P3 TESIS – ME 092350
PENGEMBANGAN SISTEM PROPULSIPENGEMBANGAN SISTEM PROPULSIHYBRID (BATERAI–DIESEL ELEKTRIK)
UNTUK LINER FERRYUNTUK LINER FERRY MERAK-BAKAUHENI
DOSEN PEMBIMBING
AGUS DWI SANTOSO
DOSEN PEMBIMBING•SUTOPO PURWONO FITRI, ST, M.Eng, PhD.•Dr. Ir. A.A. MASROERI, M.Eng.
Free Powerpoint Templates Page 1
4110204201Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Latar Belakang & Perumusan Masalah
K b t h k k l h Konvensional engine sudah tidak
if k j
Perumusan Masalah Kebutuhan akan kapal ramah
lingkungan dan hemat energi. Meningkatnya potensi global
warming.
representatif untuk menunjang sistem eco ship.
Perlu pengembangan teknologi lanjutuntuk engine – engine yang reliable,g
Menurunnya ketersediaanbahan bakar minyak.
untuk engine engine yang reliable,hemat energi, dan environmentalfriendly.
Peraturan – peraturan mengenai i i d b
Latar Belakangpengaturan emisi dan gas buang.
Meluasnya dampak pencemaranudara dan efek global warming.
Perlunya pengembangan sistem energi alternatif yang efisien,
hemat energi dan ramah lingkungan.
Free Powerpoint Templates Page 2Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Batasan MasalahBatasan Masalah
• Aplikasi Model untuk pengembangan sistem hybrid untuk kapal ferry rutehybrid untuk kapal ferry rute Merak-Bakauheni.
• Faktor Ekonomis tidak dipertimbangkan.
Free Powerpoint Templates Page 3Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Tujuanj
M b k i t l i h b id• Mengembangkan sistem propulsi hybriduntuk kapal jenis ferry.
• Menganalisa model konfigurasi sistempropulsi hybrid menggunakan modelp p y ggmatematis dengan bantuan perangkatlunak Matlab.
• Mengevaluasi kinerja sistem propulsihybrid dan melakukan komparasi denganhybrid dan melakukan komparasi dengansistem – sistem lain yang ada.
Free Powerpoint Templates Page 4Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Manfaat
• Memperoleh model sistem propulsi kapaldengan sistem hybrid yang dapat digunakang y y g p gsebagai alternatif sistem propulsi hemat energi
• Mengetahui unjuk kerja manfaat sistem hybrid• Mengetahui unjuk kerja manfaat sistem hybridsebagai sistem propulsi di atas kapal.
Free Powerpoint Templates Page 5Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Penelitian SebelumnyayNo Penulis Topik Metodologi Luaran
1 G i li C t l f M l k k id tifik i d l M h ilk d l1 Grimmelius, Hugo., et al., 2011
Control of Hybrid Ship Drive Systems
Melakukan identifikasi model – model konfigurasi sistem propulsi hybrid yang optimal untuk kapal Tug boat dengan
Menghasilkan model konfigurasi sistem propulsi hybrid pada kapal Tug boat yanguntuk kapal Tug boat dengan
bantuan perangkat lunak Matlab.
kapal Tug boat yang optimal.
2 D d A i h M l k k k bi i D l k k2 Dedes, Eleftherios K., et al., 2011
Assessing the potensial of hybrid energy t h l t
Melakukan kombinasi antara diesel engine dengan baterai untuk mengurangi kadar
i i d h t
Dengan melakukan kombinasi antara diesel engine d b t itechnology to
reduce exhaust emissions from global shipping
emisi dengan menghemat kebutuhan bahan bakar fosil pada tipe kapal bulk carrier.
dengan baterai dapat mengurangi kadar emisi.
global shipping
Free Powerpoint Templates Page 6Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Metodologi Penelitiang
Analisa model dan kinerja sistem propulsi hybrid
Rancangan / Desain sistemRancangan / Desain sistem propulsi hybrid
Studi komputasional dengan i l i i l isimulasi sistem propulsi
hybrid menggunakan Matlab
Free Powerpoint Templates Page 7Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Flowchart MetodologiFlowchart MetodologiStartStart
Identifikasi danIdentifikasi dan perumusan masalah
Studi mengenai hybrid propulsion system
Studi mengenai Ship Electric Propulsion
Desain sistem hybrid A li d l dDesain sistem hybrid dengan Matlab (Diesel
Electric + Battery)
Analisa model dan kinerja sistem propulsi
hybrid
Free Powerpoint Templates Page 8Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Simulasi sistem propulsi hybrid
Pembahasan
Kesimpulan
Finish
Free Powerpoint Templates Page 9Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Peta
Free Powerpoint Templates Page 10Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Pelabuhan Merak -Bakauheni
• Jarak 27 KM• Kec kapal 16-20 knotKec. kapal 16 20 knot• Jumlah 28 unit kapal dari 33 unit yang
t i i i i di li t t b tmengantongi izin operasi di lintasan tersebut. • Cuaca normal ditempuh 2,5 jam Cuaca o a d te pu ,5 ja• Trip normal antara 80 sampai 95 trip per hari.
Free Powerpoint Templates Page 11Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
DATA REGISTER KAPAL
• DATA UMUM :: • No Register : 6434No. Register : 6434• No. IMO : 6911691 • Nama Kapal : PRIMA NUSANTARA• Nama Sebelumnya : CITRA BAHARI• Nama Sebelumnya : CITRA BAHARI• Status : AKTIF• Jenis Kapal : FERRY
Free Powerpoint Templates Page 12
DATA REGISTER KAPAL
• Material : BAJA • Pemilik : JEMBATAN MADURA , PT.Pemilik : JEMBATAN MADURA , PT. • Pelabuhan Pendaftaran : SEMARANG• Bendera : INDONESIA• Tanda Pengenal: YFLN• Tanda Pengenal: YFLN
Free Powerpoint Templates Page 13
DATA LAMBUNG ::
• Galangan : SANUKI SHIPYARD• Lokasi : JAPAN• Tahun Bangun : 1990• LOA (m) : 73 GT : 2773• LOA (m) : 73 GT : 2773• LBP (m) : 72.7 NT : 832 DWT• BMLD (m) : 16.1• HMLD (m) : 5• LT (mm) : 1510
Free Powerpoint Templates Page 14
DATA MESIN ::
• Gigi Reduksi : 1 • Jml Baling-Baling : 1Jml. Baling Baling : 1• Kecepatan Dinas : 15.3
Free Powerpoint Templates Page 15
DATA MESIN ::
• Voltage : 225• Arus : ACArus : AC• Daya Listrik: 240 KVA• Jumlah Mesin Bantu : 2• Jenis Mesin : DIESEL• Jenis Mesin : DIESEL • Jumlah Mesin Induk : 1• Cara Kerja Mesin : 4 TAK • Dia x Langkah : 400 x 460
Free Powerpoint Templates Page 16
• Dia. x Langkah : 400 x 460
DATA MESIN INDUK
• Merk : FUJI SEMT PIELSTICK• Manufacture : FUJI DIESEL ENGINE COManufacture : FUJI DIESEL ENGINE CO., • Cyl : 8• BHP : 3400• RPM : 475• RPM : 475• Year : 1989• Model : 8 PL-2L
Free Powerpoint Templates Page 17
Apa itu teknologi hybrid ?(K l K i l)(Kapal Konvensional)
Kapal Konvensional
1 mengandalkan sumber tenaganya dari bahan bakar seperti bensinfuel engine movement
1. mengandalkan sumber tenaganya dari bahan bakar, seperti bensin,solar, atau gas untuk bergerak.
2. Pemanfaatan mesin pembakaran internal, tenaga dari hasil pembakaranb h b k di f tk d di b h j di kbahan bakar dimanfaatkan dan diubah menjadi gerakan, yang mampumenggerakkan kapal.
3. Walaupun secara umum menunjukkan kinerja yang baik dengan hargap j j y g g gyang murah kapal konvensional mengeluarkan emisi gas buang yangtinggi dan menciptakan polusi yang banyak dan terus menghabiskansumber daya alam
Free Powerpoint Templates Page 18Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
sumber daya alam.
Apa itu teknologi hybrid ?(K l T Li t ik)(Kapal Tenaga Listrik)
Kapal Tenaga Listrik
1 Kapal tenaga listrik tidak membutuhkan apapun dari pembakaranlistrik motor movement
1. Kapal tenaga listrik tidak membutuhkan apapun dari pembakaran.2. Listrik diubah menjadi tenaga melalui motor listrik, untuk menggerakkan
kapal.3. Sekalipun kapal bertenaga listrik ini ramah lingkungan, tidak bising dan
memiliki akselerasi yang baik, dia membutuhkan pengisian daninfrastruktur yang tepat.y g p
4. Hal ini membuat kapal bertenaga listrik menjadi tidak praktis
Free Powerpoint Templates Page 19Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Apa itu teknologi hybrid ?(K l H b id)(Kapal Hybrid)
Kapal hybrid
1 Kapal hybrid menggunakan kombinasi dari motor listrik dan pembakaran
Electric motor Hybrid EficiencyConventional Engine
1. Kapal hybrid menggunakan kombinasi dari motor listrik dan pembakarandi mesin, dengan memaksimalkan kekuatan dari kedua sumber dayatersebut disamping saling mengisi kekurangannya. Hasilnya adalahefisiensi konsumsi bahan bakar dengan performa yang luar biasaefisiensi konsumsi bahan bakar dengan performa yang luar biasa.
2. Kelebihan Utama :- Efisiensi Bahan bakar yang lebih besary g- Emisi yang lebih rendah- Pengurangan energi yang terbuang
Free Powerpoint Templates Page 20Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
JENISJENIS SISTEMSISTEM HYBRID HYBRID
SERIES HYBRID SYSTEMSystem hybrid secara seri terdiri dari pembakaran internal di mesin yang membakarBahan bakar. Dengan semua komponen yang saling terhubung seri, sistem ini disebut Series Hybrid System
Inverter Electric Motor
GeneratorDiesel Engine
Batteray Mesin Pembakar internalMembakar bahan bakar
Free Powerpoint Templates Page 21Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
JENISJENIS SISTEMSISTEM HYBRID HYBRID
SERIES HYBRID SYSTEMPembakaran pada ruang mesin terhubung dengan sebuah Generator untuk mengubah tenaga yang dihasilkan oleh mesin menjadi tenaga listrik yangdisimpan ke sebuah baterai
Inverter Electric Motor
GeneratorDiesel Engine
BatterayEnergi disalurkan melaluiEnergi disalurkan melaluiGenerator untuk mensuplai Tenaga listrik untuk baterai
Free Powerpoint Templates Page 22Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
JENISJENIS SISTEMSISTEM HYBRID HYBRID
SERIES HYBRID SYSTEMTenaga listrik yang disimpan di baterai dialirkan sebuah alat yang disebut inverter
atau pembalik untuk menyalurkan tenaga ke motor listrik sehingga mampumenggerakkan propeler
Inverter Electric Motor
GeneratorDiesel Engine
BatterayKemudian baterai memberiKemudian baterai memberitenaga pada motor listrik
Free Powerpoint Templates Page 23Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
JENISJENIS SISTEMSISTEM HYBRID HYBRID
SERIES HYBRID SYSTEMPembakaran yang terjadi di mesin dapat menghasilkan tenaga ke motor listrikuntuk menggerakkan kapal, yang tidak cukup apabila hanya mengandalkan tenagadari baterai. Oleh karena itu konsumsi bahan bakar menjadi sedikit
Inverter Electric Motor
GeneratorDiesel Engine
Batteray Tenaga Mesin Pembakar Internal memberi tenaga Secara langsung ke motor listrik. Lebih sedikit bahan bakar,T i f k
Free Powerpoint Templates Page 24Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Tapi performa kurang.
JENISJENIS SISTEMSISTEM HYBRID HYBRID
SERIES HYBRID SYSTEMSeries system hybrid ini membutuhkan motor listrik yang berat dan mahal untuk mampu mencapai performa hybrid yang standar. Sehingga sistem ini sangat ideal untuk sebuah kapal yang lebih mengutamakan efisiensi bahan bakar .
Inverter Electric Motor
GeneratorDiesel Engine
Batteray
Bahan Bakar efisien, Tapi performa kurang
Free Powerpoint Templates Page 25Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
JENISJENIS SISTEMSISTEM HYBRID HYBRID
PARALEL HYBRID SYSTEMPembakaran yang terjadi di mesin merupakan penghasil tenaga utama,Sedangkan baterai merupakan tenaga pendukung, Oleh sebab itu pengefisien bahan bakar adalah dengan cara membatasi konsumsinya.
Batteray Inverter Electric Motor/ Generator
TransmisiDiesel Engine Kepercayaan yang tinggi Terhadap mesin pembakarinternal Mengakibatkan dari keterbatasanEfisiensi bahan bakar.
Free Powerpoint Templates Page 26Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
JENISJENIS SISTEMSISTEM HYBRID HYBRID
PARALEL HYBRID SYSTEMSistem ini menggunakan mesin pembakar internal dan sebuah motor listrik untuk Menggerakkan kapal. Untuk kapal yang menggunakan dua sumber tenaga yang terhubung secara paralel. Sistem ini dinamakan Paralel Hybrid System
Batteray Inverter Electric Motor/ Generator
TransmisiDiesel Engine
M t li t ik d iMotor listrik dan mesin Pembakar internal menyediakanTenaga secara bersamaan
Free Powerpoint Templates Page 27Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
JENISJENIS SISTEMSISTEM HYBRID HYBRID
PARALEL HYBRID SYSTEMDalam Paralel Hybrid System, motor listrik juga berfungsi sebagai generator.Sehingga, ketika motor listrik digunakan, baterai tidak dapat diiisi.
Batteray Inverter Electric Motor/ Generator
TransmisiDiesel Engine
Baterai tidak dapat diisi saat Motor listrik sedang digunakan
Free Powerpoint Templates Page 28Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
JENISJENIS SISTEMSISTEM HYBRID HYBRID
PARALEL HYBRID SYSTEMMotor listrik beralih fungsi menjadi generator pada saat pengisian.Pengisian baterai hanya dapat dilakukan pada saat kapal tidak menggunakantenaga listrik untuk bergerak, tetapi menggunakan tenaga mesin.
Batteray Inverter Electric Motor/ Generator
TransmisiDiesel Engine
Pada saat Baterai diisi, ia tidak dapatMensuplai energi ke motor listrik untukMenggerakkan kapal
Free Powerpoint Templates Page 29Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Menggerakkan kapal.
JENISJENIS SISTEMSISTEM HYBRID HYBRID
PARALEL HYBRID SYSTEMParalel Hybrid System memiliki keterbatasan jika dikaitkan dengan efisiensi
penggunaan bahan bakar, karena pembakaran pada mesin merupakan penghasil tenaga utama.
Batteray Inverter Electric Motor/ Generator
TransmisiDiesel Engine
Terbatasnya potensi untukEfisiensi bahan bakar
Free Powerpoint Templates Page 30Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Efisiensi bahan bakar
JENISJENIS SYSTEMSYSTEM HYBRID HYBRID
SERIES - PARALEL HYBRID SYSTEMDengan menggabungkasn dua sistem diatas, maka terciptalah Series Paralel Hybrid System, sebuah sistem yang akan dikembangkan untuk kapal ferry
Free Powerpoint Templates Page 31Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
JENIS SYSTEM HYBRID JENIS SYSTEM HYBRID
SERIES - PARALEL HYBRID SYSTEM
Batteray Inverter Electric Motor
Generator
Power Split DeviceDiesel Engine
System ini menyediakan penggunaanYang optimum dari motor listrik dan mesin
Free Powerpoint Templates Page 32Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
bakar
JENISJENIS SYSTEMHYBRIDSYSTEMHYBRID
SERIES - PARALEL HYBRID SYSTEM
Batteray Inverter Electric Motor
Generator
Power Split DeviceDiesel Engine
Sebuah sistem yang memanfaatkan generator dan alat pembagi tenaga
Free Powerpoint Templates Page 33Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
g p g g
JENIS SYSTEM HYBRIDJENIS SYSTEM HYBRID
SERIES - PARALEL HYBRID SYSTEM
Batteray
Inverter Electric Motor
Generator
Power Split DeviceDiesel Engine
Distribusi tenaga yang efisien
Free Powerpoint Templates Page 34Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
JENIS SYSTEM HYBRIDJENIS SYSTEM HYBRID
SERIES - PARALEL HYBRID SYSTEM
Batteray
Inverter Electric Motor
Generator
Power Split DeviceDiesel Engine
Kapal berjalan hanya Menggunakan motor listrik
Free Powerpoint Templates Page 35Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
Menggunakan motor listrik
JENIS SYSTEM HYBRIDJENIS SYSTEM HYBRID
SERIES - PARALEL HYBRID SYSTEM
Batteray
Inverter Electric Motor
Generator
Power Split DeviceDiesel Engine
Pengisian aki dengan generator
Free Powerpoint Templates Page 36Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
JENIS SYSTEM HYBRIDJENIS SYSTEM HYBRID
SERIES - PARALEL HYBRID SYSTEM
Batteray
Inverter Electric Motor
Generator
Power Split DeviceDiesel Engine
Mesin pembakar internal, baterai dan Motor listrik digunakan untuk
meningkatkan
Free Powerpoint Templates Page 37Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
meningkatkan performa
JENIS SYSTEM HYBRIDJENIS SYSTEM HYBRID
SERIES - PARALEL HYBRID SYSTEM
Batteray
Inverter Electric Motor
Generator
Power Split DeviceDiesel Engine
Sistem yang unik, menawarkan efisiensiDan performa tingkat tinggi
Free Powerpoint Templates Page 38Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
RANCANGAN HYBRID SYSTEM RANCANGAN HYBRID SYSTEM UNTUK KAPALUNTUK KAPAL FERRYFERRYUNTUK KAPALUNTUK KAPAL FERRYFERRY
Di l M tDiesel Engine
Generator Motor
Motor Drive
Batteray Power Management,Speed motor controller,Charge Recharge BatteryRecharge Battery
Free Powerpoint Templates Page 39Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
BLOK DIAGRAMBLOK DIAGRAM
•Generator motor sebagai konverter energi mekanik
menjadi elektrikmenjadi elektrik.
•Motor drive sebagai motor penggerak propeller.g p gg p p
•Battery sebagai penyimpan energi sementara.
•Power management sebagai control utama dari sistem
Diesel engine sebagai penyedia energi utama bagi•Diesel engine sebagai penyedia energi utama bagi
generator motor.Free Powerpoint Templates Page 40Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
g
CARA KERJA SISTEMCARA KERJA SISTEM
Motor Drive
Batteray
Kapal bergerak lambat/pelan sumber energyKapal bergerak lambat/pelan sumber energy Menggunakan Battery.
Free Powerpoint Templates Page 41Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
CARA KERJA SISTEMCARA KERJA SISTEM
Motor BatterayDrive
Generator motor
Kapal bergerak dengan kecepatan sedang, sumber energi menggunakan Battery dan generator g gg y g
Free Powerpoint Templates Page 42Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
CARA KERJA SISTEMCARA KERJA SISTEM
MMotor Drive
Generator motor
Kapal bergerak cepat sumber energi menggunakangenerator motorg
Free Powerpoint Templates Page 43Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
MODELMODEL KESELURUHANKESELURUHAN
Free Powerpoint Templates Page 44Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
PEMAKAIAN ENERGIPEMAKAIAN ENERGI
Tabel 4. 1 Pemakaian Energi terhadap kecepatan
No Vs(knot) PowerBatt
initial1 < 3 BATT use2 3 ><5 BATT+MG use3 5><7 BATT+MG3 5><7 BATT+MG use4 >7 MG Charge
Free Powerpoint Templates Page 45Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
HASIL SIMULASIHASIL SIMULASI
Free Powerpoint Templates Page 46Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS
KESIMPULANKESIMPULAN
• Perancangan sistem propulsi hybrid pada kapal ferryyang dikembangkan adalah berupa Diesel Engineyang terhubung dengan motor generator yangamenghasilkan tegangan AC yang selanjutnya diubahmenjadi DC dan diteruskan ke motor DC untukmenggerakkan propeler. Pada kondisi kecepatanpuncak maka baterai akan diisi. Dimana energi daribaterai ini digunakan saat kapal meninggalkanpelabuhan atau saat kecepatan rendah.
Free Powerpoint Templates Page 47
KESIMPULANKESIMPULAN
• Dari model konfigurasi sistem hybrid didapatkanpengaruh pemakaian energi terhadap kecepatankapal, dimana saat kecepatan kurang dari 3 knotmenggunakan baterai sebagai sumber tenagapenggerak. Saat kecepatan 3 – 7 knot menggunakanbaterai dan motor generator. Dan saat kecepatandiatas 7 knot digunakan motor generator sebagaisumber tenaga penggerak dan di saat bersamaanmelakukan pengisian (charging) baterai
Free Powerpoint Templates Page 48
KESIMPULANKESIMPULAN
• Evaluasi kinerja sistem propulsi hybrid inidapat meningkatkan umur pemakaian darip g pdiesel engine karena penggunaan dieselengine hanya pada kecepatan sedang hinggaengine hanya pada kecepatan sedang hinggatinggi, pada kecepatan rendah komsumsi dayamotor drive menggunakan bateraimotor drive menggunakan baterai.
Free Powerpoint Templates Page 49
Free Powerpoint Templates Page 50Teknik Sistem Pengendalian Kelautan FTK-ITS