerja pada mesin piston atau turbin. Uap buangan kemudian masuk ke dalam sebuah tempat dimana panas tersebut ditransfer pada cairan pendingin, mengakibatkan perubahan bentuk dari uap menjadi cairan, yang kemudian dipompa kembali ke dalam evaporator dan membentuk sebuah siklus.

Gambar 2. Diagram siklus tertutup RankineDimana :1. Titik awal a, penambahan panas pada fluida kerja pada boiler sampai tempera pada ekanan rencana yang ditunjukkan pada titik b.2. Dengan sedikit penambahan panas, cairan menguap pada temperatur dan ekanan mengalami perubahan volume di titik c.3. Uap bertekanan tinggi kemudian memasuki piston atau turbin di titik d.4. Uap bertekanan rendah masuk ke dalam kondensor dan dengan pelepasan panas mengalami pendinginan dan mengembun, kembali ke volume awal pada titik a. c. Hybrid Sistem (Siklus Gabungan)Siklus hybrid menggunakan keunggulan sistem siklus terbuka dan tertutup. Siklus hybrid menggunakan air laut yang diletakkan di tangki bertekanan rendah (vacuum chamber) untuk dijadikan uap. Lalu uap tersebut untuk menguapkan fluida bertitik didih rendah (ammonia atau freon atau yang lainnya) yang akan menggerakkan turbin guna menghasilkan listrik. Uap air tersebut lalu dikondensasikan untuk menghasilkan air tawar desalinasi.

4. Analisa Teknologi konversi energi panas air lautProduk sekunder dari konversi panas air laut ini merupakan teknologi reversi osmosis adalah produk air tawar. Produk ini dapat menjadi solusi alernatif dari masalah sumber air tawar yang semakin terbatas akibat terus bertambahnya populasi dan semakin menurunnya curah hujan akibat perubahan iklim. Selain air tawar, teknologi ini juga menghasilkan air dingin pada suhu 10 C yang kaya akan nutrisi dari dasar laut dalam jumlah besar untuk digunakan oleh Marine Culture. Hal ini telah diterapkan di Hawaii dan India untuk memproduksi ikan Abalone, Lobster, Kepiting, Salmon, Tilapia dengan hasil yang memuaskan. Hasil Produk sekunder dari teknologi ini diantaranya :a. Air ConditioningAir laut yang dingin yang dipompa oleh fasilitas konversi energi panas air laut memberikan kemampuan untuk pendinginan mesin mesin yang berkaitan dengan fasilitas teknologi ini. Menurut perhitungan Departemen Energi Amerika Serikat, pipa berdiameter 0,3 m dapat memompa sebanyak 0,08 m3 air perdetik. Jika 6 C air dingin dipompa oleh fasilitas alat ini, dapat digunakan untuk mendinginkan bangunan besar. Jika sistem beroperasi selama 8000 jam dan listrik lokal dijual seharga 5-10 sen per kWh, maka itu akan menghemat tagihan listrik sebesar 200.000 hingga 400.000 dolar pertahun. b. Budidaya PerairanSistem konversi energi panas air laut ini memiliki kemampuan untuk memompa air laut perairan dalam dengan jumlah besar. Air laut tersebut mengandung nutrisi yang diperlukan untuk budidaya perikana. Budidaya salmon dan lobster sangat bergantung pada nutrisi dari laut dalam, sehingga hal ini sangat berpotensi untuk dikembangkan. Dinginnya air juga dapat dipergunakan untuk mengatur suhu air kolam budidaya dan mendinginkan hasil budaya.c. DesalinasiSistem siklus terbuka dan hybrid dapat dimanfaatkan untuk desalinasi. Air yang dikondensasikan adalah air tawar tanpa mineral laut yang dapat dijasikan air minum atau irigasi pertanian dekat pantai.d. Produksi hidrogenHidrogen bisa diproduksi lewat elektrolisis menggunakan listrik yang dihasilkan. Air hasil desalinasi dapat dimanfaatkan sebagai medium elektrolisis dengan penambahan bahan lain untuk meningkatkan efisiensi.e. Ektraksi mineralLaut memiliki banyak sekali mineral terlarut yang dapat dimanfaatkan, misalkanmagnesium, namun malahnya biaya pemompaan dibandingkan dengan hasilnya membuat kegiatan tersebut tidak berlangsung secara besar besaran. Dengan adanya fasilitas ini, ekstraksi mineral laut dalam dapat dilakukan sambil memproduksi listrik. 5. Kekurangan dan kelebihan dari teknologi konversi energi panas air laut a. Kelebihan Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya Tidak membutuhkan bahan bakar Biaya operasi rendah Produksi listrik stabil Dapat dikombinasikan dengan fungsi lainnya: menghasilkan air pendingin, produksi air minum, suplai air untuk aquaculture, ekstraksi mineral, dan produksi hidrogen secara elektrolisis.b. Kekurangan Belum ada analisa mengenai dampaknya terhadap lingkungan Jika menggunakan amonia sebagai bahan yang diuapkan menimbulkan potensi bahaya kebocoran Efisiensi total masih rendah sekitar 1% - 3 %6. Potensi Pembangkit listrik tenaga konversi energi panas air laut di Indonesiaa. Potensi indonesia yang strategis yaitu terdapat laut yang dalam seperti pada daerha laut selatan Bali, Papua, dll.b. Indonesia merupakan negara yang mempunyai lautan yang cukup luas.c. Indonesia sebagai negara yang memiliki garis pantai terpanjang di dunia.