e-book kompilasi_kincir angin

7/17/2019 E-Book Kompilasi_Kincir Angin

http://slidepdf.com/reader/full/e-book-kompilasikincir-angin 1/80

Kompilasi Tulisan Kadek Fendy Sutrisna

(Pembangkit Listrik dan Energi Angin)

Pembangkit Listrik Masa Depan Indonesia Pembangkit Listrik Masa Depan Indonesia

Kadek Fendy Sutrisna dan Ardha Pradikta Rahardjo

18 Februari 2009

1. Pendahuluan

Setelah pulih dari krisis moneter pada tahun 1998, Indonesia mengalami lonjakan hebat

dalam konsumsi energi. Dari tahun 2000 hingga tahun 2004 konsumsi energi primer

Indonesia meningkat sebesar 5.2 % per tahunnya. Peningkatan ini cukup signifikan apabila

dibandingkan dengan peningkatan kebutuhan energi pada tahun 1995 hingga tahun 2000,yakni sebesar 2.9 % pertahun. Dengan keadaan yang seperti ini, diperkirakan kebutuhan

listrik indonesia akan terus bertambah sebesar 4.6 % setiap tahunnya, hingga diperkirakan

mencapai tiga kali lipat pada tahun 2030. Seperti terlihat pada Gambar 1. [ER Indonesia]

Tentunya pemerintah pun tidak tinggal diam dalam menghadapi lonjakan kebutuhanenergi, terutama energi listrik. Salah satu langkah awal yang pemerintah lakukan adalah

dengan membuat blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2006 – 2025 ( Keputusan

Presiden RI nomer 5 tahun 2006). Secara garis besar, dalam blueprint tersebut ada dua

macam solusi yang dilakukan secara bertahap hingga tahun 2025, yaitu peningkatan

efisiensi penggunaan energi (penghematan) dan pemanfaatan sumber-sumber energi baru

(diversifikasi energi). Mengingat rasio elektrifikasi yang masih relatif rendah, yaitu 63 %

pada tahun 2005, sedangkan Indonesia menargetkan rasio elektrifikasi 95 % pada tahun

2025, maka pembahasan pada artikel ini akan lebih diarahkan pada pemanfaatan sumber

energi primer sebagai pembangkit listrik.



2. Latar Belakang

Indonesia adalah negara yang memiliki sumber daya energi yang berlimpah dan beragam

baik yang bersumber dari fosil seperti minyak bumi, batubara dan gas bumi. Ataupun

sumber energi alternatif dan terbarukan lainnya seperti tenaga surya, tenaga angin, tenaga

air, geothermal, biomasa dan lain-lain. Meskipun potensi sumber energi yang dimiliki

berlimpah, Indonesia sampai saat ini tetap belum bisa memenuhi kebutuhan energi dalam

negerinya sendiri.

Diversifikasi energi (bauran sumber energi) merupakan suatu konsep / strategi yang dapat

dipergunakan sebagai alat (tools) untuk mencapai pembangunan energi dan ekonomi yang

berkelanjutan. Kebijakan bauran energi (energy mix) menekankan bahwa Indonesia tidak

boleh hanya tergantung pada sumber energi berbasis fosil, namun harus juga

mengembangkan penggunaan energi terbarukan. Kebijakan bauran energi di Indonesia

perlu dikembangkan dengan memperjelas strategi, sasaran penggunaan, jumlah

pemanfaatandan pengelolaan energi nasional, dengan mempertimbangkan potensi energi,

permintaan energi, infrastruktur energi serta faktor lainnya seperti harga energi, teknologi,

pajak, investasi dan sebagainya.

Pada tahun 2005, sumber utama pasokan energi Indonesia adalah minyak bumi ( 54.78 %

), disusul gas bumi ( 22,24 % ), batubara ( 16.77 % ), Air ( 3.72 %) dangeothermal (

2.46 % ). Sasaran pemerintah pada tahun 2025, diharapkan terwujudnya bauran energi

yang lebih optimal, yaitu : minyak bumi ( < 20 % ), gas bumi ( > 30 %),batubara ( > 33

% ), biofuel ( > 5 % ), panas bumi ( > 5 % ), Energi terbarukan lainnya ( > 5 % )dan batubara yang dicairkan ( > 2 % ) [BluePrint]

Artikel ini akan mengkaji kelebihan dan kekurangan masing-masing sumber energi di

Indonesia. Dengan memaparkan kelebihan dan kekurangan ini, diharapkan dapat

memberikan pemahaman kepada masyarakat untuk mendukung program pemerintah

dalam mengembangkan energi di Indonesia berdasarkan blueprint pengelolaan energi

nasional ( Presidential degree 5, 2006 ). Artikel ini merupakan salah satu upaya dankontribusi nyata dari penulis (insinyur atau para ahli di perguruan tinggi) untuk



dapat membangun negara dan bangsa Indonesia yang lebih bermartabat karena mampu

mandiri di bidang energi.

3. Kriteria Pemilihan Pembangkit

Meskipun Indonesia memiliki banyak potensi energi yang dapat dikembangkan menjadi

pembangkit listrik, namun kenyataannya proses realisasinya tidak semudah membalik

telapak tangan. Pemilihan pembangkit listrik bukanlah hal yang mudah. Banyak hal yang

harus dipertimbangkan secara matang, seperti: prediksi pertumbuhan beban per tahun,

karakteristik kurva beban, keandalan sistem pembangkit, ketersediaan dan harga sumber

energi primer yang akan digunakan, juga isu lingkungan, sosial dan politik.

3.1 Karakteristik Beban

Hingga saat ini tidak ada satu alat pun yang dapat menyimpan energi listrik dalam

kapasitas yang sangat besar. Untuk itu besarnya listrik yang dibangkitkan harus

disesuaikan dengan kebutuhan beban pada saat yang sama. Apabila melihat kurva

beban harian pada Gambar 3, sebagai contoh kurva beban listrik di Pulau Jawa,

terlihat bahwa beban yang ditanggung PLN berubah secara fluktuatif set iap jamnya.

Secara garis besar ada 3 tipe pembangkit listrik berdasarkan waktu beroperasinya.

Tipebase untuk menyangga beban-beban dasar yang konstan, dioperasikan sepanjang

waktu dan memiliki waktu mula yang lama. Tipe intermediate biasanya digunakan

sewaktu-waktu untuk menutupi lubang-lubang beban dasar pada kurva beban,

memiliki waktu mula yang cepat dan lebih reaktif. Tipe peak /puncak, hanya

dioperasikan saat PLN menghadapi beban puncak, umumnya pembangkit tipe ini

memiliki keandalan yang tinggi, namun tidak terlalu ekonomis untuk digunakan terus-

menerus.

Melihat kurva diatas pula, maka kebijakan mengenai pembangunan pembangkit baru

juga harus merefleksikan kurva beban sesuai dengan proyeksi kebutuhan listrik

dimasa depan. Maka nantinya akan terlihat berapa pembangkit yang harus menjadi



pembangkit tipe basedan berapa yang menjadi pembangkit mendukung

beban intermediate dan beban puncak.

3.2 Keandalan Pembangkit

Salah satu hal penting dari penyediaan pasokan energi listrik adalah isu keandalan.

Keandalan kapasitas pembangkit didefenisikan sebagai persesuaian antara kapasitas

pembangkit yang terpasang terhadap kebutuhan beban. Artinya pasokan energi

diharuskan selalu tersedia untuk melayani beban secara kontinyu.

Banyak faktor yang menjadi parameter keandalan dan kualitas listrik. Diantaranya : (i)

Ketidakstabilan frekuensi (ii) Fluktuasi tegangan (iii) interupsi atau pemadaman

listrik. Untuk parameter pertama dan kedua, umumnya permasalahannya muncul di

sektor transmisi atau distribusi. Sedangkan parameter ketiga lebih banyak pada sektor

pembangkitan, karena terkait masalah pemenuhan kapasitas pasokan terhadap beban.

Metoda yang biasa digunakan untuk menentukan indeks itu adalah dengan metoda

LOLP ( Loss Of Load Probability) atau sering dinyatakan sebagai LOLE ( Loss Of

Load Expectation). Probabilitas kehilangan beban adalah metode yang dipergunakan

untuk mengukur tingkat keandalan dari suatu sistem pembangkit dengan

mempertimbangkan kemungkinan terjadinya peristiwa sistem pembangkit tidak dapat

mensuplai beban secara penuh.

Banyak kegagalan pembangkit terjadi akibat tidak tersedianya sumber energi primer.

Permasalahan ketersediaan ini seringkali menimpa pembangkit-pembangkit berbahan

bakar fosil. Di Indonesia sendiri banyak pembangkit berbahan bakar gas yang harusdioperasikan dengan bahan bakar minyak karena langkanya ketersediaan gas untuk

konsumsi pembangkit Indonesia. Atau bisa juga karena masalah distribusi yang

tersendat, seperti masalah kapal batu bara yang tidak bisa merapat, terganggu akibat

faktor cuaca. Sedangkan pada kebanyakan pembangkit listrik energi terbarukan,

ketersediaanya memang bisa dibilang cukup menjanjikan, karena semuanya memang

sudah tersedia di alam dan tinggal dimanfaatkan saja.

3.3 Aspek Ekonomi

Pertimbangan aspek ekonomi pembangkit umumnya meliputi 3 lingkup besar, yaitu:

(i) biaya investasi awal; (ii) biaya operasional; (iii) biaya perawatan pembangkit. Sifat

ekonomis sebuah sistem pembangkit listrik dapat dilihat dari harga jual listrik untuk

setiap kWh (kilo watt kali jam). Salah satu faktor yang mempengaruhi bahwa

pembangkit listrik-ekonomis (harga jual listrik serendah mungkin untuk setiap kWh)

adalah biaya bahan bakar. Secara umum, biaya bahan bakar untuk pembangkit

berbahan bakar fosil adalah 80 % dari biaya pembangkitan dan untuk pembangkit

nuklir adalah 50 % dari biaya pembangkitan.

3.4 Aspek Lingkungan dan Geografis



Sistem harus sesuai dengan kondisi geografis dan hubungan antarnegara. Sebuah

pembangkit dibangun mengacu pada letak geografis dan pengaruhnya terhadap negara

tetangga atau negara lain. Misalkan sebuah PLTU dioperasikan dan mengeluarkan gas

CO2ke udara. Pengontrolan terhadap pengeluaran gas CO2 perlu di lakukan juga oleh

negara tetangga atau negara lain. Di dalam hal ini, kerja sama internasional sangat

diperlukan untuk menjamin sistem berkeselamatan andal dan ramah lingkungan.

3.5 Aspek Sosial dan Politik

Sistem harus sesuai dengan program penelitian dan pengembangan negara itu serta

terbentuknya kerja sama yang harmonis antara pemerintah dan masyarakat untuk

menjamin tingkat keselamatan sistem yang tinggi dan andal. Kebutuhan masyarakat

dan kebijakan pemerintah tentang program penelitian dan pengembangan bidang

energi harus sesuai / searah untuk menjamin perencanaan energi nasional di masa

depan berlangsung dengan baik.

Energi nasional seharusnya dapat direncanakan dan diprediksi secara jangka pendek

maupun jangka panjang dengan berdasarkan 5 kriteria pemilihan/kompatibilitas

pembangkit. Hal ini untuk menjamin sebuah sistem pembangkit yang mendukung

program energi nasional dapat beroperasi dengan baik dan berkeselamatan. Andal

agar lingkungan tidak tercemari dan hubungan kerja sama internasional tetap

berlangsung dengan baik. Berdasarkan kriteria tersebut, perencanaan bauran energi

nasional sangat diperlukan untuk menghilangkan ketergantungan teknologi kepada

salah satu jenis pembangkit, serta menjamin keberlangsungan kebutuhan energi dimasa depan.

4. Jenis-Jenis Pembangkit

Krisis energi dunia yang terjadi pada tahun 1973 dan tahun 1979 memberikan pengalaman

berharga kepada Indonesia khususnya tentang masalah dan dampak yang terjadi akibat

ketergantungan pada satu jenis energi yang diimpor yaitu minyak bumi. Kenaikan harga

minyak dunia mempengaruhi stabilitas ekonomi Indonesia. Hal ini menyebabkan

terjadinya permintaan untuk pusat-pusat pembangkit tenaga listrik yang dapat

mempergunakan jenis bahan bakar lain. Pada saat ini terdapat 5 jenis bahan bakar untuk

pembangkitan tenaga listrik skala besar, yaitu : minyak, gas, batubara, hidro dan nuklir.

Kemudian berkembang tuntutan-tuntutan lain, yaitu keperluan peningkatan efisiensi

pembangkitan dan perlunya teknologi yang lebih bersahabat lingkungan. Perkembangan

pembangkit listrik energi terbarukan, biomasa dan geothermal juga menjadi suatu sasaran

yang penting.

4.1 Pembangkit Listrik Berbahan Bakar Minyak

Terminologi pembangkit listrik berbahan bakar minyak pada umumnya diidentikkan

dengan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Walau pada kenyataannya bahan

bakar minyak juga terkadang digunakan pada PLTG (akan dibahas pada 2.2). Prinsip



kerja PLTD adalah dengan menggunakan mesin diesel yang berbahan bakar High

Speed Diesel Oil (HSDO). Mesin diesel bekerja berdasarkan siklus diesel. Mulanya

udara dikompresi ke dalam piston, yang kemudian diinjeksi dengan bahan bakar

kedalam tempat yang sama. Kemudian pada tekanan tertentu campuran bahan bakar

dan udara akan terbakar dengan sendirinya. Proses pembakaran seperti ini pada

kenyataannya terkadang tidak menghasilkan pembakaran yang sempurna. Hal inilah

yang menyebabkan efisiensi pembangkit jenis ini rendah, lebih kecil dari 50 %.

Namun apabila dibandingkan dengan mesin bensin (otto), mesin diesel pada kapasitas

daya yang besar masih memiliki efisiensi yang lebih tinggi, hal ini dikarenakan rasio

kompresi pada mesin diesel jauh lebih besar daripada mesin bensin.

Keuntungan utama penggunaan pembangkit listrik berbahan bakar minyak atau sering

disebut dengan PLTD adalah dapat beroperasi sepanjang waktu selama masih

tersediannya bahan bakar. Kehandalan pembangkit ini tinggi karena dalam operasinya

tidak bergantung pada alam seperti halnya PLTA. Mengingat waktu start -nya yang

cepat namun ongkos bahan bakarnya tergolong mahal dan bergantung dengan

perubahan harga minyak dunia yang cenderung meningkat dari tahun ke tahun, PLTD

disarankan hanya dipakai untuk melayani konsumen pada saat beban puncak saja.

Investasi awal pembangunan PLTD yang relatif murah, kebutuhan energi di daerah-

daerah terisolasi yang mendesak dan kebutuhan energi daerah-daerah yang belum

terlalu besar, pemerintah Indonesia berinisiatif membangun PLTD yang berfungsi

sebagaibase-supply untuk memenuhi kebutuhan listrik di daerah-daerah ini, untukmengurangi biaya transmisi dan rugi-rugi jaringan dalam menyalurkan energi listrik

dari kota terdekat.

Dengan digunakannya bahan bakar konvensional maka adanya kemungkinan

pembangkit ini akan sulit dioperasikan di masa depan karena persediaan minyak bumi

dunia yang semakin menipis. Harga minyak yang terus meningkat menjadi

pertimbangan utama dalam menggunakan pembangkit ini. Harga minyak yang mahal

diakibatkan karena pasar minyak dunia yang tidak stabil dan ongkos transportasi

untuk membawa minyak tersebut ke daerah yang dituju. Padahal di sisi beban, PLN

dipaksa menjual dengan harga murah. Inilah yang menyebabkan PLN rugi besar.

“Penulis berpendapat bahwa dengan memperhatikan alasan utama masalah

ketersediaan minyak bumi nasional yang semakin sedikit, maka akan lebih

bijaksana apabila tingkat konsumsi pembangkit listrik berbahan bakar minyak

dikurangi. Dengan cara seperti itu diharapkan akan mempercepat Indonesia

menjadi negara yang mandiri energi, tidak terpengaruh dengan krisis energi

global. Oleh karena itu, upaya bauran energi nasional pembangkit listrik di

Indonesia harus segera direalisir menjadi tindakan yang konkret dan menjadi

komitmen bersama.”



4.2 Pembangkit Listrik Berbahan Bakar Gas

Turbin gas kini memegang peran penting di dalam pengembangan pusat-pusat

pembangkit tenaga listrik yang baru. Peran itu tampaknya masih akan terus berlanjut

memasuki abad ke-21 yang akan datang. Dominasi ini disebabkan karena efisiensi

termal yang dimiliki turbin gas yang relatif tinggi bila dibandingkan dengan

pembangkit berbahan bakar lainnya. Perkembangan yang cepat dari teknologi turbin

gas dimulai dari awal 1990-an, dengan mempergunakan gas bumi sebagai bahan

bakar akan meningkatkan efisiensi pusat listrik siklus kombinasi (combine

cycle) mendekati 60 %. Diprediksi bahwa efisiensi ini masih akan terus meningkat

dalam beberapa tahun mendatang.

Pada Gambar 4 dijelaskan tentang cara kerja pembangkit listrik berbahan bakar

gas. Prinsip kerja PLTG adalah dengan mamanfaatkan tekanan aliran udara ungtuk

menggerakkan turbin. Pertama-tama udara dinaikkan tekanannya dengan

menggunakan kompresor dan kemudian dibakar di ruang pembakaran untuk

meningkatkan energinya. Pembakaran dilakukan dengan menggunakan bahan bakar

gas (bisa juga digunakan MFO atau HSDO, tapi dengan efisiensi yang lebih rendah).

Udara yang sudah bertekanan tinggi kemudian dialirkan melalui turbin dan

menggerakkan generator, sehingga dihasilkanlah listrik. Keuntungan lain

menggunakan PLTG adalah gas yang dipakai bisa dibilang lebih mudah untuk

disiapkan daripada uap, sehingga PLTG bisa mulai berproduksi dengan cepat darikeadaan ‘dingin’ dalam hitungan menit, jauh lebih cepat daripada PLTU.

Satu hal yang menarik pada PLTG adalah gas yang keluar dari turbin biasanya masih

‘cukup panas’. Cukup panas disini dalam artian bila di sebelah PLTG ada sebuah

PLTU, maka gas hasil proses di PLTG masih dapat digunakan untuk memanaskan

boiler kepunyaan PLTU. Inilah kemudian yang dikenal dengan sebutan siklus

kombinasi, sebuah pembangkit yang terdiri dari PLTG dan PLTU. Keuntungan dari

pembangkit listrik gabungan ini, PLTGU (gas – uap), harga jual listriknya relatif lebih

murah bila dibandingkan dengan harga jual listrik PLTU-batubara.

Apabila Indonesia mampu mengolah dengan baik penggunaan cadangan gas bumi

nasionalnya sehingga diperoleh pemasokan gas bumi untuk pembangkit dengan harga

yang lebih rendah, maka biaya listrik dari pengoperasian PLTGU akan bisa lebih

murah lagi. Selain pembangkitan listrik yang murah, keuntungan lain dari pembangkit

listrik berbahan bakar gas bumi adalah emisi CO2 yang sangat rendah. PLTGU sering

disebut sebagai bahan bakar yang ‘bersih’ sehingga mengakibatkan pencemaran

lingkungan yang minimal.

Indonesia : dalam hal ini PT PLN (Persero), sekarang ini telah banyak

mengoperasikan PLTGU. Dapat dikemukakan bahwa pada saat ini perusahaan



Amerika GE (General Electric) berusaha untuk meningkatkan efisiensi PLTGU yang

dapat melampaui 60 % dengan mempergunakan siklus kombinasi Kalina, yang

mempergunakan suatu campuran dari air (H2O) dan amonia (NH3) sebagai fluida

kerja. Teknologi kogenarsi, yang membangkitkan energi listrik dan panas dapat

menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi lagi bahkan hingga 90 %. Teknologi ini juga

sudah dimanfaatkan di beberapa pabrik di Indonesia.

Namun kendala utama perkembangan pembangkit ini di Indonesia adalah pada proses

penyediaan bahan bakar gas itu sendiri. Pemeriksaan BPK menemukan bahwa jumlah

kebutuhan gas bumi untuk sejumlah pembangkit PLN di Jawa dan Sumatera sebanyak

1.459 juta kaki kubik per hari, sedangkan pasokan gas yang disediakan oleh para

pemasok sebanyak 590 juta kaki kubik per hari. Dengan demikian terjadi kekurangan

pasokan gas sebanyak 869 juta kaki kubik per hari

“Menurut data Departemen ESDM, gas bumi di Indonesia di perkirakan hanya

mencukupi untuk 61 tahun kedepan. Kemudian cadangan batubara diperkirakan

habis dalam waktu 147 tahun lagi, sedangkan cadangan minyak bumi hanya

cukup untuk 18 tahun kedepan. Agar mampu mengembangkan PLTGU di

Indoneia, permasalahan persaingan penggunaan gas bumi : untuk transportasi,

pembangkit listrik-industri dan konsumsi publik (program pemerintah : PT.

Pertamina yang menyarankan konversi minyak tanah ke bahan bakar gas untuk

memasak dan lain-lain), hal ini harus dapat diatur dengan jelas penyediaannya

agar tidak menjadi dua hal yang saling kompetitif.”

4.3 Pembangkit Listrik Berbahan Bakar Batubara

Secara global, fakta menyebutkan bahwa lebih banyak energi listrik dibangkitkan

dengan batubara dibandingkan dengan bahan bakar lain. Situasi ini tampaknya masih

akan terus berlanjut, hal ini disebabkan karena cadangan batubara yang besar. Namun

di lain pihak, masalah utama pembangkit listrik berbahan bakar batubara adalah

pembangkitan listrik ini merupakan salah satu kontributor pencemaran gas CO2 yang

terbesar. Karena alasan tersebut berbagai usaha dilakukan untuk mengurangi masalah

pencemaran itu, yang sering dinamakan dengan teknologi batubara bersih.



Gambar 5 menunjukan cara kerja pembangkit listrik berbahan bakar batubara.

Pertama-tama batubara dari luar dialirkan ke penampung batubara

dengan conveyor,kemudian dihancurkan dengan pulverized fuel coal sehingga

menjadi tepung batubara. Kemudian batubara halus tersebut dicampur dengan udara

panas oleh forced draught fansehingga menjadi campuran udara panas dan batubara.

Dengan tekanan yang tinggi, campuran udara panas dan batubara disemprotkan ke

dalam boiler sehingga akan terbakar dengan cepat seperti semburan api. Kemudian air

dialirkan ke atas melalui pipa yang ada di dinding boiler , air tersebut akan dimasak

menjadi uap dan uap tersebut dialirkan ke tabung boiler untuk memisahkan uap dari

air yang terbawa. Selanjutnya uap dialirkan ke superheater untuk melipatgandakan

suhu dan tekanan uap hingga mencapai suhu 570° C dan tekanan sekitar 200 bar yang

meyebabkan pipa akan ikut berpijar menjadi merah.

Untuk mengatur turbin agar mencapai set point , kita dapat men- setting steam

governor valve secara manual maupun otomatis. Uap keluaran dari turbin mempunyai

suhu sedikit di atas titik didih, sehingga perlu dialirkan ke condenser agar menjadi air

yang siap untuk dimasak ulang. Sedangkan air pendingin dari condenser akan di

semprotkan kedalam cooling tower. Hal inilah yang meyebabkan timbulnya asap air

pada cooling tower . Kemudian air yang sudah agak dingin dipompa balik

ke condenser sebagai air pendingin ulang. Sedangkan gas buang dari boiler diisap

oleh kipas pengisap agar melewatielectrostatic precipitator untuk mengurangi polusi

dan kemudian gas yg sudah disaring akan dibuang melalui cerobong.Teknologi gasifikasi merupakan pemecahan yang kini mulai dipandang sebagai

teknologi batubara yang dapat memenuhi keperluan akan pembangkitan tenaga listrik

yang bersih dan efisien (teknologi batubara bersih). Diperkirakan bahwa pada awal

abad ke-21, PLTU-batubara dengan teknologi gasifikasi akan mengeluarkan 99 %

lebih sedikit sulfur dioksida (SO2) dan abu terbang, serta 90 % kurang nitrogen oksida

(NOx) dari PLTU-batubara masa kini. PLTU-batubara gasifikasi juga diperkirakan

akan menurunkan emisi karbon dioksida (CO2) dengan 35 – 40 %, menurunkan

buangan padat dengan 40 – 50 % dan menghasilkan penghematan biaya daya 10 – 20

%. Teknologi gasifikasi digabung dengan teknologi turbin gas maju akan memegang

peran utama dalam pusat-pusat pembangkit gasifikasi terpadu.

Gasifikasi batubara maupun minyak residu sudah terjadi memanfaatkan kayu buangan

atau bagas tebu juga menjanjikan. Dengan meningkatnya tuntunan-tuntunan

lingkungan, kemungkinan besar teknologi gasifikasi akan menyebabkan batubara

akan dapat mempertahankan posisi utamanya sebagai bahan bakar untuk

pembangkitan tenaga listrik. Karena memiliki cadangan batubara yang cukup besar,

terutama yang berupa lignit, teknologi gasifikasi akan menjadi sangat penting bagi

Indonesia di masa mendatang. Di Amerika Serikat telah ada bebarapa proyek



demontrasi siklus kombinasi gas terpadu (Integrated Gas Combined Cycle, IGCC),

antara lain Wabash River Repowering Project di Indiana dengan daya 262 MWdan

Camden Clean Energy Demonstration Project di New Jersey dengan daya 480 MW.

Teknologi pencairan batubara masih banyak terganggu oleh biaya yang tinggi. Negara

yang paling maju dalam bidang ini adalah Afrika Selatan. Negara ini memiliki

beberapa pabrik yang memproduksi batubara cair. Pabrik pertama adalah “Sasol One”

terletak dekat kota Sasolburg, yang sejak pertengah 1950an telah berproduksi. Pabrik

kedua, ‘Sasol Two’, terletak di kota Secunde berproduksi sejak tahun 1980, dan

pabrik ketiga, ‘Sasol Three’, berproduksi sejak tahun 1982.

“Walaupun teknologi pengolahan batubara sebagai bahan bakar primer sudah

jauh berkembang dan cadangan nasional batubara cukup tinggi, sayangnya

pembangkit listrik ini membuang energi dua kali lipat dari energi yang

dihasilkan. Setiap 1000 megawatt yang dihasilkan dari pembangkit listrik

bertenaga batubara akan mengemisikan 5,6 juta ton CO2 per

tahun. CO2 merupakan salah satu gas yang paling menyebabkan global warming

atau efek rumah kaca. Bagaimanapun teknologi batubara bersih yang digunakan,

Penulis masih menganggap bahwa proses gasifikasi / batubara cair ‘belum’ bisa

mengurangi emisi gas karbondioksida dan ‘belum’ bisa meningkatkan efisiensi

bahan bakar. Terlalu banyak energi yang dibuang selama proses pengolahan

dari batubara ‘mentah’ menjadi batubara cair/gas. Walaupun PLTU dengan

teknologi batubara bersih mampu mengurangi 90 % gas buangan dan abuterbangnya pada saat beroperasi, namun polutan selama proses pembuatan

batubara cair / gasyang dihasilkan masih cukup tinggi.”

4.5 Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir



Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) mengalami beberapa perkembangan yang

sangat signifikan, terutama perkembangan di pembuatan desain sedemikian hingga

PLTN generasi berikutnya menjadi lebih andal, aman, ekonomis serta lebih mudah

untuk dioperasikan. Peningkatan keandalan dan keamanan diperoleh pada

penyederhanaan sistem pipa primer, perbaikan pada mekanisme batang kendali dan

optimasi dari pendinginan inti dalam keadaan darurat.

Peningkatan kemudahan operasi dan pemeliharaan diupayakan dengan cara perbaikan

sistem instrumentasi dan pengendalian, sedangkan penurunan biaya konstruksi dan

operasi diharapkan dapat meningkatkan unjuk kerja secara ekonomis. Pengembangan

teknologi PLTN juga meliputi penurunan jumlah dari limbah radioaktif yang

dihasilkan. Perkembangan terpesat PLTN kini terjadi di RRC, yang diperkirakan akan

memiliki 20 GW daya terpasang PLTN pada tahun 2010. PLTN yang banyak

terpasang adalah PWR (Pressurized Water Reactor), diperkirakan juga akan

berkembang PLTN Candu (Canadian Deuterium Uranium), teknologi dari Kanada.

Cara kerja PLTN jenis PWR dan BWR ditunjukkan pada Gambar 6 : yang berbeda

dari PLTN adalah mesin pembangkit uapnya, yaitu berupa reaktor nuklir. Dalam

reaktor nuklir, reaksi fisi berantai dipertahankan kontinuitasnya dalam bahan bakar

sehingga bahan bakar menjadi panas. Panas ini kemudian ditransfer ke pendingin

reaktor yang kemudian secara langsung atau tak langsung digunakan untukmembangkitkan uap. Pembangkitan uap langsung dilakukan dengan membuat

pendingin reaktor (biasanya air biasa, H2O) mendidih dan menghasilkan uap. Pada

pembangkitan uap tak langsung, pendingin reaktor (disebut pendingin primer) yang

menerima panas dari bahan bakar disalurkan melalui pipa ke perangkat pembangkit

uap. Pendingin primer ini kemudian memberikan panas (menembus media dinding

pipa) ke pendingin sekunder (air biasa) yang berada di luar pipa perangkat

pembangkit uap untuk kemudian panas tersebut mendidihkan pendingin sekunder dan

membangkitkan uap.

Pada umumnya tipe reaktor nuklir dalam PLTN dibedakan berdasarkan komposisi,

konstruksi dari bahan moderator neutron dan bahan pendingin yang digunakan,

sehingga digunakan sebutan seperti reaktor gas, reaktor air ringan, reaktor air

berat (air ringan (H2O) dan air berat (D2O) ; D adalah salah satu isotop hidrogen, yaitu

deuterium 2H1). Selain itu, faktor kondisi air pendingin juga menjadi pertimbangan

penggolongan tipe reaktor nuklir dalam PLTN. Jika air pendingin dalam kondisi

mendidih disebut reaktor air didih, jika tak mendidih (atau tidak diizinkan mendidih,

dengan memberi tekanan secukupnya pada pendingin) disebut reaktor air tekan.

Reaktor nuklir dengan temperatur pendingin sangat tinggi (di atas 800o C)



disebut reaktor gas temperatur tinggi. Kecepatan neutron rata-rata dalam reaktor yang

dihasilkan dari reaksi fisi juga dipakai untuk menggolongkan tipe reaktor.

Berdasarkan kecepatan neutron rata-rata dalam teras, adareaktor cepat dan reaktor

termal (neutron dengan kecepatan relatif lambat sering disebut sebagai neutron

termal).

Terdapat beberapa tipe Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), yaitu : ( i)Reaktor

Air Tekan (Pressurized Water Reactor, PWR); (ii) Reaktor Air Tekan Rusia (VVER);

(iii) Reaktor Air Didih (Boiling Water Reactor, BWR); (iv) Reaktor Air Berat Pipa

Tekan (CANDU); (v) Reaktor Air Berat Pembangkit Uap (Steam Generating Heavy

Water Reactor, SGHWR); (vi) Reaktor Pendingin Gas (Gas Cooled Reactor, GCR);

(vii)Reaktor Gas Maju (Advanced Gas Reactor, AGR); (viii) Reaktor Gas Suhu

Tinggi (High Temperatur Gas Reactor, HTGR); (ix) Reaktor Moderator Grafit

Pendingin Air Didih(RBMK); ( x) Reaktor Pembiak Cepat (Fast Breeder Reactor,

FBR).

Reaktor Air Ringan ( Light Water Reactor, LWR) : Diantara PLTN yang masih

beroperasi di dunia, 80 % adalah PLTN tipe Reaktor Air Ringan (LWR). Reaktor ini

pada awalnya dirancang untuk tenaga penggerak kapal selam angkatan laut Amerika.

Dengan modifikasi secukupnya dan peningkatan daya seperlunya

kemudian digunakan dalam PLTN. PLTN tipe ini dengan daya terbesar yang masih

beroperasi pada saat ini (tahun 2003) adalah PLTN Chooz dan Civaux di Perancis

yang mempunyai daya 1500 MWe, dari kelas N-4 Perancis. Reaktor Air Ringan dapatdibedakan menjadi dua golongan yaitu Reaktor Air Didih dan Reaktor Air

Tekan (pendingin tidak mendidih), keduagolongan ini menggunakan air ringan

sebagai bahan pendingin dan moderator. Pada tipe reaktor air ringan sebagai bahan

bakar digunakan uranium dengan pengayaan rendah sekitar 2 – 4 % (bukan uranium

alam karena sifat air yang menyerap neutron). Kemampuan air dalam memoderasi

neutron (menurunkan kecepatan / energi neutron) sangat baik, maka jika digunakan

dalam reaktor (sebagai moderator neutron dan pendingin) ukuran teras reaktor

menjadi lebih kecil (kompak) bila dibandingkan dengan reaktor nuklir tipe reaktor gas

dan reaktor air berat.

Reaktor Air Tekan ( Pressurized Water Reactor, PWR) : Pada PLTN tipe PWR, air

sistem pendingin primer masuk ke dalam bejana tekan reaktor pada tekanan tinggi dan

temperatur lebih kurang 290o C. Air bertekanan dan bertemperatur tinggi ini bergerak

pada sela-sela batang bahan bakar dalam perangkat bahan bakar ke arah atas teras

sambil mengambil panas dari batang bahan bakar, sehingga temperaturnya

naikmenjadi sekitar 320o C. Air pendingin primer ini kemudian disalurkan ke

perangkatpembangkit uap (lewat sisi dalam pipa pada perangkat pembangkit uap), di

perangkat ini air pendingin primer memberikan energi panasnya ke air pendingin



sekunder (yang ada di sisi luar pipa pembangkit uap) sehingga temperaturnya naik

sampai titik didih dan terjadipenguapan. Uap yang dihasilkan dari penguapan air

pendingin sekunder tersebut kemudian dikirim ke turbin untuk memutar turbin yang

dikopel dengan generator listrik. Perputaran generator listrik akan menghasilkan

energi listrik yang disalurkan ke jaringan listrik. Air pendingin primer yang ada dalam

bejana reaktor dengan temperatur 320o C akan mendidih jika berada pada tekanan

udara biasa (sekitar 1 atm). Agar pendingin primer ini tidak mendidih, maka sistem

pendingin primer diberi tekanan hingga 157 atm. Karena adanya pemberian tekanan

ini maka bejana reaktor sering disebut sebagai bejana tekan atau bejana tekan reaktor.

Pada reaktor tipe PWR, air pendingin primer yang membawa unsur-unsur radioaktif

dialirkan hanya sampai ke pembangkit uap, tidak sampai turbin, oleh karena

itu pemeriksaan dan perawatan sistem sekunder (komponen sistem sekunder:

turbin, kondenser, pipa penyalur, pompa sekunder dan lain-lain) menjadi mudah

dilakukan. Konstruksi bejana reaktor tipe PWR ditunjukkan pada Gambar 6.

Pada prinsipnya PWR yang dikembangkan oleh Rusia (disebut VVER) sama dengan

PWR yang dikembangkan oleh negara-negara barat. Perbedaan konstruksi terdapat

pada bentuk penampang perangkat bahan bakar VVER (berbentuk segi enam) dan

letak pembangkit uap VVER (horisontal). Pada reaktor tipe PWR, seperti yang

banyak beroperasi saat ini, peralatan sistem primer saling dihubungkan membentuk

suatu untai (loop). Jika peralatan sistem primer dihubungkan oleh dua pipa

penghubung utama yang diperpendekdan kemudian dimasukkan dalam bejana reaktormaka sistem seperti ini disebut reaktor setengah terintegrasi (setengah modular).

Tetapi jika seluruh sistem primer disatukan dan dimasukkan ke dalam bejana reaktor

maka disebut reaktor terintegrasi (modular), lihat. Reaktor setengah modular ataupun

modular tidak dikembangkan untuk PLTN berdaya besar.

Reaktor Air Didih ( Boiling Water Reactor, BWR) : Karakteristika unik dari reaktor

air didih adalah uap dibangkitkan langsung dalam bejana reaktor dan kemudian

disalurkan ke turbin pembangkit listrik. Pendingin dalam bejana reactor berada pada

temperatur sekitar 285o C dan tekanan jenuhnya sekitar 70 atm. Reaktor ini tidak

memiliki perangkat pembangkit uap tersendiri, karena uap dibangkitkan di

bejana reaktor. Karena itu pada bagian atas bejana reaktor terpasang perangkat

pemisah dan pengering uap, akibatnya konstruksi bejana reaktor menjadi lebih rumit.

Konstruksi reaktor BWR diperlihatkan pada Gambar 6.

Reaktor Air Berat ( Heavy Water Reactor, HWR) : Dalam hal kemampuan

memoderasi neutron, air berat berada pada urutan berikutnya setelah air ringan, tetapi

air berat hampir tidak menyerap neutron. Oleh karena itu jika air berat dipakai sebagai

moderator, maka dengan hanya menggunakan uranium alam (tanpa pengayaan)

reaktor dapat beroperasi dengan baik. Bejana reaktor (disebut kalandria) merupakan



tangki besar yang berisi air berat, di dalamnya terdapat pipa kalandria yang

berisi perangkat bahan bakar. Tekanan air berat biasanya berkisar pada tekanan satu

atmosferdan temperaturnya dijaga agar tetap di bawah 100o C. Akan tetapi pendingin

dalam pipakalandria mempunyai tekanan dan temperatur yang tinggi, sehingga

konstruksi pipakalandria berwujud pipa tekan yang tahan terhadap tekanan dan

temperatur yang tinggi.

Reaktor Air Berat Tekan ( Pressurized Heavy Water Reactor, PHWR) :CANadian

Deuterium Uranium Reactor (CANDU) adalah suatu PLTN yang tergolong pada tipe

reaktor pendingin air berat tekan dengan pipa tekan. Reaktor ini merupakan reaktor

air berat yang banyak digunakan. Bahan bakar yang digunakan adalah uranium alam.

Kanada menjadi pelopor penyebaran reaktor tipe ini di seluruh dunia.

Reaktor Air Berat Pendingin Gas ( Heavy Water Gas Cooled Reactor,

HWGCR) : HWGCR atau sering dibalik GCHWR adalah suatu tipe reaktor nuklir

yang menggunakan air berat sebagai bahan moderatornya, sehingga pemanfaatan

neutronnya optimal. Gas pendingin dinaikkan temperaturnya sampai pada tingkat

yang cukup tinggi sehingga efisiensi termal reaktor ini dapat ditingkatkan. Tetapi oleh

karena persoalan pengembangan bahan kelongsong yang tahan terhadap temperatur

tinggi dan paparan radiasi lama belum terpecahkan hingga sekarang, maka pada

akhirnya di dunia hanya terdapat 4 reaktor tipe ini. Di negara Perancis reaktor tipe ini

dibangun, tetapi sebagai bahan kelongsong tidak digunakan berilium

melainkan stainless steel .Reaktor Air Berat Pembangkit Uap ( Steam Generated Heavy Water Reactor,

SGHWR) : Reaktor ini sering disebut Light Water Cooled Heavy Water Reactor

(LWCHWR) dan hanya ada di Pusat Penelitian Winfrith Inggris. Reaktor berdaya 100

MWe ini merupakan prototipe reaktor pembangkit daya tipe SGHWR dan beroperasi

dari tahun 1968 sampai tahun 1990. Pada waktu itu reaktor SGHWR sempat menjadi

suatu fokus pengembangan di Inggris, tetapi oleh karena persoalan ekonomi maka

tidak dikembangkan lebih lanjut. Sementara itu Jepang mengembangkan reaktor air

berat yang disebut Advanced Thermal Reactor (ATR). Jepang membangun reaktor

ATR Fugen berdaya 165 MWe. Keunikan dari reaktor ATR ini adalah, bahan bakar

dapat terbuat dari uranium dengan pengayaan rendah atau uranium alam yang

diperkaya dengan plutonium. Pada saat bahan bakar terbakar, penyusutan plutonium

di bahan bakar sedikit sekali. Reaktor prototipe Fugen dioperasikan sejak tahun 1979,

tetapi karena terjadi perubahan kebijakan dari pemerintah, sampai saat ini reaktor

ATR komersial belum pernah terwujud. Reaktor Fugen beroperasi hingga tahun

2002 dan pada tahun berikutnya direncanakan untuk didekomisioning.

Reaktor Grafit Pendingin Gas (Gas Cooled Reactor, GCR) : Grafit sebagai bahan

moderator sudah digunakan oleh ilmuwan Enrico Fermi sejak reaktor nuklir pertama



Chicago Pile No.1 (CP 1). Grafit terkenal murah dan dapat diperoleh dalam jumlah

besar. Plutonium (Pu-239) yang digunakan pada bom atom yang dijatuhkan pada saat

Perang Dunia II dibuat di reaktor grafit. Setelah perang dunia berakhir reaktor GCR

adalah salah satu tipe reaktor yang didesain-ulang di Inggris maupun Perancis.

Reaktor ini menggunakan bahan bakar logam uranium alam, moderator grafit

pendingin gas karbondioksida. Bahan kelongsong terbuat dari paduan magnesium

( Magnox), oleh karena itu reaktor ini disebut sebagai reaktor Magnox. Reaktor

Magnox mempunyai pembangkitan daya listrik cukup besar dan efisiensi ekonomi

yang baik. Raktor tipe modifikasi Magnox pernah dibangun di Jepang pada tahun

1967 sebagai PLTN Tokai. Setelah beroperasi selama 30 tahun reaktor ini ditutup

pada tahun 1998.

Reaktor Grafit Pendingin Gas Maju ( Advanced Gas-cooled Reactor, AGR) : Di

Inggris fokus pengembangan teknologi PLTN bergeser ke reaktor berbahan bakar

uranium dengan pengayaan rendah, yang memiliki kerapatan daya dan efisiensi termal

yang tinggi. Unjuk kerja reaktor ini terbukti dapat diperbaiki. Di Inggris reaktor ini

hanya sempat dibangun sebanyak 14 buah saja, karena setelah pertengahan tahun

1980 kebijakan Pemerintah Inggris berubah.

Reaktor Grafit Pendingin Gas Suhu Tinggi ( High Temperatur Gas-cooled

Reactor, HTGR) : Reaktor ini menggunakan gas helium sebagai pendingin.

Karakteristika menonjol yang unik dari reaktor HTGR ini adalah konstruksi teras

didominasi bahan moderator grafit, temperature operasi dapat ditingkatkan menjaditinggi dan efisiensi pembangkitan listrik dapat mencapai lebih dari 40 %. Terdapat 3

bentuk bahan bakar dari HTGR, yaitu dapat berupa: (a) Bentuk batang seperti reaktor

air ringan (dipakai di reaktor Dragon dan Peach Bottom); (b) Bentuk blok, di mana di

dalam lubang blok grafit yang berbentuk segi enam di masukkan batang bahan bakar

(dipakai di reaktor Fort St. Vrain, MHTGR, HTTR); (c) Bentuk bola ( peble bed ), di

mana butir bahan bakar bersalut didistribusikan dalam bola grafit (dipakai di reaktor

AVR, THTR-300).

Reaktor Grafit Pipa Tekan Air Didih Moderator Grafit ( Light Water Gas-cooled

Reactor, LWGR) RBMK adalah reaktor tipe ini yang hanya dikembangkan di Rusia.

Reaktor ini tidak menggunakan tangki kalandria (berisi air berat) seperti reaktor tipe

SGHWR tetapi menggunakan grafit sebagai moderator, oleh karena itu dimensi

reaktor menjadi besar. Sekitar 1700 buah pipa tekan menembus susunan blok grafit.

Di dalam pipa tekan diisi batang bahan bakar di mana di sekelilingnya mengalir air

ringan yang mengambil panas dari batang bahan bakar sehingga mendidih. Uap yang

terbentuk dikirim ke turbin pembangkit listrik untuk memutar turbin dan

membangkitkan listrik. Salah satu reaktor tipe ini yang terkenal karena mengalami

kecelakaan adalah reaktor Chernobyl No.4 yang merupakan reaktor tipe RBMK-1000.



Salah satu kegagalan desain pada reaktor tipe RBMK yang dianggap sebagai kambing

hitam terjadinya kecelakaan Chernobyl adalah tidak tersedianya bejana pengungkung

reaktor.

Reaktor Cepat (Fast Reactor, FR), Reaktor Pembiak Cepat ( Liquid Metal Fast

Breeder Reactor, LMFBR) : Seperti tersirat dalam nama tipe reaktor ini, neutron

cepat yang dihasilkan dari reaksi fisi dengan kecepatan tinggi dikondisikan

sedemikian rupa sehingga diserap oleh uranium-238 menghasilkan plutonium-239.

Dengan kata lain di dalam reaktor dapat dibiakkan (dibuat) unsur plutonium. Rapat

daya dalam teras reaktor cepat sangat tinggi, oleh karena itu sebagai pendingin

biasanya digunakan bahan logam natrium cair atau logam cair campuran natrium dan

kalium (NaK) yang mempunyai kemampuan tinggi dalam mengambil panas dari

bahan bakar. Konstruksi reaktor pembiak cepat terdiri dari pendingin primer yang

berupa bahan logam cair mengambil panas dari bahan bakar dan kemudian mengalir

ke alat penukar panas-antara (intermediate heat exchanger ), selanjutnya energi panas

ditransfer ke pendingin sekunder dalam alat penukar panas-antara ini. Kemudian

pendingin sekunder (bahan pendingin adalah natrium cair atau logam cair natrium)

yang tidak mengandung bahan radioaktif akan mengalir membawa panas yang

diterima dari pendingin primer menuju ke perangkat pembangkit uapdan memberikan

panas ke pendingin tersier (air ringan) sehingga temperaturnya meningkat dan

mendidih (proses pembangkitan uap). Uap yang dihasilkan selanjutnya dialirkan ke

turbin untuk memutar generator listrik yang dikopel dengan turbin. Komponen sistem primer dari reaktor pembiak cepat terdiri dari bejana reaktor, pompa sirkulasi primer,

alat penukar panas-antara. Komponen ini dirangkai oleh pipa penyalur pendingin

membentuk suatu untai (loop), karena itu reaktor seperti ini digolongkan dalam kelas

reaktor untai. Apabila seluruh komponen sistem primer di atas semuanya dimasukkan

ke dalam bejana reaktor, maka reaktor pembiak cepat seperti ini digolongkan dalam

kelas reaktor tangki atau reaktor kolam. Contoh reaktor pembiak cepat tipe reaktor

untai adalah reaktor prototipe Monju di Jepang, sedangkan untuk tipe reaktor kolam

adalah reaktor Super Phenix di Perancis yang sudah menjadi reaktor komersial.

Reaktor Cepat Eropa ( Europian Fast Reactor, EFR) yang secara intensif

dikembangkan oleh negara-negara Eropa diharapkan akan mulai masuk pasar

komersial pada tahun 2010.

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir selalu menggelitik para pendengar, pembaca atau

pemirsa di media koran, televisi atau media lainnya. PLTN akan selalu memunculkan

pro dan kontra di kalangan masyarakat awam terhadap teknologi tersebut, maupun di

golongan ilmuwan yang mengerti secara umum terhadap perkembangan teknologi

PLTN. Dalam pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir, jaminan terhadap

keselamatan menjadi hal yang penting untuk memberikan rasa aman kepada



masyarakat yang tinggal di sekitarnya. Untuk meningkatkan pemahaman dan

kepercayaan masyarakat, perlu diberikan penjelasan tentang tata cara atau prosedur

yang aman dalam pengoperasian suatu instalasi nuklir, sehingga akan terjadi saling

pengertian antara masyarakat dengan pihak operator instalasi. Pembangkit Listrik

Tenaga Nuklir dapat menjadi alternatif untuk menggantikan pembangkit tipe base

(beban dasar) berbahan bakar fosil di masa yang akan datang.

4.6 Pembangkit Listrik Energi Terbarukan

Dalam 10 tahun terakhir ini, kebutuhan dunia akan sumber energi terbarukan

meningkat dengan laju hampir 25% per tahun. Peningkatan ini didorong oleh: (i)

naiknya kebutuhan energi listrik; (ii) naiknya keinginan untuk menggunakan

teknologi yang bersih; (iii) terus naiknya harga bahan bakar fossil; (iv) naiknya biaya pembangunan saluran transmisi dan (v) naiknya untuk meningkatkan jaminan pasokan

energi. Agar peran energi terbarukan bisa meningkat dengan cepat maka harga dan

keandalan sistem pembangkit listrik berbasis energi terbarukan harus bisa bersaing

dengan pembangkit konvensional.

4.6.1 Tenaga Air

Yunani tercatat sebagai negara pertama yang memanfaatkan tenaga air untuk

memenuhi kebutuhan energi listriknya. Pada akhir tahun 1999, tenaga air yang

sudah berhasil dimanfaatkan di dunia adalah sebesar 2650 TWh, atau sebesar 19% energi listrik yang terpasang di dunia. Kemajuan-kemajuan yang terjadi

dalam teknologi komputer dan komunikasi merupakan daya dorong utama

untuk perkembangan otomatisasi pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).

Sumber energi yang mengandalkan debit air dan ketinggian jatuhnya air ini

diharapkan bisa menjawab ketersediaan energi terutama di daerah yang hingga

kini belum teraliri oleh perusahaan listrik negara.

Indonesia mempunyai potensi pembangkit listrik tenaga air (PLTA) sebesar

70.000 mega watt (MW). Potensi ini baru dimanfaatkan sekitar 6 persen atau

3.529 MW atau 14,2 % dari jumlah energi pembangkitan PT PLN. Berdasarkan



konstruksinya, ada dua cara pemanfaatan tenaga air untuk pembangkit listrik: (i)

membangun bendungan dan membuat reservoir untuk mengalirkan air ke turbin;

(ii) memanfaatkan aliran air sungai tanpa membangun bendungan dan reservoir

atau yang sering disebut dengan Run-of-river Hydropower . Seperti terlihat

pada Gambar 8.

Secara umum cara kerja pembangkit listrik tenaga air adalah dengan mengambil

air dalam jumlah debit tertentu dari sumber air (sungai, danau, atau waduk)

melalui intake, kemudian dengan menggunakan pipa pembawa (headrace) air

diarahkan menuju turbin. Namun sebelum menabrak turbin, air dilewatkan ke

pipa pesat ( penstock ) tujuannya adalah meningkatkan energi dalam air dengan

memanfaatkan gravitasi. Selain itu pipa pesat juga mempertahankan tekanan air

jatuh, oleh karena itu pipa pesat tidak boleh bocor. Turbin yang tertabrak air

akan memutar generator dalam kecepatan tertentu, sehingga terjadilah proses

konversi energi dari gerak ke listrik. Sementara air yang tadi digunakan untuk

memutar turbin dikembalikan ke alirannya.

Besarnya energi yang dapat dikonversi menjadi energi listrik bergantung pada

ketinggian jatuh air ( Head ) dan begitu pula pemilihan turbin untuk PLTA.

Pada Tabel 2menjelaskan tentang panduan umum penggunaan berbagai macam

turbin untuk berbagai macam ketinggian jatuh air. Gambar 9 memperlihatkan

bentuk-bentuk dari turbin air.



Keunggulan Pembangkit Listrik Tenaga Air umumnya terlihat jelas dari sisi

ekonomidan lingkungan. Secara ekonomis, walaupun memerlukan bendungan,

ternyata PLTA memiliki ongkos produksi yang relatif rendah. Selain itu PLTA pun umumnya memiliki umur yang panjang, yaitu 50-100 tahun. Bendungan

yang digunakan pun biasanya dapat sekaligus digunakan untuk kegiatan lain,

seperti irigasi atau sebagai cadangan air dan pariwisata. Sedangkan dari segi

lingkungan berkurangnya emisi karbon akibat digunakannya sumber energi

bersih seperti air, jelas merupakan kontribusi berharga bagi lingkungan.

Namun ada juga efek negatif pada lingkungan akibat dibangunnya PLTA, yaitu

mengganggu keseimbangan ekosistem sungai atau danau tempat dibangunnya

bendungan untuk PLTA. Selain itu pembangunan bendungan juga memakan biaya waktu yang lama. Terkadang, walaupun sangat jarang, kerusakan pada

bendungan dapat menyebabkan resiko kerugian yang sangat besar.

“Belakangan semakin marak digunakannya mikrohidro, pembangkit listrik

tenaga air skala kecil (dibawah 100 kW), sebagai sumber pasokan listrik di

desa-desa kecil dan terpencil. PLTA mikrohidro semakin dipilih mengingat

banyaknya sungai kecil yang ada di Indonesia. Potensi mikrohidro di

Indonesia ada 458,75 MW dan baru terpasang 84 MW. Selain itu

teknologinya yang mudah pun menjadi suatu nilai tambah bagi penduduk



desa dalam memanfaatkan aliran sungai sebagai sumber energi primer

untuk pembangkit listrik.”

4.6.2 Tenaga Surya

Di antara sumber energi alternatif yang saat ini banyak dikembangkan seperti

turbin angin, tenaga air (hydro power) dan lain-lain, tenaga surya atau solar sel

merupakan salah satu sumber yang cukup menjanjikan di Indonesia. Energi yang

dikeluarkan oleh sinar matahari sebenarnya hanya diterima oleh permukaan bumi

sebesar 69 % dari total energi pancaran matahari. Suplai energi surya dari sinar

matahari yang diterima oleh permukaan bumi sangat luar biasa besarnya yaitu

mencapai 3 x 1024 joule pertahun, energi ini setara dengan 2 x 1017 Watt.

Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000 kali konsumsi energi di seluruh

dunia saat ini. Dengan kata lain, dengan menutup 0,1 persen saja permukaan

bumi dengan divais solar sel yang memiliki efisiensi 10 % sudah mampu untuk

menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat ini.

Pada tengah hari yang cerah radiasi sinar matahari mampu mencapai 1000

Watt/m2. Jika sebuah divais semikonductor seluas 1 m2 memiliki efisiensi 10 %

maka modul solar sel ini mampu memberikan tenaga listrik sebesar 100 Watt.

Saat ini efisiensi modul solar sel komersial berkisar antara 5 – 15 % tergantung

material penyusunnya.

Karena fleksibel, sel surya yang dihasilkan bisa dibentuk seperti genting, jendela,

atau bentuk bagian bangunan lainnya. Hambatan utama dari penerapan teknologiini adalah mahalnya teknologi peralatan yang dipakai untuk memproduksinya.

Teknologi terbaru yang masih dalam tahap pengembangan adalah sel surya

berbasis bahan organik. Teknologi yang digunakan berbeda jauh dengan

teknologi sel surya konvensional. Jika teknologi manufaktur yang murah bisa

diciptakan maka sel surya organik semacam ini bisa jauh lebih murah dibanding

sel surya konvensional.

Masalah utama penggunaan energi surya untuk PLTS adalah ketersediannya.

Energi matahari hanya tersedia di siang hari. Oleh sebab itu, PLTS harus

bekerjasama dengan pembangkit lain untuk meningkatkan keandalannya. Untuk

itu, tegangan DC yang dihasilkan oleh modul fotovoltaik harus diubah menjadi

tegangan AC dengan menggunakan inverter. Tegangan bolak-balik yang

dihasilkan inverter harus mempunyai bentuk dan frekuensi yang baik agar bisa

diparalelkan dengan jaringan listrik yang ada.

Gambar 10 memperlihatkan skema pembangkit listrik tenaga surya skala kecil

yang dipakai untuk skala rumah tangga. Tegangan DC yang dihasilkan sel surya

diubah menjadi tegangan AC dengan menggunakan inverter. Inverter diparalel

dengan tegangan jala-jala (misal PLN). Sebagian energi listrik yang dihasilkan sel



surya akan dikonsumsi sendiri. Jika berlebih, energi listrik yang dihasilkan bisa

dijual ke jaringan PLN. Pembangkit listrik semacam ini tidak memerlukan batere

sebagai penyimpan energi.

PLTS tidak hanya berguna bagi rakyat Indonesia yang tinggal di daerah

kepulauan untuk meningkatkan kemandirian di bidang energi tetapi juga berguna

bagi penduduk pulau Jawa yang ingin mengurangi beban PLN atau mengurangi

emisi CO2. Di banding pembangkit batu bara, PLTS mempunyai peluang

mengurangi lebih dari 1 kg CO2 untuk setiap kWh energi listrik yang

dibangkitkannya. Pemasangan PLTS bisa digunakan untuk meningkatkan image

perusahaan dalam memperoleh sertifikat ramah lingkungan. Di banyak negara

maju, memiliki sertifikat ramah lingkungan terbukti sangat berguna dalam

menarik investor dan menaikkan harga saham.

Sampai tahun 2025, pemerintah Indonesia berencana memasang PLTS sampai

1000 MW. Jika melihat kebutuhan akan PLTS dunia, maka peluang bisnis PLTS

sangat-sangat besar. Sayangnya, hanya sedikit orang Indonesia yang menguasai

teknologi ini. Tidak ada industri di Indonesia yang memproduksi sel surya,

biasanya baru terbatas merakitnya. Seperti halnya pembangkit listrik energi

terbarukan lainnya, hanya sedikit orang atau industri di Indonesia yang

menguasai teknologi elektronika daya yang diperlukan dalam PLTS.

Terus naiknya pasar pembangkit listrik berbasis PLTS harus digunakan sebagai

momentum untuk mempersiapkan diri sehingga rakyat Indonesia tidak hanya

menjadi konsumen dan penonton. Persiapan ini harus mencakup persiapan

sumber daya manusia, industri, dan peraturannya. Hambatan subsidi yang

menyebabkan penerapan penerapan PLTS kurang ekonomis harus secara

bertahap diatasi.

4.6.3 Tenaga Angin

Pembangkit listrik tenaga angin atau bayu (PLTB) mengalami perkembanganyang sangat pesat dalam 20 tahun terakhir ini, terutama di belahan Eropa utara.



Jerman dan Denmark telah menggunakan tenaga angin untuk membangkitkan

hampir 20% kebutuhan energi listriknya. Pada akhir tahun 2010, diperkirakan

PLTB terpasang di dunia akan mencapai lebih dari 150 GW.

Sebagai negara yang berada di ekuator, potensi dari PLTB memang tidak terlalu

besar. Akan tetapi berdasarkan data yang ada, ada beberapa daerah di Indonesia,

misal NTB dan NTT, yang mempunyai potensi bagus. Sebagian besar daerah di

Indonesia mempunyai kecepatan angin rata-rata sekitar 4 m/s, kecuali di dua

propinsi tersebut. Oleh sebab itu, PLTB yang cocok dikembangkan di Indonesia

adalah pembangkit dengan kapasitas di bawah 100 kW. Tentu saja ini berbeda

dengan Eropa yang berkonsentrasi untuk mengembangkan PLTB dengan

kapasitas di atas 1 MW atau lebih besar lagi untuk dibangung di lepas pantai.

Masalah utama dari penggunaan PLTB adalah ketersediaannya yang rendah.

Untuk mengatasi masalah ini maka PLTB harus dioperasikan secara paralel

dengan pembangkit listrik lainnya. Pembangkit listrik lainnya bisa berbasis

Sumber Energi Alternatif (SEA) atau pembangkit konvensional. Walaupun

sebuah PLTB hanya membangkitkan daya kurang dari 100 kW, kita bisa

membangun puluhan PLTB dalam satu daerah. Dengan memanfaatkan PLTB

maka kebutuhan akan bahan bakar fossil akan jauh berkurang. Selain mengurangi

biaya operasi, penggunaan PLTB akan meningkatkan jaminan pasokan energi

suatu daerah. Di daerah kepulauan seperti halnya NTB dan NTT, yang mana

semua kebutuhan energinya harus didatangkan dari daerah lain, keberadaanPLTB akan membantu meningkatkan kemandiriannya. Di banding dengan diesel,

PLTB mempunyai potensi mengurangi emisi CO2 sebesar 700 gram untuk setiap

kWh energi listrik yang dibangkitkan.

Gambar 10 memperlihatkan skema PLTB yang cocok untuk daya kurang dari

100 kW. Turbin angin memutar generator tegangan bolak-balik. Karena

kecepatan angin berubah-ubah maka tegangan AC yang dihasilkan generator

mempunyai frekuensi yang berubah-ubah. Tegangan AC yang frekuensinya

berubah-ubah ini harus diubah menjadi tegangan DC yang tetap dengan

menggunakan penyearah. Tegangan DC ini selanjutnya diubah menjadi tegangan

AC frekuensi 50 Hz dengan menggunakan inverter. Keluaran inverter diparalel

dengan jaringan listrik yang ada. Dengan menggunakan konsep ini, semua energi

listrik yang dibangkitkan oleh PLTB bisa dikirim ke jaringan untuk

dimanfaatkan. Pembangkit semacam ini juga tidak memerlukan batere yang

mahal dan butuh pemeliharaan rutin.



“Teknologi turbin atau kincir angin yang diperlukan dalam PLTB telah

dikuasai oleh orang Indonesia dan beberapa industri lokal telah mampu

membuatnya dengan baik. Generator yang digunakan bisa menggunakan generator induksi (yang murah dan kokoh) atau generator magnet permanen

yang efisien. Kedua teknologi generator ini telah dikuasai oleh orang

Indonesia dan beberapa industri telah mampu membuatnya. Yang menjadi

masalah adalah bahan baku yang sebagian besar harus didatangkan dari

luar. Teknologi penyearah dan inverter juga dikuasai oleh orang Indonesia

walaupun industri yang mampu membuatnya masih terbatas. Di Indonesia

juga tidak tersedia orang yang menguasai teknologi komponen elektronika

daya, apalagi industrinya. Semua komponen elektronika daya harusdidatangkan dari luar. Di Indonesia, peneliti yang mendalami teknologi

elektronika daya juga sangat terbatas. Perkembangan kebutuhan akan

pembangkit listrik berbasis SEA ini sebaiknya diambil oleh pemerintah

Indonesia untuk mengembangkan industri elektronika daya berserta sumber

daya manusianya.”

4.7 Biomassa

Bioenergi adalah istilah umum bagi energi yang dihasilkan melalui material organik,

seperti kayu, tanaman pertanian, sekam, sampah, atau kotoran hewan. Berdasarkan

sumbernya, bioenergi dapat dibagi menjadi dua bagian besar yaitu yang dari hasil



pertanian dan budidaya, dan yang dari limbah buangan, seperti buangan tanaman sisa

panen, kotoran hewan, sampah kota, limbah pabrik, dsb.

Banyak yang menyangsikan kalau bioenergi adalah salah satu solusi energi

terbarukan, terutama untuk bioenergi yang bersumber dari hasil pertanian dan

budidaya. Hal ini disebabkan karena penggunaan lahan yang sangat besar dan waktu

produksi yang terlalu lama. Terlebih lagi ternyata selisih antara energi keluaran dan

energi fosil yang terpakai selama proses tidak terlalu signifikan. Selain itu walaupun

ditujukan untuk mengurangi polusi CO2, produksi bioenergi bukan berarti tanpa CO2,

walaupun memang jumlahnya jauh lebih sedikit daripada CO2 yang dihasilkan dari

produksi energi fosil. Sehingga tantangan kedepan agar bioenergi dapat bersaing

dengan sumber energi lainnya adalah bagaimana meningkatkan efisiensi dari

teknologi prosesnya dan bagaimana mempercepat produksi sumber energinya.

Pengolahan biomassa menjadi bioenergi dapat dilakukan dalam tiga cara : (i)

pembakaran biomassa padat (ii) produksi bahan bakar gas dari biomassa (iii) produksi

bahan bakar cair dari biomassa.

Cara yang pertama adalah dengan membakar langsung biomassa dan diambil energi

panasnya. Energi panas ini dapat digunakan untuk apa saja, bisa sebagai pemanas

ruangan, ventilasi, atau jika dalam terminologi kelistrikan, energi panas ini kemudian

digunakan untuk memanaskan dan menguapkan air pada aplikasi turbin uap.

Biomassa yang digunakan bisa apa saja, namun umumnya adalah sisa produk hutan

dan pertanian, arang, atau sampah kota (pada PLTSa).Pengolahan biomassa dengan cara ini umumnya sudah ditinggalkan (kecuali pada

PLTSa), karena walaupun teknologinya sederhana namun efisiensinya sangat rendah.

Selain itu biomassa padat memiliki kerapatan energi yang relatif kecil, sehingga

proses transportasinya memakan biaya yang besar.

Khusus untuk biomassa sampah kota, PLTSa dapat menjadi solusi yang menarik

untuk dikembangkan, mengingat produksi sampah kota terus meningkat dari tahun ke

tahun. PLTSa di dunia kini sudah mencapai lebih dari 3 GW dengan setengahnya

berada di eropa. Di Indonesia sendiri PLTSa masih menjadi solusi yang sulit untuk

diterapkan. Penolakan terhadap PLTSa umumnya disebabkan kekhawatiran

masyarakat akan pencemaran lingkungan, terutama pencemaran udara. Namun tidak

perlu khawatir karena teknologi PLTSa yang berkembang saat ini sudah dilengkapi

dengan sistem pengeringan dan filter abu. Sistem ini berfungsi untuk mengurangi

unsur-unsur kimia berbahaya yang terkandung pada abu gas buangan, sehingga gas

buangan PLTSa masih dalam taraf aman.



Cara yang kedua adalah produksi biomassa dalam bentuk gas. Ada beberapa alasan

dibalik berkembangnya teknologi ini. Hasil yang didapatkan melalui produk biogas

ini selain dapat dimanfaatkan untuk pembakaran biasa / pemanasan, ternyata bisa jugadigunakan sebagai bahan bakar pada mesin bakar dan turbin gas. Produk biogas juga

menawarkan efisiensi yang lebih tinggi dari pembakaran biomassa padat, selain itu

karena dalam bentuk gas, penyalurannya relatif lebih mudah (bisa dengan

menggunakan pipa).

Konversi kedalam bentuk gas dapat dilakukan melalui proses biokimia dan

termokimia. Untuk proses biokimia, digunakan anaerob yang kemudian akan

memecah materi organik kedalam senyawa gula, dan kemudian menjadi zat asam, dan

akhirnya menjadi gas. Pada tahun 1999, Inggris telah memiliki 1-MW-anaerobic-disgestion-plant . Sementara di Cina ada 5 juta pembangkit anaerob skala kecil pada

pertengahan 1990 dan di India ada 2.8 juta yang sudah terpasang sejak 1998 dan akan

membangun lagi 12 juta pembangkit anaerob skala kecil. Untuk proses termokimia,

gasifikasi dilakukan dengan cara yang tidak jauh berbeda dengan proses gasifikasi

batu bara, hanya saja yang menjadi objeknya adalah biomassa. Produksi gasifikasi

dalam kondisi tertentu dapat menghasilkan gas sintesis, kombinasi antara hidrokarbon

dan hidrogen. Dari gas sintesis ini hampir seluruh hidrokarbon, bensin sintesis dan

bahkan hidrogen murni dapat dibentuk (yang nantinya dapat digunakan pada fuel

cell). Tantangan dari biogas ini adalah proses pembuatannya yang rumit, dan di

negara berkembang seperti indonesia ini masih membutuhkan biaya yang tidak sedikit

untuk investasi awalnya.

Cara yang ketiga adalah dengan memproduksi biofuel cair dari biomassa. Fokus

terbesar pengembangan bioenergi terletak pada biofuel sebagai pengganti bahan bakar

minyak. Ada tiga macam olahan biofuel yang dapat mereduksi penggunaan bahan

bakar minyak, yaitu (i) bio-ethanol (ii) bio-diesel (iii) bio-oil.

Bio-ethanol didapatkan melalui proses fermentasi. Proses fermentasi ini

membutuhkan produk gula, sehingga sumber paling efektif untuk digunakan dalam



produksi bio-etanol ini adalah tebu. Brazil adalah negara terbesar penghasil ethanol

dari residu gula. Kegunaan dari bio-ethanol adalah dapat mereduksi penggunaan

bensin, yaitu dengan mencampurkan bio-ethanol kedalam bensin (premium). Salah

satu produknya yang sudah banyak dikenal adalah Gasohol E-10, didapatkan dengan

mencampurkan 10% Bio-ethanol dengan 90% premium. Seiring dengan

perkembangan teknologi, bukan tidak mungkin campuran Bio-ethanol di kemudian

hari akan semakin besar persentasenya.

Bio-diesel didapatkan melalui transesterifikasi minyak sayur (diekstrak dari biji-bijian

seperti jarak, kelapa sawit, dsb). Sebenarnya minyak sayur dapat digunakan langsung

pada mesin diesel, hal senada diungkapkan oleh Dr Rudolf Diesel pada tahun 1911

dalam tulisannya, hal ini disebabkan minyak sayur memiliki kandungan energi yang

tidak jauh berbeda (37-39 Gj/t) dengan solar (42 Gj/t). Namun bio-diesel lebih dipilih

karena minyak sayur memiliki pembakaran yang tidak sempurna jika dioperasikan

langsung pada mesin diesel. Kegunaan dari bio-diesel adalah dapat mereduksi

penggunaan solar, yaitu dengan mencampurkan bio-diesel kedalam solar. Salah satu

produknya yang sudah banyak dikenal adalah Biodiesel B-10, didapatkan dengan

mencampurkan 10% Bio-diesel dengan 90% solar. Di beberapa negara iklim tropis

seperti filipina dan Brazil, campuran 70% solar dengan 30% minyak sayur tanpa

transesterifikasi dilakukan untuk menggantikan diesel. Namun, biasanya sektor

pangan dan kosmetik mau membayar lebih mahal, sehingga hal tersebut hanya

dilakukan pada daerah tertentu yang kekurangan supply solar. Produksi biodieseldunia kini mencapai lebih dari 1.5 juta ton per tahunnya. Dan kini pemerintah USA

serta Inggris sedang mengembangkan teknologi biodiesel dari minyak jelantah.

Bio-oil didapatkan melalui proses pyrolisis dari sekam, tempurung kelapa, jarak atau

kelapa sawit. Proses ini melibatkan penguapan material biomassa sehingga terbagi

menjadi uap dan padatan residu. Kemudian uapnya diembunkan sehingga dihasilkan

cairan bio-oil yang membawa kandungan energi cukup besar. Bio-oil digunakan

sebagai pengganti solar industri (IDO), Marine Fuel Oil (MFO), dan kerosin. Bio-oil

dapat digunakan pada pembangkit listrik diesel



4.8 Tenaga Panas Bumi (Geothermal)

Sebelum abad 20, fluida panas bumi (geothermal) hanya digunakan untuk mandi,

mencuci dan memasak. Dewasa ini pemanfaatan fluida panas bumi sangat beraneka

ragam, baik untuk pembangkit listrik maupun untuk keperluan lainnya di sektor non-

listrik, yaitu untuk pemanas ruangan, rumah kaca, tanah pertanian, pengering hasil

pertanian dan peternakan, pengering kayu dll.

Pemanfaatan energi panas bumi secara umum dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu

pemanfaatan tidak langsung dan pemanfaatan langsung. Pemanfaatan tidak langsung

yaitu memanfaatkan energi panas bumi untuk pembangkit listrik. Sedangkan

pemanfaatan langsung yaitu memanfaatkan secara langsung panas yang terkandung

pada fluida panas bumi untuk berbagai keperluan.

Fluida panas bumi yang telah dikeluarkan ke permukaan bumi mengandung energi

panas yang akan dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Hal ini

dimungkinkan oleh suatu sistem konversi energi fluida panas bumi (geothermal power

cycle) yang mengubah energi panas dari fluida menjadi energi listrik.

Fluida panas bumi bertemperatur tinggi (>225 oC) telah lama digunakan di beberapa

negara untuk pembangkit listrik, namun beberapa tahun terakhir ini perkembanganteknologi telah memungkinkan digunakannya fluida panas bumi bertemperatur sedang

(150-225 oC) untuk pembangkit listrik.

Selain temperatur, faktor-faktor lain yang biasanya dipertimbangkan dalam

memutuskan apakah suatu sumber daya panas bumi tepat untuk dimanfaatkan sebagai

pembangkit listrik adalah sebagai berikut: (i) Sumberdaya mempunyai kandungan

panas atau cadangan yang besar sehingga mampu memproduksi uap untuk jangka

waktu yang cukup lama, yaitu sekitar 25-30 tahun. (ii) Sumber daya panas bumi

menghasilkan fluida yang mempunyai pH hampir netral agar laju korosinya relatif

rendah, sehingga fasilitas produksi tidak cepat terkorosi. Selain itu hendaknya



kecenderungan fluida membentuk skala yang relatif rendah. (iii) Reservoirnya tidak

terlalu dalam, biasanya tidak lebih dari 3 km. (iv) Sumber daya panas bumi terdapat di

daerah yang relatif tidak sulit dicapai. (v) Sumber daya panas bumi terletak di daerah

dengan kemungkinan terjadinya erupsi hidrotermal yang relatif rendah. Proses

produksi fluida panas bumi dapat meningkatkan kemungkinan terjadinya erupsi

hidrotermal.

Energi panas bumi yang relatif tidak menimbulkan polusi dan terdapat menyebar di

seluruh kepulauan Indonesia (kecuali Kalimantan) sesungguhnya merupakan salah

satu energi yang tepat untuk dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik di masa yang

akan datang untuk memenuhi sebagian dari kebutuhan listrik nasional yang cenderung

terus meningkat.

Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi (PLTP) pada prinsipnya sama seperti

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), hanya pada PLTU uap dibuat di permukaan

menggunakan boiler, sedangkan pada PLTP uap berasal dari reservoir panas bumi.

Apabila fluida di kepala sumur berupa fasa uap, maka uap tersebut dapat dialirkan

langsung ke turbin, dan kemudian turbin akan mengubah energi panas bumi menjadi

energi gerak yang akan memutar generator sehingga dihasilkan energi listrik. Apabila

fluida panas bumi keluar dari kepala sumur sebagai campuran fluida dua fasa (fasa

uap dan fasa cair) maka terlebih dahulu dilakukan proses pemisahan pada fluida. Hal

ini dimungkinkan dengan melewatkan fluida ke dalam separator, sehingga fasa uap

akan terpisahkan dari fasa cairnya. Fraksi uap yang dihasilkan dari separator inilahyang kemudian dialirkan ke turbin.

Untuk kandungan panas atau cadangan yang relatif kecil, namun mempunyai suhu

yang cukup tinggi untuk dimanfaatkan menjadi pembangkit listrik, bisa digunakan

untuk pembangkit listrik berskala kecil dengan kapasitas terpasang antara 1-5 MW. Di

beberapa tempat pembangkit dibangun dengan kapasitas kecil, seperti di Fang

Thailand yang berkapasitas 300 kW.

“Pada dasarnya pembangkit tenaga panas bumi dapat di bangun mengikuti

permintaan beban listrik. Pembangkit tenaga kecil biasanya dibangun

menggunakan pendekatan modular yang dapat mengurangi biaya konstruksi dan

dapat ditempatkan dekat ke sumur sehingga keseluruhan proyek mempunyai

dampak lingkungan yang minimal. Pembangkit tenaga kecil telah memainkan

peranan penting dalam perkembangan dan penggunaan tenaga panas bumi. Kunci

sukses pembangkit tenaga panas bumi skala kecil adalah tidak membangun

pembangkit yang kapasitasnya melebihi permintaan, dan selalu mencari

kemungkinan penyatuan sistem pemanfaatan langsung air panas untuk

memperbaiki perekonomian perusahaan pembangkit dan juga masyarakat

setempat.”



5. Penutup

Dengan memperhatikan kecenderungan-kecenderungan perkembangan teknologi yang

kini terjadi, beberapa catatan dapat dibuat. Penggunaan gas bumi sebagai bahan bakar

pembangkitan energi listrik akan meningkat dengan pesat di Indonesia. Pemanfaatan

batubara juga akan meningkat, sekalipun tidak setajam gas. Posisi batubara sebagai bahan

bakar utama masih dapat dipertahankan untuk beberapa tahun kedepan. Penggunaan

energi nuklir secara global akan menggantikan peran pembangkit listrik berbahan bakar

fosil (minyak bumi – batubara – gas alam) secara bertahap untuk memenuhi kebutuhan

listrik dengan karakteristik beban yang konstan (Jawa – Bali). Pemanfaatan minyak akan

banyak menurun. Minat akan energi terbarukan akan meningkat juga, sekalipun secara

relatif memiliki peran yang masih kecil.

Melimpahnya tenaga surya yang merata dan dapat ditangkap di seluruh kepulauan

Indonesia hampir sepanjang tahun merupakan sumber energi listrik yang sangat potensial.Oleh karena itu, PV dan biomassa diperkirakan akan meningkat dengan pesat. Selain itu

ada juga pemanfaatan energi panas bumi bisa menjadi alternatif yang murah dan ramah

lingkungan. Tetapi pemanfaatan energi panas bumi tidak bisa maksimal karena

persediaannya sangat terbatas dan teknologi untuk mengelolanya dianggap mahal.

Efisiensi pembangkitan tenaga listrik akan meningkat, bukan saja karena teknologi

pembangkitannya menjadi lebih baik, akan tetapi juga karena pengusahaan tenaga listrik

makin lama makin banyak mempergunakan otomatisasi. Dan juga perlu disebut masalah

lingkungan akan menjadi lebih kecil karena perkembangan teknologi yang lebih bersahabat lingkungan.



REFERENCE :

1. Paul Breeze , Power Generation Technologies, Jordan Hill , Oxford, 2005.

2. Presidential degree 5, 2006

3. Dr. Ir. Pekik A. Dahono, Sumber Energi Alternatif (SEA), Laboratorium Penelitian

Konversi Energi Elektrik, Teknik Elektro ITB

4.

Prof. Ir. Abdul Kadir, IPM, Beberapa Kecenderungan Perkembangan Teknologi

Pembangkit Listrik, Ketua Sekolah Tinggi Teknik Yayasan PLN, Jakarta

5.

Dr. Ir. Wilson Walery Wenas, Teknologi Sel Surya : Perkembangan Dewasa Ini dan

yang Akan Datan, Laboratorium Semikonduktor, Fisika-ITB

6. Teguh Priyambodo, Pembangkit Listrik Tenaga Surya: Memecah Kebuntuan

Kebutuhan Energi Nasional dan Dampak Pencemaran Lingkungan

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Kadek Fendy Sutrisna

21 Mei 2011

Pembangkit Listrik Tenaga Angin atau sering juga disebut dengan Pembangkit Listrik

Tenaga Bayu (PLTB) adalah salah satu pembangkit listrik energi terbarukan yang ramah

lingkungan dan memiliki efisiensi kerja yang baik jika dibandingkan dengan pembangkit

listrik energi terbarukan lainnya. Prinsip kerja PLTB adalah dengan memanfaatkan energi

kinetik angin yang masuk ke dalam area efektif turbin untuk memutar baling-baling/kincir

angin, kemudian energi putar ini diteruskan ke generator untuk membangkitkan energi listrik.

Berdasarkan data dari GWEC, jumlah PLTB yang ada di dunia saat ini adalah sebesar

157.900 MWatt (sampai dengan akhir tahun 2009), dan pembangkit jenis ini setiap tahunnya

mengalami peningkatan dalam pembangunannya sebesar 20-30%. Teknologi PLTB saat ini

dapat mengubah energi gerak angin menjadi energi listrik dengan efisiensi rata-rata sebesar

40%. Efisiensi 40% ini disebabkan karena akan selalu ada energi kinetik yang tersisa pada

angin karena angin yang keluar dari turbin tidak mungkin mempunyai kecepatan sama

dengan nol. Gambar 1 merupakan laju pertumbuhan dan daya elektrik total PLTB di duniayang ada sampai saat ini.



Gambar 1 Laju Pertumbuhan PLTB di Dunia

1. Energi Angin

1.1 Energi Kinetik Angin Sebagai Fungsi dari Kecepatan Angin

Energi kinetik angin yang dapat masuk ke dalam area efektif turbin angin dapat

dihitung berdasarkan persamaan 1.1 berikut :

(1.1)

dimana pada persamaan tersebut dapat kita lihat bahwa energi angin (P ; Watt)

bergantung terhadap faktor-faktor seperti aliran massa angin (m ; kg/s), kecepatan

angin (v ; m/s), densitas udara (ρ ; kg/m3), luas permukaan area efektif turbin (A ;

m3 ). Di akhir persamaan, secara jelas dapat disimpulkan bahwa energi angin akan

meningkat 8 kali lipat apabila kecepatan angin meningkat 2 kali lipatnya, atau dengan

kata lain apabila kecepatan angin yang masuk ke dalam daerah efektif turbin memiliki

perbedaan sebesar 10% maka energi kinetik angin akan meningkat sebesar 30%.

Apabila kecepatan kerja PLTB adalah Vrated , maka daya keluaran PLTB dapat

diperoleh dari persamaan 1.1 dengan menuliskan kembali ke persamaan sebagai

berikut.

(1.2)

(1.3)

Gambar 2 merupakan kurva intensitas energi kinetik angin berdasarkan fungsi dari

kecepatan angin.



Gambar 2 Intensitas Energi Angin

1.2 Kecepatan Angin Berdasarkan Fungsi dari Ketinggiannya dari Permukaan

Tanah

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa kecepatan angin sangat dipengaruhi

oleh ketinggiannya dari permukaan tanah. Semakin mendekati permukaan tanah,kecepatan angin semakin rendah karena adanya gaya gesek antara permukaan tanah

dan angin. Untuk alasan ini, PLTB biasanya dibangun dengan menggunakan tower

yang tinggi atau dipasang diatas bangunan. Berikut adalah rumus bagaimana cara

mengukur kecepatan angin berdasarkan ketinggiannya dan jenis permukaan tanah

sekitarnya.

Tabel 1 menunjukan besarnya nilai n sebagai faktor perbedaan jenis permukaan tanah

yang mempengaruhi kecepatan angin.

Tabel 1 Nilai n berdasarkan jenis permukaan tanah

Gambar 3 menunjukan hasil perhitungan kecepatan angin berdasarkan ketinggian,

dengan garis putus-putus menggunakan asumsi n = 7, sedangkan garis lurus dengan

asumsi n =5.



Gambar 3 Kecepatan angin berdasarkan ketinggiannya dari permukaan tanah

2. Jenis-jenis Angin

Angin timbul akibat sirkulasi di atmosfer yang dipengaruhi oleh aktivitas matahari dalam

menyinari bumi yang berotasi. Dengan demikian, daerah khatulistiwa akan menerima

energi radiasi matahari lebih banyak daripada di daerah kutub, atau dengan kata lain, udara

di daerah khatulistiwa akan lebih tinggi dibandingkan dengan udara di daerah kutub.

Perbedaan berat jenis dan tekanan udara inilah yang akan menimbulkan adanya

pergerakan udara. Pergerakan udara inilah yang didefinisikan sebagai angin. Gambar 4

merupakan pola sirkulasi pergerakan udara akibar aktivitas matahari dalam menyinari

bumi yang berotasi.

Gambar 4 Pola sirkulasi udara akibat rotasi bumi

(Sumber : Blog Konversi ITB, Energi Angin dan Potensinya)

Berdasarkan prinsip dari terjadinya, angin dapat dibedakan sebagai berikut :

2.1 Angin Laut dan Angin Darat

Angin laut adalah angin yang timbul akibat adanya perbedaan suhu antara daratan dan

lautan. Seperti yang kita ketahui bahwa sifat air dalam melepaskan panas dari radiasisinar matahari lebih lambat daripada daratan, sehingga suhu di laut pada malam hari



akan lebih tinggi dibandingkan dengan suhu di daratan. Semakin tinggi suhu, tekanan

udara akan semakin rendah. Akibat adanya perbedaan suhu ini akan menyebabkan

terjadinya perbedaan tekanan udara di atas daratan dan lautan. Hal inilah yang

menyebabkan angin akan bertiup dari arah darat ke arah laut. Sebaliknya, pada siang

hari dari pukul 09.00 sampai dengan pukul 16.00 angin akan berhembus dari laut ke

darat akibat sifat air yang lebih lambat menyerap panas matahari.

2.2 Angin Lembah

Angin lembah adalah angin yang bertiup dari arah lembah ke arah puncak gunung

yang biasa terjadi pada siang hari. Prinsip terjadinya hampir sama dengan terjadinya

angin darat dan angin laut yaitu akibat adanya perbedaan suhu antara lembah dan

puncak gunung.

2.3 Angin Musim

Angin musim dibedakan menjadi 2, yaitu angin musim barat dan angin musim

timur. Angin Musim Barat/Angin Muson Barat adalah angin yang mengalir dari

Benua Asia (musim dingin) ke Benua Australia (musim panas). Apabila angin

melewati tempat yang luas, seperti perairan dan samudra, maka angin ini

akan mengandung curah hujan yang tinggi. Angin Musim Barat menyebabkan

Indonesia mengalami musim hujan. Angin ini terjadi pada bulan Desember, januari

dan Februari, dan maksimal pada bulan Januari dengan kecepatan minimum 3 m/s.

Angin Musim Timur/Angin Muson Timur adalah angin yang mengalir dari Benua

Australia (musim dingin) ke Benua Asia (musim panas). Angin ini menyebabkanIndonesia mengalami musim kemarau, karena angin melewati celah- celah sempit

dan berbagai gurun (Gibson, Australia Besar, dan Victoria). Musim kemarau di

Indonesia terjadi pada bulan Juni, Juli dan Agustus, dan maksimal pada bulan Juli.

2.4 Angin Permukaan

Kecepatan dan arah angin ini dipengaruhi oleh perbedaan yang diakibatkan oleh

material permukaan Bumi dan ketinggiannya. Secara umum, suatu tempat dengan

perbedaan tekanan udara yang tinggi akan memiliki potensi angin yang

kuat. Ketinggian mengakibatkan pusat tekanan menjadi lebih intensif.

Selain perbedaan tekanan udara, material permukaan bumi juga mempengaruhi kuat

lemahnya kekuatan angin karena adanya gaya gesek antara angin dan material

permukaan bumi ini. Disamping itu, material permukaan bumi juga mempengaruhi

kemampuannya dalam menyerap dan melepaskan panas yang diterima dari sinar

matahari. Sebagai contoh, belahan Bumi utara didominasi oleh daratan, sedangkan

selatan sebaliknya lebih di dominasi oleh lautan. Hal ini saja sudah mengakibatkan

angin di belahan Bumi utara dan selatan menjadi tidak seragam. Gambar 5

menunjukkan tekanan udara dan arah angin bulanan pada permukaan Bumi dari tahun

1959-1997. Perbedaan tekanan terlihat dari perbedaan warna. Biru menyatakan



tekanan rendah, sedangkan kuning hingga oranye menyatakan sebaliknya. Arah dan

besar angin ditunjukkan dengan arah panah dan panjangnya.

Gambar 5. Arah angin permukaan dan pusat tekanan atmosfer rata-rata pada bulan

Januari, 1959-1997. Garis merah merupakan zona konvergen intertropik (ITCZ).

2.5 Angin Topan

Angin topan adalah pusaran angin kencang dengan kecepatan angin 120 km/jam atau

lebih yang sering terjadi di wilayah tropis di antara garis balik utara dan selatan.

Angin topan disebabkan oleh perbedaan tekanan dalam suatu sistem cuaca. Di

Indonesia dan daerah lainnya yang sangat berdekatan dengan khatulistiwa, jarang

sekali dilewati oleh angin ini. Angin paling kencang yang terjadi di daerah tropis ini

umumnya berpusar dengan radius ratusan kilometer di sekitar daerah sistem tekanan

rendah yang ekstrem dengan kecepatan sekitar 20 Km/jam.

3. Potensi Energi Angin

Berdasarkan data dari GWEC, potensi sumber angin dunia diperkirakan sebesar 50,000

TWh/tahun. Total potensial ini dihitung pada daratan dengan kecepatan angin rata-rata

diatas 5,1 m/s dan pada ketinggian 10 m. Data ini setelah direduksi sebesar 10% sebagai

toleransi yang dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti kepadatan penduduk, dan lain-lain.

Tabel 2 Sebaran potensi energi angin. (TWh/tahun)



3.1 Potensi Energi Angin Di Indonesia

Berikut ini adalah peta potensi energi angin di Indonesia yang dapat digunakan

sebagai referensi dalam mengembangkan pembangkit listrik tenaga angin di

Indonesia. Perbedaan kecepatan udara terlihat dari perbedaan warnanya. Biru

menyatakan kecepatan udara rendah, sedangkan hijau, kuning, merah dan sekitarnya

menyatakan semakin besarnya kecepatan angin.

4. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTB)

4.1 Kincir Angin

Secara umum kincir angin dapat di bagi menjadi 2, yaitu kincir angin yang berputar

dengan sumbu horizontal, dan yang berputar dengan sumbu vertikal. Gambar 7

menunjukan jenis-jenis kincir angin berdasarkan bentuknya. Sedangkan gambar 8

menunjunkan karakteristik setiap kincir angin sebagai fungsi dari kemampuannya

untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi putar turbin untuk setiap kondisi

kecepatan angin. Dari gambar 8 dapat disimpulkan bahwa kincir angin jenis multi-

bladedan Savonius cocok digunakan untuk aplikasi PLTB kecepatan rendah.

Sedangkan kincir angin tipe Propeller , paling umum digunakan karena dapat bekerja

dengan lingkup kecepatan angin yang luas.



Gambar 7 Jenis-jenis kincir angin

Gambar 8 Karakterisrik kincir angin

4.2 Gearbox

Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran tinggi.

BiasanyaGearbox yang digunakan sekitar 1:60.4.3 Brake System

Alat ini diperlukan saat angin berhembus terlalu kencang yang dapat menimbulkan

putaran berlebih pada generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih

diantaranya : overheat , rotor breakdown, terjadi arus lebih pada generator.

4.4 Generator

Ada berbagai jenis generator yang dapat digunakan dalam sistem turbin angin, antara

lain generator serempak ( synchronous generator ), generator tak-serempak

(unsynchronous generator ), rotor sangkar maupun rotor belitan ataupun generator

magnet permanen.



Penggunaan generator serempak memudahkan kita untuk mengatur tegangan dan

frekuensi keluaran generator dengan cara mengatur-atur arus medan dari generator.

Sayangnya penggunaan generator serempak jarang diaplikasikan karena biayanya

yang mahal, membutuhkan arus penguat dan membutuhkan sistem kontrol yang

rumit.

Generator tak-serempak sering digunakan untuk sistem turbin angin dan sistem

mikrohidro, baik untuk sistem fixed-speed maupun sistem variable speed .

4.5. Penyimpan energi

Pada sistem stand alone, dibutuhkan baterei untuk menyimpan energi listrik berlebih

yang dihasilkan turbin angin. Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi

sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki mobil. Aki 12 volt, 65 Ah dapat

dipakai untuk mencatu rumah tangga selama 0.5 jam pada daya 780 watt.

4.6 Tower

Tower PLTB dapat dibedakan menjadi 3 jenis seperti gambar 9 dibawah ini. Setiap

jenis tower memiliki karakteristik masing-masing dalam hal biaya, perawatan,

efisiensinya, ataupun dari segi kesusahan dalam pembuatannya. Sedangkan gambar 10

menunjukan diagram skematik PLTB secara umum umum.

Gambar 9 Tower PLTB (kiri) Guyed (Tengah) Lattice (kanan) Mono-structure

6. Karakteristik Kerja Turbin Angin

Gambar 11 menunjukan pembagian daerah kerja dari turbin angin. Berdasarkan gambar 11

ini, daerah kerja angin dapat dibagi menjadi 3, yaitu (a) cut-in speed (b) kecepatan kerja

angin rata-rata (kecepatan nominal) (c) cut-out speed. Secara ideal, turbin angin dirancang

dengan kecepatan cut-in yang seminimal mungkin, kecepatan nominal yang sesuai dengan

potensi angin lokal, dan kecepatan cut-out yang semaksimal mungkin. Namun secara

mekanik kondisi ini sulit diwujudkan karena kompensasi dari perancangan turbin angin

dengan nilai kecepatan maksimal (V cutoff ) yang besar adalah V cut dan V rated yang relatif akan

besar pula.



Gambar 11 Karakteristik kerja turbin angin

Selain dari data yang ditunjukan gambar 6 sebelumnya, penentuan kecepatan angin suatudaerah dapat juga dilakukan dengan menggunakan metode probalistik distribusi Weibull

dalam mengolah kumpulan data hasil survey seperti yang diperlihatkan pada gambar 12.

Gambar 12 Penentuan kecepatan angin rata-rata suatu daerah

7. Sistem Mekanik PLTB



Gambar 13 Komponen Turbin Angin

(sumber : BP, going with the wind)

8. Sistem Elektrik PLTB

Secara umum sistem kelistrikan dari PLTB dapat dibagi menjadi 2 yaitu (i) kecepatan

konstan (ii) kecepatan berubah. Keuntungan dari sistem kecepatan konstan ( fixed-

speed) adalah murah, sistemnya sederhana dan kokoh (r obast ). Sistem ini beroperasi pada

kecepatan putar turbin yang konstan dan menghasilkan daya maksimum pada satu nilai

kecepatan angin. Sistem ini biasanya menggunakan generator tak-serempak(unsynchronous generator ), dan cocok diterapkan pada daerah yang memiliki potensi

kecepatan angin yang besar. Kelemahan dari sistem ini adalah generator memerlukan daya

reaktif untuk bisa menghasilkan listrik sehingga harus dipasang kapasitor bank atau

dihubungkan dengan grid . Sistem ini rentan terhadap pulsating power menuju grid dan

rentan terhadap perubahan mekanis secara tiba-tiba. Gambar 14 (a) menunjukan diagram

skematik dari sistem ini.

Gambar 14(a) Sistem PLTB kecepatan konstan ( fixed-speed)

Selain kecepatan konstan, ada juga sistem turbin angin yang menggunakan sistemkecepatan berubah (variable speed), artinya sistem didesain agar dapat mengekstrak daya



maksimum pada berbagai macam kecepatan. Sistem variable speed dapat

menghilangkan pulsating torque yang umumnya timbul pada sistem fixed speed .

Secara umum sistem variable speed mengaplikasikan elektronika daya untuk

mengkondisikan daya, seperti penyearah (rectifier ), Konverter DC-DC, ataupun Inverter .

Gambar 14 (b) sampai dengan 14(e) adalah jenis-jenis sistem PLTB kecepatan berubah.

Pada sistem variable speed (b) menggunakan generator induksi rotor belitan. Karakteristik

kerja generator induksi diatur dengan mengubah-ubah nilai resistansi rotor, sehingga torsi

maksimum selalu didapatkan pada kecepatan putar turbin berapa pun. Sistem ini lebih

aman terhadap perubahan beban mekanis secara tiba-tiba, terjadi reduksi pulsating power

menuju grid dan memungkinkan memperoleh daya maksimum pada beberapa kecepatan

angin yang berbeda. Sayangnya jangkauan kecepatan yang bisa dikendalikan masih

terbatas.

(b) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed) (rotor belitan)

Pada sistem variable speed (c) menggunakan rangkaian elektronika daya untuk mengatur

nilai resistansi rotor. Sistem ini memungkinkan memperbaiki jangkauan kecepatan yang

bisa dikendalikan sistem pertama.

(c) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed back to back conventer)

Sistem variable speed (d) dan (e) adalah sistem PLTB yang dibedakan berdasarkan jenis

generator yang digunakan.



(d) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed) (rotor sangkar)

(e) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed) (rotor permanen magnet)

Sistem PLTB Fixed Speed vs Variable SpeedSistem PLTB Fixed Speed vs Variable Speed


2 Oktober 2011

I. SISTEM TURBIN ANGIN KECEPATAN TETAP (Fixed Speed)

Sistem turbin angin kecepatan tetap atau sering disebut dengan istrilah fixed speed adalah

sistem turbin angin yang paling umum digunakan hingga saat ini, yang ditunjukkan pada

gambar 1. Biasanya sistem ini menggunakan roda gigi, generator induksi, rangkaian

elektronika daya - soft starter , capasitor bank dan bisa juga terhubung langsung dengan jala-jala/grid.

Sistem ini umumnya membutuhkan daya reaktif dari kapasitor bank untuk menjaga

kecepatan rotor pada generator agar tetap konstan berputar. Saat sistem dihubungkan

dengan jala-jala, penggunaan capasitor bank dapat dikurangi untuk membuat dimensi

sistem menjadi lebih kecil dan biaya perawatan menjadi lebih murah.

Keunggulan utama sistem turbin angin jenis ini adalah :

1. Robast

2. Murah

3. Sederhana/simpel



Generator induksi yang biasa digunakan adalah generator induksi rotor sangkar, generator

yang paling murah dan mudah didapat. Sistem kendalinya sederhana yang hanya bekerja

pada satu kecepatan putar saja, membuat kehandalan sistem ini sangat tinggi.

Kelemahan sistem ini saat digunakan untuk karakteristik angin suatu daerah

dengan kecepatan yang berubah-ubah setiap waktu adalah :

1.

Pengkonversian energinya kurang maksimal.

2. Perubahan torka secara signifikan tiap waktunya dapat menyebabkan rotor pada

generator mengalami tegangan/ stress.

Gambar 1 Sistem turbin angin kecepatan tetap

II. SISTEM TURBIN ANGIN KECEPATAN BERUBAH (Variable Speed)

Seiring dengan berkembangnya teknologi elektronika daya, para desainer mulai berpikir

untuk menkonversikan energi angin semaksimal mungkin untuk setiap kecepatan angin

yang berubah-ubah, sistem turbin angin seperti ini dikenal dengan istilah sistem turbin

angin variable speed.

Walaupun biaya investasi awal sistem turbin angin ini lebih mahal daripada sistem turbin

angin fixed speed , namun perlu diingat bahwa energi angin yang diekstrasikannya lebih

tinggi, maka harga jual listrik rata-rata per kWh nya masih bisa ditekan menjadi lebih

murah.

Selain itu, sistem ini juga memiliki beberapa keuntungan lain, diantaranya :

1. Menghilangkan stress pada torka .

2. Dapat diaplikasikan pada sistem stand alone, atau terisolasi dari jala-jala.

Ada beberapa jenis sistem turbin angin variable speed yang ditawarkan sampai saat inisebagai berikut :

1. Sistem I : Sistem variable speed dengan kendali resistansi



Gambar 2 Sistem variable speed dengan kendali resistansi

Keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan sistem ini antara lain:

Komponen yang ada dapat bertahan lebih lama, karena sistem ini lebih aman terhadap

perubahan beban secara tiba-tiba.

Sedangkan kekurangan sistem ini adalah :

Belitan rotornya masih menggunakan slip ring, sehingga timbul rugi-rugi tambahan

pada generator dan membutuhkan perawatan berkala.

Membutuhkan roda gigi, sehingga menimbulkan rugi-rugi gesek dan suara bising yang

mengganggu lingkungan sekitar.

Menggunakan generator induksi-rotor belitan sehingga menimbulkan rugi-rugi tembaga

pada rotor.

Hanya dapat mengekstrak daya pada range 5-10% diatas kecepatan nominalnya.

Harus dihubungkan ke kapasitor bank atau grid untuk menghasilkan daya keluaran.

2. Sistem 2 : Sistem variable speed dengan menggunakan generator induksi rotor sangkar

Gambar 3 Sistem variable speed dengan generator induksi rotor sangkar

Keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan sistem ini antara lain :

Jangkauan kecepatan lebih luas dibandingkan sistem I. Sistem variable speed – rotor

sangkar ini dapat mengekstrak daya pada semua range kecepatan diatas kecepatan

nominalnya.

Tidak menggunakan konverter untuk medan eksitasinya.

Tidak membutuhkan brush pada rotor sehingga sebagian rugi-rugi pada rotor dapat

dihilangkan.

Teknologinya sudah terbukti handal.


Membutuhkan roda gigi, sehingga menimbulkan rugi-rugi gesek dan suara bising yang

mengganggu lingkungan sekitar.

Harus dihubungkan ke kapasitor bank atau grid untuk menghasilkan daya keluaran.

3. Sistem 3 :Sistem variable speed dengan menggunakan generator sinkron magnet

permanen (direct drive)



Gambar 4 Sistem variable speed dengan generator sinkron magnet permanen


Jangkauan kecepatan kerja sistem tidak terbatas. Sistem variable speed direct-drive ini

dapat mengekstrak daya pada kecepatan putar turbin berapapun.

Menghindarkan penggunaan roda gigi dengan menggunakan generator yang dapat

beroperasi pada putaran rendah (multi-pole generator ). Tidak menggunakan brush, sehingga biaya perawatan komponen generator dan juga

rugi-rugi daya pada rotor dapat dikurangi.

Tidak menggunakan konverter untuk medan eksitasinya.

Menggunakan magnet permanen untuk membangkitkan tegangan, sehingga rugi-rugi

daya pada rotor yang biasanya timbul pada generator rotor belitan dapat dihilangkan.


Ukuran generator dapat menjadi besar dan berat.

Membutuhkan magnet permanen yang mahal dan sulit diperoleh di Indonesia.

Sistem PLTB Kecepatan Rendah dan Berubah Tanpa

Menggunakan Gearbox

Sistem PLTB Kecepatan Rendah dan Berubah Tanpa Menggunakan Gearbox


5 September 2011

Tenaga angin merupakan salah satu potensi yang belum dimanfaatkan secara maksimal

sebagai pembangkit listrik energi terbarukan di Indonesia saat ini.

Daya keluaran yang dapat dihasilkan untuk sebuah pembangkit listrik dari pemanfaatan

energi angin (PLTB) adalah sebesar 1-100 kWatt. Pembangkit listrik dengan daya keluaran

sebesar ini sebenarnya sangat cocok digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik rumah

tangga/perkantoran di Indonesia.

Alasan utama pembangkit listrik jenis ini belum berkembang karena kecepatan angin di

Indonesia lebih rendah dan lebih berfluktuatif jika dibandingkan dengan kecepatan angin

di Eropa ataupun di Jepang. Jadi dengan kata lain sebenarnya Indonesia tidak bisa

mengadopsi langsung teknologi pembangkit listrik ini dari negara lain, dan harus mendesain

sendiri sistem pembangkit listrik yang mampu mengkonversikan energi angin secara



maksimal pada kecepatan angin yang rendah dan berubah-ubah, yang sesuai dengan

karakteristik kecepatan angin di Indonesia.

Perlu diketahui bahwa biasanya kecepatan putar turbin angin di Indonesia diantara 100-200

rpm. Untuk mengatasi kecepatan putar turbin angin yang rendah, biasanya

digunakan komponen roda gigi untuk menyesuaikan dengan kecepatan putaran generator.

Dan untuk mengatasikecepatan angin yang berfluktuatif, biasanya turbin angin

dioperasikan variable speed dengan mengunakan rangkaian elektronika daya.

Pada artikel kali ini, akan dibahas tentang sistem PLTB kecepatan rendah – berubah

menggunakan generator permanen magnet. Semoga artikel ini bisa dijadikan referensi untuk

perkembangan pembangkit listrik tenaga angin di Indonesia.

Sistem Turbin Angin Direct-drive (Gearless / tidak menggunakan roda gigi)

Alasan utama penulis mengajukan sistem tanpa gearbox karena penggunaan roda gigi dapat

menimbulkan adanya gesekan pada saat mengkonversikan putaran rendah pada baling-baling

menjadi putaran tinggi pada generator. Gaya gesekan yang timbul ini akan menyebabkan

turbin angin bergetar tak-seimbang, terkadang menimbulkan polusi suara bising, dan tentu

saja hal ini nantinya akan membutuhkan perawatan khusus dengan memberikan pelumas

secara rutin.

Sistem PLTB tanpa menggunakan gearbox ( gearless wind turbine system) atau sering juga

disebur direct drive, selain membuat efisiensi PLTB menjadi lebih tinggi diklaim juga dapat

mengurangi polusi suara serta mengurangi biaya investasi awal dan perawatan pada sistem

pembangkit listrik tenaga angin.Desain direct drive biasanya menggunakan generator sinkron – rotor belitan atau generator

sinkron – magnet permanen. Alasannya karena kedua tipe generator ini memungkinkan untuk

membuat generator dengan kutub banyak (perbanyak jumlah kutub rotor) yang kecepatan

putarnya sesuai dengan putaran nominal turbin angin.

Sayangnya generator kutub banyak ini hanya cocok untuk aplikasi PLTB daya kecil, karena

semakin besar daya yang didesain akan menyebabkan generator menjadi lebih besar dan lebih

berat.

KESIMPULAN SEMENTARA : Untuk aplikasi PLTB berdaya rendah dan sedang,

permasalahan penggunaan gerabox dapat dieliminasi dengan mendesain generator kutub

banyak yang menghasilkan listrik secara optimal pada kecepatan angin yang rendah. Solusi

dari permasalahan ini adalah Indonesia harus menguasai teknologi pembuatan generator

kutub banyak.

Bagaimana dengan permasalahan kecepatan angin di Indonesia yang sangat berfluktuasi?

Kecepatan angin di Indonesia sering melonjak selama beberapa saat sehingga membutuhkan

desain sistem PLTB yang dapat menghasilkan daya keluaran generator maksimum pada

kecepatan angin yang berubah-ubah.



Jika kita merancang generator pada satu kecepatan angin rendah (low fixed speed ), generator

tidak bisa mengkonversikan energi pada kecepatan angin yang tinggi untuk mengurangi

resiko kerusakan generator.

Sebaliknya, sistem PLTB yang biasanya dipasang di Indonesia memiliki efisiensi konversi

energi yang rendah karena generator dirancang berputar pada kecepatan yang sedikit lebih

tinggi dari kecepatan angin rata-rata. Kedua sistem PLTB ini bukan merupakan solusi sistem

PLTB di Indonesia.

Sistem Turbin Angin Direct Drive dan Variable Speed dengan Generator Sinkron

Magnet Permanen

Dari gambar terlihat bahwa sistem ini memerlukan generator magnet permanen berkutub

banyak, penyearah dioda, konverter DC-DC, dan Inverter. Dengan sistem seperti ini

memungkinkan untuk mendesain turbin angin dapat berputar pada kecepatan poros yang

berubah-ubah.

Variable speed dan direct-drive menggunakan generator magnet permanen


Generator bekerja maksimum pada kecepatan angin yang berubah-ubah, atau dengan kata

lain sistem variable speed direct-drive ini dapat mengekstrak daya pada kecepatan putar

turbin berapapun.

Menghindarkan penggunaan roda gigi / gearbox dengan menggunakan generator yang

dapat beroperasi pada putaran rendah (multi-pole generator ).

Tidak menggunakan brush, sehingga biaya perawatan komponen generator dan juga rugi-

rugi daya pada rotor dapat dikurangi. Tidak memerlukan sistem daya untuk medan eksitasinya.

Menggunakan magnet permanen untuk membangkitkan tegangan, sehingga rugi-rugi daya

pada rotor yang biasanya timbul pada generator rotor belitan dapat dihilangkan.


Ukuran generator dapat menjadi besar dan berat.

Generator magnet permanen kutub banyak tidak dijual dipasaran secara umum, butuh

keahlian khusus untuk mendesain generatornya.

Membutuhkan magnet permanen yang mahal dan sulit diperoleh di Indonesia.

Butuh keahlian khusus untuk mendesain rangkaian elektronika daya yang spesifik.



Wind Farm (1) : Solusi Pemanfaatan PLTB di Indonesia

Wind Farm (1) : Solusi Pemanfaatan PLTB di Indonesia

Kadek Fendy Sutrisna 13 Januari 2012

Energi listrik adalah bentuk energi yang paling mudah untuk dikonversikan ke dalam bentuk

energi lain, sehingga energi listrik adalah media yang digunakan untuk memindahkan energi

dari satu tempat ke tempat lain untuk digunakan oleh aplikasi-aplikasi di tempat tersebut.

Kemajuan pembangunan saat ini sangat dipengaruhi oleh perkembangan kelistrikan. Dengan

adanya listrik maka perkembangan berbagai aspek kehidupan masyarakat akan relatif jauh

lebih cepat, hal ini sangat terasa terutama di sektor pendidikan dan industri. Kedua sektor

tersebut kini sangat bergantung pada listrik.

Indonesia adalah negara kepulauan dengan jumlah penduduk lebih dari 200 juta jiwa. Namun

rasio elektrifikasi Indonesia masih sangat rendah dan infrastruktur kelistrikan terpusat di

Pulau Jawa. Sebagai contoh, sampai saat ini Bali masih tergantung dengan jaringan listrik

Jawa-Bali untuk pasokan energi listrik. Karenanya, ketika terjadi gangguan koneksi Jawa-

Bali, dampaknya sangat besar bagi Bali yang notabene berkembang dalam industri

kepariwisataannya.

Untuk mengatasi permasalahan tersebut dapat dilakukan dengan beberapa cara, diantaranya

adalah membangun pembangkit listrik berbasis bahan bakar fosil pada lokasi-lokasi domestik

diluar pulau Jawa. Akan tetapi hal ini kurang tepat untuk dilakukan mengingat harga minyak

dunia yang semakin melonjak dan tentunya bila ditinjau dari aspek lingkungan, pembangkit

listrik dengan bahan bakar fosil menimbukan polusi karbon yang cukup signifikan.

Solusi kedua diantaranya adalah dengan lebih memanfaatan potensi energi terbarukan

domestik yang dimiliki tiap-tiap daerah, seperti pembangkit listrik tenaga bayu/angin

(PLTB), surya (PLTS), mikrohidro, geotermal. Sayangnya, banyak permasalahan yang

dihadapi untuk mengimplementasikan pembangunan pembangkit listrik ini di Indonesia,

antara lain masalah biaya, perawatan, ketersediaan dan teknologi. Selain itu, tanpa adanya

jaringan interkoneksi yang menghubungkan seluruh pulau di Indonesia, renewableenergy akan susah termanfaatkan secara efisien dan ekonomis. Ingat bahwa semua proyek

renewable energy di Eropa dan Amerika sukses karena semua jaringannya terinterkoneksi.

SOLUSI UNTUK PEMANFAATAN PLTB

Sebagai salah satu contoh dapat dilihat dalam proyek pembangunan pembangkit listrik tenaga

bayu (PLTB) yang saat ini gencar dipertanyakan. Dimana ketersediaan angin di Indonesia

masih dipertanyakan unjuk kerjanya untuk dapat menghasilkan listrik yang kontinu pada

kecepatan angin yang berubah-ubah dengan daya yang besar dan kualitas yang baik.



Salah satu teknologi yang dapat mengatasi permasalahan ini adalah penggunaan sistem turbin

angindirect-drive permanet magnet generator yang dapat menghasilkan listrik secara optimal

pada rentang kecepatan angin rendah dan berubah-ubah. Sistem turbin angin ini walaupun

dapat menyelesaikan masalah ketersediaan angin, namun ditinjau dari segi biaya masih cukup

mahal untuk direalisasikan dalam skala besar.

Sebaliknya, bila menggunakan teknologi fixed-speed induction generator, walaupun biaya

yang diperlukan paling murah diantara sistem turbin angin lainnya, namun harus terkoneksi

pada grid agar dapat menghasilkan produksi daya yang optimal pada kecepatan angin yang

berubah-ubah.

Penulis artikel ini mengajukan untuk mencoba suatu sistem turbin angin hybrid antara direct-

drive permanet magnet generator dan fixed speed induction generator yang bertujuan untuk

mereduksi biaya yang dibutuhkan untuk membangun sistem PLTB skala besar. Sistem

gabungan ini menggunakan teknologi direct-drive permanet magnet generator sebagai

pengganti fungsi grid , dan secara bersamaan keuntungan biaya yang murah juga didapatkan

dari penggunaan teknologi fixed speed induction generator.

Disamping itu, dalam artikel ini juga diusulkan penggunaan komponen elektronika daya yang

dapat mengoptimalkan produksi daya dan meminimalisir ukuran sistem yang diusulkan

secara keseluruhan. Dalam hal ini penggunaan trafo diminimalisir karena dinilai membuat

sistem menjadi semakin besar, mahal dan tentunya memiliki nilai susut daya yang cukup

besar dibandingkan dengan menggunakan komponen elektronika daya yang diusulkan.

Referensi sistem pembangkit hybrid tenaga bayu yang dibicarakan pada artikel ini adalahyang memiliki kapasitas diatas 0.5 MW. Tegangan kerja yang digunakan untuk

mendistribusikan listrik ke pusat-pusat beban adalah 11 kV AC. Sistem ini cocok

diaplikasikan untuk membangun desa mandiri.

Semoga artikel ini dapat menjadi suatu langkah awal terhadap solusi dari permasalahan

pemanfaatan energi angin di negara Indonesia.

Wind Farm (2) : Permasalahan dan Tantangan Wind Farm di Indonesia

Wind Farm (2) : Permasalahan dan Tantangan Wind Farm di Indonesia Kadek Fendy Sutrisna

13 Januari 2012

Secara garis besar permasalahan yang harus diatasi pada desain sistem pembangkit listrik

tenaga bayu, diantaranya dapat diringkas sebagai berikut :

1. Karakteristik kecepatan angin di Indonesia yang cenderung fluktuatif : hal ini

menyebabkan sistem turbin angin yang didesain harus mampu menghasilkan listrik pada

kecepatan angin berapapun.



2. Mahal : Penggunaan teknologi turbin angin direct-drive permanet magnet generator (agar

dapat menghasilkan listrik secara optimal pada rentang kecepatan angin yang luas)

membuat sistem turbin angin dengan skala besar menjadi mahal.

3. Jaringan Indonesia belum ter-interkoneksi : Penggunaan teknologi fixed-speed

induction generator dapat menekan biaya instalasi PLTB, namun agar dapat menghasilkan

daya aktif sistem ini harus terkoneksi grid . Kesimpulannya desain ini baru akan berhasil

menghasilkan listrik secara ekonomis dan efisien apabila dikoneksikan dengan jaringan

grid yang besar seperti sistem Jawa – Madura – Bali.

4. Lokasi pusat beban yang jauh dengan sumber energi : Biasanya pada PLTB yang

sudah ada masih terhubung langsung dengan pusat beban, sedangkan umumnya jarak

antara lokasi PLTB dan pusat beban cukup jauh, karena belum tentu lokasi pada pusat

beban memiliki potensi angin yang cukup memadai.

5.

Tegangan keluaran PLTB yang rendah : Dibutuhkan saluran distribusi tegangan tinggi

untuk membagikan daya listrik yang biasanya dapat dicapai dengan menggunakan trafo.

Sayangnya penggunaan trafo membuat sistem pembangkit menjadi lebih besar, lebih

mahal dan menghasilkan rugi-rugi tambahan yang cukup signifikan.

TANTANGAN

1. Mendesain sistem turbin angin yang dapat beroperasi secara stand-alone.

2. Mendesain suatu sistem turbin angin yang dapat meminimalisir biaya dengan tingkat

efisiensi yang baik.

3.

Mendesain sistem turbin angin dengan ketersediaan daya yang cukup tinggi.4.

Merancang rangkaian elektronika daya yang dapat meminimalisir penggunaan trafo dan

mengoptimalkan produksi daya PLTB.

Wind Farm (3) : Sistem Turbin Angin

Wind Farm (3) : Sistem Turbin Angin


13 Januari 2012

Konversi energi angin Proses konversi energi listrik yang terjadi pada PLTB pertama kali bermula dari angin yang

berhembus melalui turbin, lalu ditangkap oleh sudu yang kemudian digunakan untuk

memutar rotor. Putaran rotor yang dihasilkan umumnya ditingkatkan putarannya dengan

menggunakan roda gigi sebelum digunakan untuk memutar generator. Hingga tahap ini

proses konversi hanya berupa proses mekanis. Daya mekanis yang ditangkap oleh sudu pada

turbin dapat direpresentasikan secara matematis sebagai berikut:



dimana, (rho) angin adalah kerapatan angin persatuan luas, A rot adalah luas bidang yang

terlingkupi sudu turbin, V angin adalah kecepatan angin, dan Cp adalah koefisien daya yang

nilainya bergantung pada jari-jari rotor, kecepatan putar rotor, dan kecepatan angin:

Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip

induksi magnetik. Pada tahap ini konversi daya memasuki tahap konversi elektris. Kualitas

daya yang dihasilkan pada umumnya diatur dengan menggunakan komponen elektronika

daya. Sehingga tegangan dan frekuensi keluaran generator dapat diatur sedemikian rupa

sesuai dengan kebutuhan.

Apabila energi listrik yang dihasilkan ingin ditransmisikan melalui grid karena jarak pusat

beban dan PLTB cukup jauh, maka tegangan nominal perlu dinaikkan untuk mengurangi

susut daya yang terjadi pada saluran transmisi/distribusi. Demikian sebaliknya pada saat

energi lsitrik tersebut didistribusikan pada konsumen (beban), tegangan nominalnya perlu

diturunkan kembali. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 1 Aliran Konversi Energi PLTB

Sistem turbin angin fixed-speed terkoneksi grid dengan generator induksi

Pada awal sejarah digunakannya PLTB sebagai pembangkit listrik, teknologi fixed-

speed terkoneksi grid dengan menggunakan generator induksi – rotor sangkar banyak

digunakan (gambar 2). Alasan utama sistem ini banyak dipakai karena memiliki beberapa

kelebihan diantaranya sangat murah, kokoh, dan sederhana. Selain itu juga, keuntungan

dalam mengekstrak energi secara optimal tanpa menggunakan dummy load pada kondisi

beban rendah juga didapatkan pada sistem turbin angin ini, karena sudah terhubung grid .

Konsep fixed-speed mengandalkan konsep kendali yang dapat menjaga kecepatan putar sudu

turbin pada kecepatan putar konstan. Karena itu, sistem ini dirancang untuk mengekstrak



energi angin secara optimal pada satu tingkat kecepatan angin saja. Hal ini tentunya akan

menjadi kekurangan utama dalam aplikasi PLTB, karena seperti kita ketahui profil kecepatan

angin dapat berubah cepat dalam orde detik. Pada kasus ini, efek nyata dari penggunaan

sistem turbin angin sangat terasa pada produksi daya yang dihasilkan oleh PLTB per

tahunnya jika dibandingkan sistem turbin angin lainnya.

Gambar 2 Sistem Turbin Angin Fixed-Speed Terkoneksi Grid Dengan Generator Induksi

Sistem turbin angin ini hanya menggunakan komponen elektronika soft-starter yang

digunakan untuk mengurangi dampak inrush current (gambar 3) yang terjadi pada saat

pertama kali generator mulai terhubung dengan grid . Pencegahan inrush current ini harus

dilakukan karena bila tidak ditangani akan menyebabkan frekuensi dan tegangan grid akan

berubah secara drastis dan akan mempengaruhi stabilitas komponen yang terhubung

dengannya.

Gambar 3 Inrush Current

Selain itu, apabila grid yang terpasang pada sistem turbin angin lemah (memiliki suplai daya

reaktif yang rendah), sisi keluaran generator harus terhubung dengan kapasitor bank untuk

membantu suplai daya reaktif yang dibutuhkan generator agar dapat menghasilkan daya aktif.

Sistem turbin angin direct-drive dengan generator sinkron magnet permanen

Perkembangan terakhir dari teknologi sistem turbin angin yang ada saat ini sudah banyak

menggunakan komponen generator putaran rendah permanen magnet untuk menghindari

penggunaan roda gigi (gambar 4). Penggunaan roda gigi ( gearbox) dinilai merugikan karena

menimbulkan rugi-rugi daya tambahan pada PLTB dan memerlukan perawatan, pelumasan



secara berkala. Selain itu, nilai lebih dari sistem ini terletak pada kemampuannya

mengkonversikan energi listrik secara optimal pada rentang kecepatan angin berapapun.

Rugi-rugi eksitasi generator pada sistem turbin angin juga dapat dihilangkan dengan

penggunaan permanen magnet yang notabene tidak menghasilkan arus muatan. Sistem ini

sudah teruji kehandalannya baik pada saat beroperasi dengan grid maupun tidak ( stand-

alone). Akhirnya, dari penelitian yang sudah pernah dilakukan sebelumnya, sistem turbin

angin ini teruji paling baik dari segi efisiensi dan produksi daya per tahunnya.

Sayangnya, dari kelebihan-kelebihan yang telah dikemukakan sebelumnya terdapat beberapa

kerugian yang membuat para developer PLTB menghindari penggunaan sistem direct-

drive,diantaranya karena biaya investasi yang dibutuhkan jauh lebih mahal dari sistem turbin

angin lainnya. Disamping itu, untuk dapat menghasilkan daya yang optimal pada kecepatan

angin yang rendah (<100 rpm) ukuran sistem ini memiliki dimensi yang lebih besar

dibandingkan sistem lainnya, sehingga diperlukan pembangunan infrastruktur tambahan yang

tentunya juga berimplikasi pada bertambahnya biaya yang diperlukan.

Gambar 4 Sistem Turbin Angin Direct-Drive Terkoneksi Grid Dengan Generator Putaran

Rendah Magnet Permanen

Wind Farm (4) : Mendesain Wind Farm

Wind Farm (4) : Mendesain Wind Farm


15 Januari 2012

Pada aplikasi pemanfaatan energi angin ke energi listrik dalam skala besar, biasanyadilakukan dengan cara membangun wind farm yang setiap turbin anginnya dikoneksikan pada

satu bus yang sama. Beberapa turbin angin dipasang di setiap sisi ladang ( farm) sehingga

mampu menghasilkan listrik dari potensi angin lokal secara maksimal untuk memenuhi

kebutuhan pusat beban. Ada beberapa permasalah teknis yang perlu dibahas lebih detail

dalam mendesain turbin angin, yaitu sebagai berikut :

Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam mendesain :

Menentukan tinggi dari turbin angin – Semakin tinggi kita memasang turbin angin

maka kecepatan anginnya semakin besar. Namun semakin tinggi turbin semakin besar



pula biaya yang dibutuhkan untuk membangun tower turbin. Rata-rata tinggi suatu turbin

angin adalah 30 – 50 meter.

Menentukan jarak antara setiap turbin angin pada wind farm – Terlalu jauh atau

terlalu dekat pemasangan turbin angin pada wind farm akan menyebabkan produksi energi

listrik yang dihasilkan wind farm tidak sebanding dengan biaya pembangunannya dan

energi yang dikonversikan pada wind farm tersebut. Apabila turbin angin dibangun pada

jarak yang terlalu jauh maka pemanfaatan potensi angin pada tempat tersebut akan t idak

optimal. Sementara jika jarak antar turbin angin dibangun terlalu dekat, dapat terjadi

turbulensi pada turbin. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar 1, jarak vertikal ideal antara

satu turbin angin dan yang lainnya adalah sebesar 5 kali diameter baling-baling.

Sedangkan jarang horisontalnya adalah 7 kali diameter baling-baling turbin.

Gambar 1 Mendesain jarak antar turbin angin yang ideal Penempatan lokasi PLTB – Tidak semua lokasi pada suatu daerah cocok untuk

dibangun PLTB. Agar mampu menghasilkan energi angin yang besar perlu diadakan

survey pada setiap daerah untuk mengetahui potensi angin lokalnya. Biasanya

kecepatan angin pada suatu daerah juga akan semakin besar pada setiap ketinggian

tertentu.



Gambar 2 Data kecepatan angin tahunan di seluruh wilayah Indonesia

Kerapatan udara/angin - Kerapatan udara merupakan fungsi dari temperatur dantekanan udara yang angkanya tidak dapat diperkirakan secara eksak. Kerapatan udara

rata-rata adalah 800 kali lebih rendah dibanding dengan kerapatan air. Sebagai contoh

didaerah puncak gunung memiliki kecepatan angin yang tinggi namun semakin tinggi

gunung semakin mengurangi kerapatan udara di daerah tersebut. Angka kerapatan

udara yang biasa digunakan dalam mendesain turbin angin adalah sebesar 0,1 – 0,5.

Wind Farm (5) : Desain Sistem turbin angin hybrid

Wind Farm (5) : Desain Sistem turbin angin hybrid

Untuk Lokasi Yang Terisolasi


17 Januari 2012

Sistem hybrid yang dimaksud artikel disini merupakan gabungan antara sistem turbin

angin fixed-speed dan direct-drive dimana dalam aplikasinya direncanakan untuk bekerja

pada platform lokasi terisolasi, yaitu pada desa dimana belum terpasang jaringan PLN dan

tentunya memiliki potensi energi angin yang cukup baik. Dalam hal ini, beberapa keunggulan

yang terdapat pada sistem fixed-speed akan digabungkan dengan sistem direct-drive.



Seperti kita ketahui pada artikel sebelumnya, sistem fixed-speed bekerja optimal pada saat

terhubung dengan grid untuk membentuk profil tegangan dan frekuensi yang stabil yaitu 380

V, 50 Hz. Hal ini disebabkan karena generator induksi selalu membutuhkan daya reaktif pada

saat beroperasi. Sayangnya, pada lokasi terisolasi, grid ini tidak tersedia. Penggunaan

kapasitor bank diusulkan untuk menggantikan peran grid dalam hal mensuplai daya reaktif

yang dibutuhkan. Namun dalam aplikasinya, apabila pusat beban bersifat induktif

(memerlukan suplai daya reaktif yang besar) akan timbul permasalahan baru pada sistem ini.

Permasalahan timbul karena pusat beban yang bersifat induktif memaksa kapasitor untuk

membagi suplai daya reaktifnya menuju beban dan generator pada waktu bersamaan.

Akibatnya, generator akan kekurangan suplai daya reaktif untuk menghasilkan daya aktif

yang dibutuhkan oleh beban seperti yang ditunjukkan oleh gambar 1.

Gambar 1 Aliran daya reaktif saat turbin angin generator induksi dihubungkan dengan beban

yang induktif

Beberapa cara telah diusulkan peneliti untuk menggunakan baterai sebagai komponen

penyimpan energi pada sistem turbin angin fixed-speed apabila generator menghasilkan daya

yang berlebih. Nantinya, energi yang tersimpan pada baterai ini dapat digunakan pada saat

terjadi konsumsi daya reaktif berlebih pada beban. Dalam hal ini, penggunaan baterai akan

menggantikan peran kapasitor bank untuk mensuplai daya reaktif yang dibutuhkan oleh pusat

beban.

Walaupun baterai dapat mengatasi masalah kebutuhan suplai daya reaktif yang dibutuhkan

oleh pusat beban, namun dibutuhkan kapasitas baterai yang sangat besar untuk menjamin

kehandalan sistem dalam jangka waktu yang lama.

Sistem turbin angin hybrid disini juga diajukan untuk mengatasi kendala yang terjadi pada

sistem turbin angin fixed-speed dengan baterai, seperti yang telah dijelaskan sebelumnya.

Pada sistem hybrid yang diajukan, kekurangan sebelumnya dapat diatasi dengan hadirnya

sistem turbin angin direct-drive. Sistem turbin angin direct-dirve yang dipakai pada

penelitian ini berfungsi sebagai pengganti peran grid yang dibutuhkan generator induksi.

Selain itu, penggunaan kapasitor bank pada sistem turbin angin hybrid dapat dieliminasi

sehingga dapat mereduksi ukuran sistem secara keseluruhan. Kapasitas baterai yang

dibutuhkan juga tidak terlalu besar dibandingkan dengan sistem terdahulu, sehingga dapat

mereduksi biaya penyediaan baterai yang tentunya cukup mahal.



Fitur tambahan juga diusulkan pada sistem turbin angin hybrid untuk mengurangi

penggunaan trafo pada sisi PLTB sistem direct-drive, yaitu menggunakan topologi konverter

DC-DC yang mampu beroperasi pada rasio tegangan yang tinggi. Dengan fitur ini efisiensi,

ukuran, biaya yang dibutuhkan oleh sistem dapat direduksi secara signifikan.

Pada akhirnya, sistem hybrid yang diusulkan dapat meningkatkan nilai ekonomis, efisiensi,

produksi daya per tahun dari sistem turbin angin yang sudah ada sebelumnya.

Secara ringkas fitur-fitur yang digunakan pada sistem hybrid yang diusulkan dapat

dirangkum sebagai berikut :

1. Handal pada saat beroperasi pada lokasi terisolir (belum ada grid ).

2. Menggunakan baterai dengan kapasitas yang tidak terlalu besar.

3. Menghilangkan pengunaan kapasitor bank.

4. Menggunakan generator permanen magnet sehingga terjadi reduksi susut daya karena

topologi generator ini tidak lagi menggunakan komponen gearbox.

5. Mengurangi penggunaan trafo.

6.

PLTB dapat dibangun berjauhan dengan pusat beban, karena sudah terdapat saluran

distribusi lokal.

Gambar 2 Sistem turbin angin hybrid



Gambar 3 Cara kerja PLTB hybrid

ASVC kompesator pada gambar 3 berguna untuk menggantikan peran kapasitor bank sebagai

kompensator daya reaktif untuk sistem fixed speed dari PLTB. ASVC diupayakan terkoneksi

pada salah satu busbar yang masih terhubung dengan masing-masing keluaran generator

untuk sistem fixed-speed . Dengan cara seperti ini, ASVC selain dapat mensuplai daya reaktif

ke masing-masing turbin angin, diharapkan juga komponen ini mampu mengendalikan faktor

daya mendekati satu pada busbar yang terkoneksi. Topologi dari komponen ini dapat dilihat

pada gambar 4 berikut ini. Seperti terlihat pada gambar komponen dasar dari topologi ini

adalah inverter dan baterai.

Gambar 4 ASVC

Rangkaian Elektronika Daya Inverter (Mengubah Tegangan DC – AC)

Topologi Rangkaian Elektronika Daya Inverter (1)

(Cara Mengubah Tegangan DC – AC)


24 September 2011

Inverter adalah salah satu komponen penting catu daya yang berfungsi mengubah sumber

tegangan masukan DC ke bentuk sumber tegangan keluaran AC. Secara definisi, rangkaian



inverter ideal adalah inverter yang tidak menghasilkan riak di sisi masukannya dan

menghasilkan sinyal sinusoidal murni di sisi keluarannya, baik yang terkontrol arus/tegangan,

terkontrol frekuensi, ataupun terkontrol kedua-duanya. Secara umum rangkaian inverter

biasanya digunakan dalam aplikasi pengendali kecepatan motor AC, variable-frequency

drives, UPS/catu-daya AC, pemanas induksi/microvawe, Static VAR Generator, FACTS

(Flexible AC Transmission System), trasnmisi daya HVDC,

ataupun digunakan sebagai

rangkaian rectifier-inverter .

Gambar 1 Aplikasi Inverter : Rangkaian Pengendali Kecepatan Motor AC

Gambar 2 Aplikasi Inverter : Pembangkit Hibrida PV – GD

Ada banyak topologi inverter saat ini bergantung pada jumlah fasa tegangan keluarannya (1-fasa, 3-fasa, dll), metoda pengaturan sinyal kontrol tegangan keluaran ( pulse width

modulation (PWM), pulse amplitude modulation (PAM), gelombang persegi), menurut level

tegangan keluaran, dll. Untuk memudahkan proses penulisan, pada artikel kali dikhususkan

untuk membahas topologi rangkaian inverter 1 fasa. Sedangkan topologi 3 fasa akan dibahas

pada pembahasan selanjutnya.

DASAR TEORI

Cara paling sederhana untuk menghasilkan tegangan AC adalah dengan cara mengatur

keterlambatan sudut penyalaan saklar pada tiap lengan inverter sehingga mampumenghasilkan level tegangan keluaran positip dan negatif yang berulang dengan frekuensi

tertentu, seperti yang ditunjukan oleh gambar 3, 4, dan 5 secara berurutan. Dari gambar

terlihat bahwa dengan menambah jumlah level tegangan keluaran, bentuk gelombang kotak

dapat diubah mendekati tegangan sinusoidal. Jumlah level tegangan keluaran ini dapat

diperoleh dengan teknik penyaklaran dan topologi inverter capasitor-split , diode-

clamped ataupun inverter yang disusun secara kaskade. Pembahasan tentang ini akan dibahas

pada artikel selanjutnya. Sedangkan gambar 6 menunjukan inverter setengah jembatan (half-

bridge) yang dikontrol dengan teknik penyaklaran PWM. Pembahasan tentang teknik

penyaklaran PWM akan dibahas lebih detail juga pada artikel terpisah.



Gambar 3 Tegangan AC Kotak 2-level

(tegangan keluaran inverter center tap dan setengah jembatan)





Gambar 6 Tegangan Sinusoidal AC Hasil Teknik Penyaklaran PWM

Rangkaian Elektronika Daya : Penyearah Daya / Rectifier

Rangkaian Elektronika Daya : Penyearah Daya / Rectifier

Mengubah Tegangan AC Menjadi DC


9 Februari 2012

Pada pembangunan jaringan interkoneksi sistem DC (HVDC), diperlukan suatu konverterelektronika daya yang berfungsi mengubah sistem tegangan bolak-balik AC menjadi sistem

tegangan arus searah DC. Rangkaian elektronika daya ini sering disebut sebagai konverter

penyearah daya atau rectifier .

Pada gambar 1 ditunjukkan peta lokasi pembangunan jaringan interkoneksi yang akan

dibangun oleh PT. PLN yang menghubungkan Pulau Sumatra dan Jawa dengan

menggunakan sistem HVDC. Dari gambar terlihat bahwa jaringan interkoneksi ini

membutuhkan konverter AC-DC di pulau Sumatra dan Jawa. Konverter AC-DC ideal yang

dibutuhkan disini adalah konverter yang mampu menghasilkan tegangan dan arus keluaran

yang bebas riak (DC murni) ; mampu menjaga tegangan dan arus masukan sumber tetap

sinusoidal murni; dan arah aliran daya konverter dapat bolak-balik.



Gambar 1 Peta Jaringan interkoneksi sistem arus searah yang akan menghubungkan PulauSumatra dan Jawa

Pada artikel ini akan dibahas secara khusus tentang konverter penyearah daya/rectifier ini.

Untuk sekedar informasi bahwa penyearah daya juga bisa diaplikasikan sebagai rangkaian

konverter yang mengatur kecepatan motor listrik (variabel speed drives; VSD), sebagai UPS,

atau juga sebagai sumber DC untuk peralatan elektronika lainnya. Gambar 2 berikut ini

menunjukkan masing-masing dari rangkaian listriknya untuk setiap aplikasi tersebut.

Gambar 2 Aplikasi dari penyearah daya



JENIS-JENIS RECTIFIER

Dalam mendesai penyearah daya, komponen utama yang digunakan hanyalah saklar

semikonduktor. Dalam hal ini yang sering digunakan dalam implementasinya adalah dioda

dan thyristor. Thyristor adalah adalah sebuah saklar semikonduktor yang secara prinsip

bekerja seperti dioda, namun dapat dikendalikan penyalaannya. Berdasarkan aplikasinya

penyearah/rectifier disini dapat dibagi sebagai berikut :

1.1 Penyearah daya satu fasa dan tiga fasa

Berdasarkan sumber energi listrik masukannya, penyeararah daya dapat dibagi menjadi

dua yaitu penyearah satu fasa dan tiga fasa. Penyearah satu fasa biasanya digunakan pada

aplikasi UPS. adaptor, atau konverter sumber DC lainnya yang memiliki kapasitas daya

yang kecil. Ciri-ciri dari penyearah jenis ini adalah selalu terdapat komponen

penyimpanan energi bisa berupa kapasitor atau baterei untuk mendapatkan penyearah

yang ideal. Pada sisi arus masukan penyearah satu fasa akan timbul harmonisa orde

ganjil yang besarnya tebalik dengan ordenya. Semisal harmonsia orde-3 besarnya 1/3 Is ;

harmonisa orde-5 besarnya 1/5 Is ; dan seterusnya. Sedangkan harmonisa yang timbul

pada penyearah tiga fasa adalah harmonisa orde (6n±1) yang besarnya juga terbalik

dengan nilai orde harmonisanya.

Bentuk gelombang dan persamaan penyearah satu fasa



Bentuk gelombang dan persamaan penyearah tiga fasa

2.1 Penyearah daya setengah gelombang dan jembatan / gelombang penuh

Secara prinsipal, penyearah setengah gelombang bertujuan untuk menyederhanakan

komponen yang digunakan. Rangkaian konverter ini biasanya memerlukan kapasitor

yang cukup besar aga didapatkan penyearah yang ideal. Biasanya faktor daya dari



penyearah setengah gelombang tidak bisa mendekati satu, walopun beban yang

digunakan merupakan resistor murni.

Gambar 3 Penyearah setengah gelombang (a) satu fasa (b) tiga fasa

Sedangkan berikut ini adalah perbedaan karakteristik tegangan dan arus antara penyearah

setengah gelombang dan gelombang penuh :

Penyearah Satu Fasa

(a) Setengah gelombang

(b) Gelombang penuh

Penyearah Tiga Fasa (a) Setengah gelombang



(b) Gelombang Penuh

Konverter AC-AC Pengubah Frekuensi

Konverter AC-AC Pengubah Frekuensi


16 Februari 2012

Untuk menjalankan peralatan berat di dunia industri, terkadang kita membutuhkan suatu

sumber AC dengan amplituda dan frekuensi yang berbeda dengan sumber AC yang

disediakan oleh jaringan jala-jala/grid. Dalam hal ini jala-jala yang disediakan oleh PT.PLN

adalah bertegangan 220 AC 50 Hz.

Untuk mengubah tegangan AC 50 Hz tersebut, biasanya kita menggunakan suatu rangkaian

elektronika daya khusus, konverter AC-AC. Konverter AC-AC yang paling dikenal adalah



cycloconverter, yang mampu menurunkan frekuensi sumber sesuai dengan frekuensi yang

diinginkan.

Aplikasi Cycloconverter dapat dilihat pada industri-industri yang menggunakan motor

induksi berdaya besar dan dengan kecepatan yang rendah seperti industri pengolahan semen,

aplikasi pada rolling ball mill, scherbius drive, mine-winders yang berkapasitas lebih dari 20

MW.

Konverter AC-AC banyak juga dipakai pada sistem pembangkit listrik tenaga angin (PLTB)

berdaya besar, dan kecepatan berubah seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut untuk

sistem PLTB segala aplikasi generator.

(a) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed – rotor belitan)

(b) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed back to back conventer)

Sistem variable speed (d) dan (e) adalah sistem PLTB yang dibedakan berdasarkan jenis

generator yang digunakan.



(c) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed) (rotor sangkar)

(d) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed – rotor permanen magnet)

CYCLOCONVERTER DAN KONVERTER MATRIK AC-AC Cycloconverter yang berbasis pada thyristor memiliki keterbatasan karena menghasilkan

harmonisa yang tinggi, menghasilkan faktor-daya yang rendah, dan hanya mampu

menurunkan frekuensi sumber. Namun karena hanya thyristor memiliki kemampuan daya

yang besar dan mudah didapat hingga saat kini, untuk penerapan konverter AC-AC berdaya

besar cycloconverter masih merupakan satu-satunya pilihan.

Konverter AC-AC bisa juga didesain dengan menggabungkan 2 buah atau lebih jenis

konverter, yang sering disebut dengan istilah konverter matrik . Konverter matrik ini sering

digunakan sebagai pengganti cycloconverter karena memiliki topologi yang lebih sederhana,

biasanya berupa sistem rectirfier-inverter yang berbasis pada saklar GTO/IGBT. Sayangnya

karena terbatasnya komponen saklar ini, masih sedikit perusahaan yang mampu

memproduksinya dan memasarkannya. Keunggulan teknologi konverter matrik AC-AC ini

adalah sudah mampu mengatasi masalah harmonisa dan faktor-daya. Frekuensinya keluaran

yang lebih tinggi dari sumber juga bisa dengan mudah dihasilkan.

1. CYCLOCONVERTER

Secara sederhana rangkaian elektronika daya cycloconverter satu phasa dapat dilihat pada

gambar 2(a). Untuk lebih mudah memahami kerja rangkaian ini dapat dibayangkan dengan

cara membagi topologi ini menjadi 2 buah rangkaian konverter tyristor-P dan rangkaian

konverter tyristor-N paralel yang nantinya bekerja secara bergantian. Konverter tyristor-P

bekerja untuk membentuk arus keluaran AC pada saat periode positip-nya, sedangkan

konverter tyristor-N bekerja setelahnya untuk membentuk arus keluaran AC pada periode

negatifnya.

Yang perlu penulis tekankan disini, komponen utama yang digunakan pada topologi ini

adalah 8 buah thyristor yang dihubungkan seperti rangkaian penyearah 1 fasa (jembatan

penuh) yang dihubungkan secara anti-paralel.



Gambar 2 Prinsip Kerja Single Phase Cycloconverter

Berikut adalah salah satu contoh apabila kita ingin mengubah sumber tegangan AC 50 Hz

menjadi frekuensi yang lebih rendah (pada gambar 3 menjadi 16,67 Hz). Rangkaian

konverter tyristor lengan kiri bekerja sedemikian rupa dengan memainkan sudut

penyalaannya selama 1,5 periode sumber. Konverter tyristor lengan kanan bekerja setelahnya

dengan sudut penyalaan yang sama.

Yang perlu diperhatikan disini adalah ada banyak cara yang bisa digunakan untuk

memainkan sudut penyalaan atau memainkan integral cycle tegangan sumber agar dapat

menghasilkan tegangan AC frekuensi rendah yang memiliki harmonisa yang lebih kecil.

Gambar 3 ini hanyalah salah satu contoh teknik kendali yang paling sederhana.



Gambar 3 Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran cycloconverter

Cycloconverter 3-fasa memiliki topologi yang mirip dengan cycloconverter 1-fasa. Gambar 4

menunjukkan contoh cycloconverter 3-fasa dalam aplikasinya untuk menggerakan motor 3-

fasa.

Gambar 4 Cycloconverter 3-fasaBentuk gelombang keluaran sinus dari cycloconverter dapat diperoleh dengan cara

menambah jumlah pulsa sumbernya. Menggunakan 6-pulsa untuk cycloconverter 1 fasa, dan

12 pulsa untuk cycloconverter 3 fasa.

Gambar 5 (a) adalah bentuk gelombang keluaran dengan sumber masukan gelombang AC 6-

pulsa (3-fasa). Sedangkan gambar (b) adalah bentuk gelombang keluaran dengan sumber

masukan gelombang AC 12-pulsa (6-fasa). Gelombang AC enam fasa dapat dihasilkan

dengan cara menjumlahkan gelombang AC tiga fasa dengan gelombang AC tiga fasa tersebut

yang digeser sudutnya sejauh 30 derajat dengan menggunankan trafo tiga phasa hubungan

wye-delta (trafo penggeser fasa).



Gambar 5 Bentuk Gelombang Keluaran Cycloconverter (a) dengan menggunakan 6-pulsa

(b) dengan menggunakan 12-pulsa

Pada gambar 5, saat cycloconverter dihubungkan dengan beban RL, dapat dilihat bahwa

setiap konverter tyristor pada rangkaian eqivalen pernah bekerja pada fase retifying dan

inverting. Apabila tegangan keluaran dan arus keluaran dari konverter bernilai positip itu

artinya konverter-P bekerja sebagai penyearah. Sedangkan bila tegangan keluaran bernilai

negatif dan arus keluaran bernilai positip itu artinya aliran daya mengalir dari beban ke

sumber, konverter-P bekerja sebagai inverter. Pada fase berikutnya konverter-P akan berhenti

bekerja kemudian konverter-N akan bekerja menggantikan peran konverter-P untukmembentuk fase selanjutnya (arus beban negatif).

Gambar 6 Kondisi kerja konverter-P dan konverter-N saat cycloconverter terhubung dengan

beban RL

MATRIK KONVERTER



Untuk mengubah frekuensi suatu sumber tegangan dapat juga diperoleh melalui dua tahap

berikut, yaitu mengubah sumber AC menjadi DC kemudian diubah lagi menjadi AC

frekuensi tinggi (AC-DC-AC) atau AC-AC-AC, atau biasa disebut DC link dan AC lik.

Untuk menghasilkan tegangan keluaran AC yang memiliki amplituda dan frekuensi yang

bervariasi, biasanya inverter dikendalikan dengan kendali PWM.

Pada prinsipnya AC link dan DC link adalah sama. Yang membedakan hanya, pada AC link,

tegangan bolak-balik sumber dinaikkan menjadi AC frekuensi tinggi terlebih dahulu dengan

menggunkana (rectifier + inverter + transformer frekuensi tinggi), selanjutnya dengan

menggunakan cycloconverter diturunkan lagi frekuensinya sesuai dengan frekuensi yang

diinginkan. Dengan cara ini keterbatasan komponen GTO/IGBT dapat diatasi.

Gambar 6 DC Link Konverter Matrik AC-AC

Sekilas Mengenai Konverter DC-DC

Artikel Pelajaran Elektronika Daya

Sekilas Mengenai Konverter DC-DC (1)


2 September 2011

Power supply atau dalam Bahasa Indonesia lebih dikenal dengan istrilah catu daya berfungsiuntuk menkonversikan satu bentuk sumber listrik ke beberapa beberapa bentuk tegangan dan

arus yang dibutuhkan oleh satu atau lebih beban listrik. Sistem catu-daya modern saat ini

bekerja dalam mode pensaklaran, switching , dan mempunyai efisiensi yang jauh lebih tinggi

dibandingkan dengan sistem catu-daya linier. Salah satu komponen utama dari sistem catu

daya mode pensaklaran adalah konverter DC-DC yang akan penulis bahas pada artikel

berikut ini.



Gambar 1 Catu Daya Linier Sederhana

Secara umum, konverter DC-DC berfungsi untuk mengkonversikan daya listrik searah (DC)

ke bentuk daya listrik DC lainnya yang terkontrol arus, atau tegangan, atau dua-duanya. Ada

lima rangkaian dasar dari konverter DC-DC non-isolasi, yaitu buck, boost, buck-boost, cuk,

dan sepic.

Pada artikel ini akan dibahas paparan dasar mengenai kelima topologi rangkaian konverter

DC-DC ini. Ada banyak perkembangan pesat topologi baru konverter DC-DC dan juga di

bidang teknologi saklar semikonduktor, teknik untuk mengurangi rugi-rugi penyaklaran,

penentuan tapis, dan rangkaian kendalinya.

DASAR TEORI

Konverter DC-DC berlaku seperti halnya trafo/transformer yang mengubah tegangan AC

tertentu ke tegangan AC yang lebih tinggi atau lebih rendah. Tidak ada peningkatan ataupun

pengurangan daya masukan selama pengkonversian bentuk energi listriknya, sehingga secara

ideal persamaan dayanya dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut :

Konverter DC-DC dapat dibagi menjadi 2 kategori besar, yaitu yang terisolasi dan yang tak

terisolasi. Kata ’isolasi’ disini secara sederhana bermakna adanya penggunaan trafo (isolasi

galvanis) antara tegangan masukan dan tegangan keluaran konverter DC-DC. Beberapa

sumber menyebutkan bahwa konverter DC-DC yang tak terisolasi dengan istilah direct

converter, dan konverter yang terisolasi dengan istilah indirect converter.

TOPOLOGI PENURUN TEGANGAN ( BUCK CONVERTER)

Konverter jenis buck merupakan konverter penurun tegangan yang mengkonversikantegangan masukan DC menjadi tegangan DC lainnya yang lebih rendah. Seperti terlihat pada

gambar 2, rangkaian ini terdiri terdiri atas satu saklar aktif (MOSFET), satu saklar pasif

(diode), kapasitor dan induktor sebagai tapis keluarannya.



Gambar 2 Rangkaian konverter DC-DC tipe buck

Untuk tegangan kerja yang rendah, saklar pasif (dioda) sering diganti dengan saklar aktif

(MOSFET) sehingga susut daya pada saklar bisa dikurangi. Apabila menggunakan 2 saklar

aktif, kedua saklar ini akan bekerja secara bergantian, dan hanya ada satu saklar yang

menutup setiap saat. Nilai rata-rata tegangan keluaran konverter sebanding dengan rasioantara waktu penutupan saklar (saklar konduksi/ON) terhadap periode penyaklarannya.

Biasanya nilai faktor daya ini tidak lebih kecil dari 0.2, karena jika dioperasikan pada rasio

tegangan yang lebih tinggi, saklar akan bekerja dibawah keandalannya dan menyebabkan

efisiensi konverter turun. Untuk rasio (Vd/Ed) yang sangat tinggi, biasanya digunakan

konverter DC-DC yang terisolasi atau topologi yang dilengkapi dengan trafo.

Tegangan rata-rata buck converter

Persamaan tegangan buck converter

Analisis riak arus keluaran diperlukan untuk bisa mendesain tapis atau filter keluaran

konverter DC-DC.Dari persamaan di bawah ini, terlihat bahwa untuk mendapatkan riak arus



keluran konverter buck yang kecil , diperlukan tapis induktor (L) yang nilainya akan semakin

kecil dengan meningkatkan frekuensi penyaklaran. Riak arus keluaran konverter DC-DC

akan bernilai maksimum apabila konverter bekerja pada duty cycle (d) = 0,5.

Analisis riak arus buck

Gambar dibawah ini adalah kondisi arus yang mengalir di tapis induktor pada saat konverter

DC-DC bekerja pada kondisi kritis. Yang dimaksud dengan kondisi kritis disini adalah

kondisi dimana arus di induktor mengalir ke beban sampai tepat bernilai nol pada saat saklar

OFF, atau induktor bekerja sebagai sumber arus. Dari gambar terlihat bahwa arus yang

mengalir di induktor sebanding dengan nilai dari riak arus keluaran. Pada kondisi ini, dari

gambar terlihat bahwa nilai riak arus keluran rata-rata sebanding dengan 1/2 riak arus puncak

ke puncak yang dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

Penyaklaran pada kondisi kritis



Bentuk gelombang kondisi diskontinu

TOPOLOGI PENAIK TEGANGAN ( BOOST CONVERTER)

Konverter boost berfungsi untuk menghasilkan tegangan keluaran yang lebih t inggi

dibanding tegangan masukannya, atau biasa disebut dengan konverter penaik tegangan.

Konverter ini banyak dimanfaatkan untuk aplikasi pembangkit listrik tenaga surya dan turbin

angin.

Skema konverter jenis ini dapat dilihat pada gambar 3 dan gambar 4, dimana komponen

utamanya terdiri atas MOSFET, dioda, induktor, dan kapasitor. Jika saklar MOSFET pada

kondisi tertutup, arus akan mengalir ke induktor sehingga menyebabkan energi yang

tersimpan di induktor naik. Saat saklar MOSFET terbuka, arus induktor ini akan mengalir

menuju beban melewati dioda sehingga energi yang tersimpan di induktor akan turun. Rasio

antara tegangan keluaran dan tegangan masukan konverter sebanding dengan rasioantara periode penyaklaran dan waktu pembukaan saklar. Keunggulan dari

konverter boost adalah mampu menghasilkan arus masukan yang kontiniu.



Gambar 3 Rangkaian konverter DC-DC tipe boost

Karena arus masukan konverter dapat dijaga kontinu, pada saat konverter ini diserikan

dengan penyearah dioda, konverter ini tidak menimbulkan harmonisa pada arus sumber

penyearah dioda. Atau dengan kata lain, arus sumber mempunyai bentuk gelombang

mendekati sinusoidal dengan faktor daya sama dengan satu.

Gambar 4 Rangkaian konverter DC-DC tipe boost + penyearah dioda (faktor daya satu)

Persamaan umum boost

Persamaan riak arus boost



Efek Parasitik Komponen

TOPOLOGI PENURUN-PENAIK TEGANGAN ( BUCK-BOOST CONVERTER)

Konverter buck-boost dapat menghasilkan tegangan keluaran yang lebih rendah atau lebih

tinggi daripada sumbernya. Skema konverter ini dapat dilihat pada gambar 4. Rangkaian

kontrol daya penyaklaran akan memberikan sinyal kepada MOSFET. Jika MOSFET OFF

maka arus akan mengalir ke induktor, energi yang tersimpan di induktor akan naik. Saatsaklar MOSFET ON energi di induktor akan turun dan arus mengalir menuju beban. Dengan

cara seperti ini, nilai rata-rata tegangan keluaran akan sesuai dengan rasio antara waktu

pembukaan dan waktu penutupan saklar. Hal inilah yang membuat topologi ini bisa

menghasilkan nilai rata-rata tegangan keluaran/beban bisa lebih tinggi maupun lebih rendah

daripada tegangan sumbernya.



Gambar 5 Rangkaian konverter DC-DC tipe buck-boost

Persamaan umum dan persamaan riak arus keluaran buck boost

Masalah utama dari konverter buck-boost adalah membutuhkan tapis induktor dan kapasitor

yang besar di kedua sisi masukan dan keluaran konverter, karena konverter dengan topologi

seperti ini menghasilkan riak arus yang sangat tinggi. Adapun yang perlu diperhatikan juga

disini adalah tegangan keluaran konverter buck-boost bernilai negatif atau berkebalikan

dengan sumber tegangan masukan.

TOPOLOGI CUK

Seperti halnya tipe buck-boost , konverter DC-DC topologi ini juga dapat menghasilkan

tegangan keluaran yang lebih kecil ataupun lebih besar daripada sumber tegangan. Dengan

tambahan induktor dan kapasitor pada sisi masukan, membuat topologi ini menghasilkan riak

arus yang lebih kecil daripada topologi buck-boost.

Gambar 6 Konverter DC-DC tipe cuk



TOPOLOGI SEPIC

Konverter topologi ini adalah perbaikan dari topologi konverter DC-DC tipe cuk. Konverter

topologi ini memungkinkan untuk menghasilkan tegangan keluaran yang berpolaritas sama

dengan sumber tegangan masukan.

Gambar 7 Konverter DC-DC tipe SEPIC

e-book kompilasi_kincir angin

Documents