Download - Sde tm1-070312

Transcript
Page 1: Sde tm1-070312

SUMBER DAYA ENERGI

Kuliah I :(Perkembangan pemakaian energi)

Page 2: Sde tm1-070312

Buku Ajar

1. ENERGI, Sumberdaya, inovasi, tenaga listrik dan potensi ekonomiAbdul Kadir, Penerbit UI, Edisi ketiga/ Revisi, 2010

Page 3: Sde tm1-070312

• Awal sejarah peradaban, menggunakan otot manusia & binatang serta biomass (kayu)

• Periode berikutnya mulai memanfatkan sumber daya alam lainnya, kincir angin, kincir air

• Awal abad 13 mulai ditemukan sumber energi batubara• Awal abad 18 ditemukan mesin uap yang menggunakan batubara sebagai

sumber energi (awal dari revolusi industri)• Awal abad 19 ditemukan minyak bumi yang mulai menggeser penggunaan

batubara terutama di transportasi dengan ditemukannya motor pembakaran• Akhir abad 19 hingga awal abad 20, energi batubara, air, minyak bumi, gas

alam mulai digunakan untuk pembangkitan tenaga listrik• Awal abad 20 bentuk energi lain (panas bumi) mulai digunakan untuk

pembangkitan tenaga listrik selain juga untuk pemanasan• Pertengan abad 20, energi nuklir mulai diperkenalkan untuk pembangkitan

tenaga listrik, selain untuk keperluan yang lain• Pertengahan abad 21 mulai ditemukan energi hidrogen untuk pembangkitan

tenaga listrik

Evolusi sumber-sumber energi

Page 4: Sde tm1-070312

Evolusi sumber-sumber energi

Page 5: Sde tm1-070312

Periode pemanfaatan sumber-sumber energiSumber Energi Perkiraan Awal Masa Penggunaan Jenis Pemanfaatan

Kayu Prasejarah Memasak, pemanasan

Awal sejarah PertukanganAngin Awal sejarah Pengangkutan, penggilingan

Air Awal sejarah lanjut Pengangkutan, penggilinganBatubara Awal abad ke 13 Pemanasan, memasak

Awal Revolusi Industri

Batubara Awal abad ke-18 Mesin uap untuk industri Awal abad ke-19 Mesin uap untuk transportasi

Minyak bumi Awal abad ke-19 Penerangan, pemanasan, memasak Peningkatan Industrialisasi

Minyak bumi Awal abad ke-20 TransportasiBahan bakar fosil Awal abad ke-20 Pembangkit listrik termal

Air Awal abad ke-20 Pembangkit listrik hidroGas alam Awal abad ke-20 Pemanasan, memasak, industri pupuk

Panas Bumi Awal abad ke-20 lanjut Tenaga listrik, pemanasanNuklir Fusi Pertengan abad ke-20 Tenaga listrik, penggunaan khusus

Surya Akhir abad ke-20 Tenaga listrik, pemanasanHidrogen Awal abad ke-21 Tenaga listrik, penggunaan khususNuklir Fisi Tengah abad ke-21 Tenaga listrik, penggunaan khusus

Page 6: Sde tm1-070312

Konsumsi energi per kapita

Page 7: Sde tm1-070312

EVOLUSI PEMANFAATAN ENERGI

Page 8: Sde tm1-070312

Sumber energi & proses konversinya

Page 9: Sde tm1-070312

Faktor yg mempengaruhi pembentukan SDE

• Biomas : energi sinar matahari dirubah & disimpan dalam batang & dahan tumbuhan

• Angin : perpindahan udara karena panas sinar marahari• Air : penguapan air laut & danau karena panas sinar matahari berubah

menjadi hujan di pegunungan yang mengalir ke sungai• Batubara : bahan organik dari biomas hutan yang tenggelam jutaan tahun• Minyak/ gas : bahan organik dari binatang kecil yg tertimbun dan mengalami

proses penekanan dalam jutaan tahun• Panas bumi : pertemuan antara panas dari magma dengan air• Pasang surut : resultan dari gravitasi dan rotasi bumi , bulan dan matahari

yang mempengaruhi air laut• Panas laut : energi radiasi matahari diserap air laut• Ombak laut : pergerakan air laut karena ditiup angin• Nuklir : reaksi materialMatahari merupakan sumber segala bentuk energi dibumi, semua bentuk energi tersebut dapat dirubah menjadi energi listrik. Tanpa sang surya tidak mungkin ada kehidupan di bumi

Page 10: Sde tm1-070312

Matahari sebagai sumber daya energi

Jenis Suberdaya Energi yang tersedia di Bumi

Lokasi Dengan Bantuan

Proses Utama

Bumi Bumi Bulan Matahari

Angkasa

Atmosfe

rTana

h Air Gravitasi

Rotasi

Magma

Organik

Kimia

Reaksi

Material

Air Udara

Gravitasi

Gravitasi

Radiasi

Mekanik

alPanas

Listrik

Biomas ● ● ● ● ● ● ● ●

Angin ● ● ● ● ● ● ●

Air ● ● ● ● ● ● ●

Batubara ● ● ● ● ●

Minyak bumi dan Gas alam ● ● ● ● ●

Panas Bumi ● ● ● ● ●

Nuklir ● ● ● ● ●

Radiasi Surya ● ● ● ● ● ●

Pasang Surut ● ● ● ● ● ● ● ●

Sel Bahan Bakar ● ● ●

Panas Laut ● ● ● ●

Ombak Laut ● ● ● ● ●

Arus Pancar ● ● ● ● ●

Page 11: Sde tm1-070312

E2

T2 R

Planet

Radiasi Surya

E1 = 1,2 kW/m2

Pengaruh Radiasi Matahari

• Bila S padat radiasi surya, maka energi yg diserap planet adalah :

dimana : E1 = energi yang diterima planet

E2 = energi yg diserap oleh planet

S = padat radisi suryaR = radius planetα = angka refleksi permukaan planet

• Planet yg panas akan memancarkan sebagian energinya ke angkasa sebesar E3 sehingga berlaku persamaan : E1 = E2 + E3

)1(.. 22 SRE

RadiasiInframerahE3

Page 12: Sde tm1-070312

• Dari hukum radiasi Stefan Boltzman diketahui bahwa pancaran energi karena suhu akan merupakan radiasi inframerah yang persatuan luas dinyatakan dengan : εσT4

• Sehingga E3 = 4πR2. εσT4

Dimana : E3 = energi yang dipancarkan planet

R = radius planetε = angka pancaran (emissivity) permukaan planetσ = konstanta = 5,673 x 104 J/m2.det.K4

T = suhu permukaan planet• Kesesimbangan akan tercapai apabila E1 = E3

• Sehingga dicapai suhu akhir planet T2 menjadi :• Bila digunakan data planet bumi, dimana :• S = 1,2 kW/ m2 ; ε = 1 ; σ =0,34• Akan diperoleh T2 = 243 K ( atau lebih kurang 30 oC )

Pengaruh Radiasi Matahari

4/1

2 4

)1(

ST

Page 13: Sde tm1-070312

• Lapisan atmosfer berfungsi semacam selimut bagi permukaan bumi. Lapisan ini tembus pancaran sinar surya akan tetapi menyerap dan mengembalikan sebagian pancaran inframerah ke bumi. Bila β merupakan fraksi energi pancaran yang dipantulkan kembali ke bumi oleh lapisan atmosfer, maka :

• Sehingga suhu akhir planet menjadi :

• Dimana β merupakan angka refleksi dari atmosfer, semakin besar harga β nilai suhu akhir T2 dari bumi akan lebih tinggi dari 243 K.

• Besar kecilnya nilai β dipengaruhi oleh tingkat konsentrasi CO2 di atmosfer, yang merupakan dampak dari penggunaan energi fosil dunia yang berlebihan, sehingga menimbulkan efek rumah kaca (green house effect), yang mendorong meningkatnya suhu permukaan bumi tahun ke tahun.

Pengaruh Radiasi Matahari

E3 = 4πR2. εσ (1-β) T44/1

2 )1(4

)1(

S

T

Page 14: Sde tm1-070312

Peningkatan konsentrasi CO2 di atmosfer

Page 15: Sde tm1-070312

Deviasi peningkatan temperatur permukaan bumi

Page 16: Sde tm1-070312

Distribusi & arus energi Matahari

• Energi Surya/ Matahari– Langsung : pancaran/ radiasi matahari– Tidak langsung : tenaga angin, tenaga air, panas laut termasuk juga

biomas

• Perkiraan jumlah energi yg dipancarkan matahari ke ruang angkasa : 6,41 x 107 W/m2

• Kepadatan energi surya yang memasuki atmosfir bumi diperkirakan 1,2 kW/m2

• Dari jumlah tersebut 34 % dipantulkan kembali ke ruang angkasa• Sebagian, diperkirakan 19% diserap atmosfer oleh komponen di

udara seperti CO2, debu, awan• Selebihnya sekitar 47 % diserap oleh bumi atau sekitar 0,564

kW/m2, bila dikalikan luas bumi (1,3x1014 m2), energi surya yang diserap bumi setara dengan 1,3x1010 MW

Page 17: Sde tm1-070312

• Energi yang diserap oleh bumi akhirnya dikembalikan ke atmosfer melalui :– Proses penguapan 33%– Energi kinetik 0,215 % (ombak, arus laut, angin)– Radiasi inframerah 14 %– Fotosintesis 0,023 %

• Energi yg terdapat di bumi karena grafitasi, konfigurasi matahari bulan bumi sehingga terjadi pasang surut diperkirakan berjumlah 3,2 x 106 MW

• Energi yang berasal dari dalam bumi sendiri berupa panas bumi diperkirakan 2,7 x 107 MW

• Pemakaian energi primer oleh manusia pada tahun 1980 adalah setara 230 x 106 MW

Distribusi & arus energi Matahari

Page 18: Sde tm1-070312

Diagram Arus Energi di Bumi

Page 19: Sde tm1-070312

Proses pemanfaatan energi matahari

Biomas

Kayu tumbuh-

tumbuhan

Energi Angin, Ombak

Atmosfer Lautan Langsung Kolektor Buatan Manusia

T. Air, panas laut

Pasif Termal Photo voltaik

Satelit Surya

ENERGI YANG DIMANFAATKAN

Page 20: Sde tm1-070312

Energi & beberapa pengertian lain

• Kamus Umum Bahasa Indonesia (W.J.S. Purwadarminta) : “Energi adalah tenaga, atau gaya untuk berbuat sesuatu”

• Pengertian sehari-hari : energi adalah kemampuan untuk melakukan sesuatu pekerjaan

• Energi dapat mempunyai berbagai bentuk :– Medan listrik– Medan magnit– Energi potensial– Energi kinetik– Energi kimia

Page 21: Sde tm1-070312

Beberapa istilah dibidang energi

• Sumberdaya (resource):– Ditemukan

• Teragakan (demonstated)» Terukur / terbukti (proven)» Terindikasi (probable)

• Terduga (possible)

– Belum ditemukan• Hipotesis• Spekulatif

• Cadangan (reserve) : adalah sumberdaya yang ditemukan dan yang dapat dimanfaatkan sampai dengan taraf marginal dari aspek kelayakan ekonomis

Page 22: Sde tm1-070312

Klasifikasi Cadangan SDE

SUMBER DAYA (RESOURCE)

Ditemukan (Discovered) Belum ditemukan

Teragakan (demonstrated)Terduga

(possible/ infered)

Hipotesis SpekulatifTerukur (proven)

Terindikasi (indicated/ probable)

EkonomisCADANGAN (RESERVE)

Marginal

Submarginal

Cadangan adalah sumber daya energi yang ditemukan dan yang dapat dimanfaatkan sampai dengan taraf keekonomian marginal

Page 23: Sde tm1-070312

Analogi pertumbuhan sumberdaya

• Bila ditemukan suatu sumber daya cadangan akumulatif total A naik dari nol ketas secara eksponensial, kemudian akan menurun secara perlahan setelah dieksplorasi.

• Nilai A akan selalu mengikuti kurva bentuk S, pertumbuhan sumberdaya naik sesuai permintaan, semakin banyak konsumsi cadangan akan menurun, semakian langka/ mahal.

• Kurva konsumsi K pada dasarnya mengikuti lengkung S juga dengan sedikit tertinggal waktu.

• Cadangan total yang ditemukan secara akumulatif adalah P• Selisih antara nilai A dan K adalah B = A-K adalah cadangan

sesaat.• Cadangan sesaat adalah nilai B mengikuti kurva lengkung

Gauss.

Page 24: Sde tm1-070312

Kurva pertumbuhan sumberdaya

A = Kurva Cadangan TotalB = Kurva Cadangan sesaatK = Kurva Konsumsi

Page 25: Sde tm1-070312

Energi, Eksergi dan Anergi

• Pengertian energi adalah “perbedaan Energi” – Energi : jumlah energi absolut yang berhubungan dengan taraf yang

paling rendah– Eksergi : jumlah energi secara relatif yaitu selisih energi dengan

lingkungan– Anergi : selisih antara energi dan eksergiEnergi = Anergi + Eksergi

• Apa yang sehari-hari kita sebut energi sebenarnya adalah eksergi, yaitu merupakan bagian energi yang dapat dimanfaatkan untuk bekerja

• Sedangkan Anergi merupakan bagian energi yang secara praktis tidak dapat dimanfaatkan.

• Hal ini karena adanya suatu faktor konversi yang biasa dikenal Faktor Carnot (Carnot Efficiency) dipakai untuk konversi dari Energi ke Eksergi dan sebaliknya

eneks EK

KKE

1

21 1

21

K

KKC

= faktor Carnot

Page 26: Sde tm1-070312

• Energi terdapat dalam berbagai bentuk : – Energi kinetik– Energi potensial– Energi massa

• Energi kinetik adalah energi akibat dari suatu gerakan benda

dimana : m = massa benda (kg) dan v = kecepatan benda (m/s)• Energi potensial misalnya energi yg tersimpan dalam pegas tertekan,

energi kimia tersimpan dalam bahan bakar fosil, energi grafitasi pada benda yang terangkat dari permukaan bumi.

• Awan yg merupakan kumpulan uap air akibat penguapan memiliki energi potensial sebesar

dimana m = massa dari air (kg) ; g = percepatan grafitasi (m/s2) dan h = tinggi jatuh air (m)

• Ini merupakan prinsip dari pembangkit listrik tenaga air (PLTA)

Satuan energi

221 mvEk

mghEp

Page 27: Sde tm1-070312

Satuan energi• Bentuk energi ketiga adalah Energi massa yang merupakan hasil konversi

massa menjadi energi yang terjadi pada proses fisi maupun fusi nuklir.• Matahari pada dasarnya sebuah reaktor fusi nuklir raksasa yang

mengkonversikan sebagian massa hidrogen menjadi energi panas dan radiasi.

• Hal ini dinyatakan dengan rumus Einstein :

dimana : m = massa yang dikonversikan (kg) dan c = kecepatan cahaya bergerak dalam ruang hampa ( = 3 x 108 m/s), sementara E merupakan energi yang dibebaskan dalam proses konversi tersebut.

2mcE

Page 28: Sde tm1-070312

Satuan energiSatuan Energi Joule Kilowatt-Jam Kalori Btu

1 Joule 1 2,778 x 10-7 0,2389 9,48 x 10-4

1 Kilowatt-jam (kWh) 3,6 x 104 1 8,6 x 105 3413

1 Kalori (Cal) 4,186 1,163 x 10-6 1 3,969 x 10-3

1 Btu 1055 2,93 x 10-4 252 1

1 Therm 1,055 x 104 29,3 2,52 x 107 1 x 105

1 Quad (Q) 1,055 x 1018 2,93 x 1011 2,52 x 1017 1 x 1015

1 Foot-pound (ft-lb) 1,356 3,766 x 10-7 0,3239 1,285 x 103

1 Kilokalori (kCal) 4186 1,163 x 10-3 1000 3,969

1 Electron-volt (eV) 1,602 x 10-19 4,45 x 10-26 3,827 x 10-20 1,59 x 10-22

1 Barrel minyak 6,12 x 109 1700 1,46 x 109 5,8 x 106

1 Galon bensin 1,32 x 108 36,7 3,16 x 107 1,25 x 105

1 Ton batubara 2,36 x 1010 6,57 x 103 5,65 x 109 2,24 x 107

1 Kaki kubif (scf) gas alam 1,08 x 106 0,269 2,57 x 105 1020

Page 29: Sde tm1-070312

Efisiensi pemanfaatan energi• Konversi energi baik buatan manusia maupun yg terjadi secara alamiah, selalu

mengikuti hukum-hukum dasar fissika yaitu Hukum Pertama Termodinamika yang menyatakan bahwa : “jumlah energi dan massa di alam semesta adalah konstan”

• Hukum pertama termodinamika dapat dirumuskan sbb :E = K + S2 – S1

= K + R dengan R = S2 – S1

dimana : E = energi masukan (input) suatu proses kerjaK = jumlah energi yg dihasilkan dari prosesR = kerugian energi yg terjadi pada prosesS1 = jumlah energi awal diluar

S2 = jumlah energi akhir diluar , dengan S2 > S1

• Jumlah energi R biasanya dilepaskan ke lingkungan berupa panas, sehingga suhu akhir lingkungan lebih tinggi

• Efisiensi pemanfaatan energi dapat dirumuskan sbb :

E

Kp

Page 30: Sde tm1-070312

Konsumsi energi primer dunia

Page 31: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIAPRIMARY ENERGY

Page 32: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIAPRIMARY ENERGY

Page 33: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIA

Page 34: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIAOIL

Page 35: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIAOIL

Page 36: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIAOIL

Page 37: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIA

NATURAL GAS

Page 38: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIA

NATURAL GAS

Page 39: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIA

NATURAL GAS

Page 40: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIA

COAL

Page 41: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIA

COAL

Page 42: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIA

COAL

Page 43: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIA

NUCLEAR ENERGY & HYDRO ELECTRICITY

Page 44: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI DUNIA

RENEWABLE ENERGY

Page 45: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA

Sistem penyediaan dan kebutuhan energi Indonesia

Page 46: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA

Page 47: Sde tm1-070312
Page 48: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA

Page 49: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA

Page 50: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA

Page 51: Sde tm1-070312

Perbandingan konsumsi energi per kapita

Data th 1992

Page 52: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA

Sektor Rumah Tangga

Desa

Kayu bakar

Arang Kayu

Minyak Tanah

Kota

Minyak tanah

Gas Kota

Elpiji

Listrik

Pola konsumsi bahan bakar untuk rumah tangga

Page 53: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA

Sektor Transportasi

Jalan Raya

Premium

HSD

Kereta Api

Listrik

Batubara

Sungai Danau Feri

IDO

Angkutan laut

MFO

Angkutan Udara

Aftur

Avgas

Pola konsumsi bahan bakar untuk Transportasi

Page 54: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA

Sektor Industri

Besar & Menengah

Batubara

Gas alam

HSD & MFO

Listrik

Kecil

HSD

Briket Batubara

Listrik

Pola konsumsi bahan bakar untuk Industri

Page 55: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA

Page 56: Sde tm1-070312

Potensi Energi Biomas di Indonesia

Sumber Energi Produksi (106 Ton/ Th) Energi (109 kCal/ Th) Pangsa (%)

Kayu 25,0 100,0 72,0

Sekam padi 7,55 27,0 19,4

Bonggol jagung 1,52 6,8 4,9

Temporung Kelapa 1,25 5,1 3,7

Potensi Total 35,52 138,9 100,0

Data th 1978

Page 57: Sde tm1-070312

Potensi energi biogas di Indonesia

Jenis Populasi (Juta)

Tinja (Ton kering/hari)

Biogas (m3/kg)

Energi (106 kCal/hari)

Pangsa (%)

Sapi, kerbau 13,233 68,8 0,25 86,0 60,4

Kuda 0,675 2,43 0,25 3,0 2,1

Kambing, Domba 16,431 4,93 0,25 6,1 4,3

Babi 6,484 4,53 0,44 9,9 7,0

Itik, ayam 117,564 4,11 0,60 12,3 8,7

Manusia 185,0 12,44 0,40 24,8 17,5

Potensi Total 142,1 100,0

Data th 1988

Page 58: Sde tm1-070312

PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA

Page 59: Sde tm1-070312

Top Related