pembuatan buku ini didukung oleh kedutaan besar …psflibrary.org/catalog/repository/training manual...

Pembuatan buku ini didukung oleh Kedutaan Besar Denmark di Jakarta

Tentang PNPM MandiriProgram Nasional Pemberdayaan Masyarakat (PNPM) Mandiri merupakan program nasional yang mengharmonisasikan program-program pemberdayaan masyarakat yang telah dilaksanakan oleh berbagai departemen dan kementrian seperti PPK (Program Pengembangan Kecamatan) dan P2KP (Program Pengentasan Kemiskinan Perkotaan) yang telah berlangsung sejak 1998.

PNPM Mandiri diluncurkan pemerintah pada 30 April 2007 di Palu, Sulawesi Tengah dan akan dilaksanakan hingga tahun 2015, sejalan dengan target pencapaian MDGs. Diharapkan, dalam rentang waktu 2007 – 2015, modal kemandirian masyarakat telah terbentuk sehingga keberlanjutan program dapat terwujud.

Tujuan PNPM Mandiri adalah meningkatkan kesejahteraan dan meningkatkan kesempatan kerja masyarakat miskin secara mandiri. Masyarakat diberikan dana stimulan dan mereka berkesempatan untuk mengidentifikasi persoalan kemiskinan mereka dan mencari jalan keluarnya dengan, merencanakan, dan melaksanakan kegiatan pembangunan yang mereka nilai perlu. Dalam upaya memecahkan berbagai persoalan tersebut, masyarakat juga diajak untuk memanfaatkan potensi ekonomi dan sosial yang mereka miliki melalui proses pembangunan secara mandiri.

DANIDAMBASSY OF ENMARKE D

INTERNATIONAL

DEVELOPMENT COOPERATION

MANUAL PELATIHANTeknologi Energi Terbarukan

Yang Tepat Untuk Aplikasi Di Masyarakat Perdesaan

PERNYATAAN (DISCLAIMER)

Buku Manual ini dipublikasikan oleh PNPM Support Facility (PSF) yang dipersiapkan melalui Program PNPM Lingkungan Mandiri Perdesaan, dengan dukungan dana dari Pemerintah Denmark. Dipersilahkan memperbanyak seluruh atau sebagian buku ini sepanjang dipergunakan untuk keperluan pelatihan dan peningkatan kesadaran. Kami amat menghargai jika Anda mencantumkan judul dan penerbit buku ini sebagai sumber.

PSF tidak bertanggung jawab atas data dan informasi yang terdapat dalam publikasi ini, atau dengan ketidaksesuaian dalam penerapan dari data dan informasi yang terdapat dalam Buku Manual ini.

Pendapat, angka dan perhitungan yang terkandung dalam Buku Manual ini adalah tanggung jawab penyusun dan tidak harus mencerminkan pandangan dari Pemerintah Indonesia, Pemerintah Denmark, maupun Bank Dunia.

4

PENDAHULUAN

UCAPAN TERIMAKASIH

Penyusun mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam pembuatan Manual Pelatihan berjudul ‘Teknologi Energi Terbarukan Yang Tepat Untuk Aplikasi Di Masyarakat Perdesaan’ ini. Manual Pelatihan ini disusun dan didisain untuk digunakan dalam pelatihan yang akan dilaksanakan oleh PNPM Mandiri Perdesaan (PNPM-MP)/ PNPM Lingkungan Mandiri Perdesaan (PNPM –LMP) - atau lebih dikenal dengan sebutan PNPM Rural/Green, diberbagai wilayah kerja PNPM MP/LMP di Sumatera dan Sulawesi.

Ucapan terimakasih disampaikan kepada Danida yang telah mensponsori pembuatan Buku Training Manual ini. Demikian juga kepada Mr. Per Rasmussen, Danida Senior Adviser, atas saran dan bimbingan beliau yang sangat bermanfaat dalam menyusun Manual ini.

Terimakasih yang sebesar-besarnya juga disampaikan kepada berbagai pihak yang telah memberi informasi, gagasan dan masukan baik tertulis dan tidak tertulis sesuai kepakaran masing-masing. Mereka antara lain adalah:

1. Vetri Nurliyanti : peneliti bidang energi surya

2. Sahat Pakpahan: peneliti dan tenaga ahli bidang energi angin

3. Bono Pranoto: peneliti bidang energi biomassa

4. Marlina Pandin: peneliti bidang energi angin

5. Yose Rizal: peneliti bidang mikrohidro

Adapun Modul Mikrohidro atau Modul 5 dari Buku Manual ini disusun berdasarkan materi yang diperoleh dari GTZ Technical Support Unit (TSU) for Micro Hydro Power. Untuk itu Penyusun mengucapkan terimakasih kepada TSU atas materi yang diberikan tersebut sehingga Modul 5 dapat disusun sesuai dengan format yang digunakan dalam buku Manual ini.

Semoga Manual ini dapat bermanfaat sebagai buku pegangan bagi para Koordinator / Fasilitator Program PNPM – MP/LMP dalam menjalankan tugas dan tanggung jawabnya untuk meningkatkan pemanfaatan Energi Terbarukan sebagai sumber energi alternatif yang sekaligus berdampak positif terhadap pemeliharaan lingkungan di wilayah kerja masing-masing.

Jakarta, Januari 2011

Penyusun

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

5

PE

ND

AH

ULU

AN

1.1 TUJUAN1.2 KONSEP DASAR ENERGI• Pengertian Energi• Jenis Energi• Sumber Energi• Energi dan Daya• Satuan Energi• Kandungan energi dari bahan bakar • Pemanfaatan dan Penyediaan Energi• Menghitung konsumsi atau produksi energi1.3 TENTANG ENERGI TERBARUKAN• Pentingnya pengembangan energi terbarukan• Potensi dan Pemanfaatan Energi Terbarukan di Indonesia• Pengembangan Teknologi Energi terbarukan• Kendala dalam pemanfaatan energi terbarukan (ET)• Kebijakan dan peraturan terkait dengan pengembangan energi terbarukan• Program Elektrifikasi Pedesaan1.4 JENIS TEKNOLOGI ENERGI TERBARUKAN• Teknologi Energi Surya• Teknologi Energi Angin• Teknologi Energi Biomassa• Mikrohidro1.5. PENERAPAN TEKNOLOGI ENERGI TERBARUKAN UNTUK MASYARAKAT PERDESAAN1.6 RINGKASAN1.7 REFERENSI UTAMA1.8 EVALUASI KEMAMPUAN

2.1 TUJUAN2.2 PENGENALAN ENERGI SURYA• Gambaran Umum • Pengukuran Radiasi Surya • Pemanfaatan Energi Surya• Kelebihan Dan Kekurangan2.3 FOTOVOLTAIK (PV)• Prinsip Kerja PV• Komponen Sistem PV • Pemanfaatan Teknologi PV• Perancangan Sistem PV• Instalasi Sistem PV• Pengoperasian dan Perawatan Sistem PV • Aplikasi PV di Indonesia (Studi Kasus) 2.4 SURYA TERMAL• Kolektor Surya• Pemanfaatan Teknologi Surya Termal2.5. PENGERING TENAGA SURYA• Penyuling Air Tenaga Surya / Destilasi Surya• Contoh Kasus Aplikasi Surya Termal di Indonesia2.6 RINGKASAN2.7 REFERENSI UTAMA2.8. EVALUASI KEMAMPUAN

MODUL

1PENGANTAR ET

MODUL

2ENERGI SURYA

HALAMAN

45

HALAMAN

15

DAFTAR ISI

6

PENDAHULUAN

MODUL

3ENERGI ANGIN

HALAMAN

81

3.1. TUJUAN3.2. PENGENALAN TEKNOLOGI ENERGI ANGIN• Pengertian Umum• Pengukuran Data Angin• Pengolahan Data Angin dan Evaluasi• Potensi Energi Angin di Indonesia• Keuntungan dan Kekurangan Energi Angin Sebagai sumber energi 3.3. TURBIN ANGIN• Prinsip dasar turbin angin• Komponen turbin angin dan fungsi• Seleksi,rancangan dan perhitungan energi turbin angin • Pengoperasian dan Pemeliharaan Sistem• Biaya investasi, pengoperasian dan pemeliharaan• Pemilihan dan aplikasi turbin angin di Indonesia3.4.PEMANFAATAN ENERGI ANGINA. Sistem Pemompaan Tenaga Angin• Prinsip dasar Sistem Pemompaan• Tipe dan komponen Sistem Pemompaan Tenaga Angin • Seleksi, rancangan dan perhitungan• Pengoperasian dan pemeliharaan sistem• Biaya investasi, operasi dan pemeliharaan• Pemilihan dan pemakaian di Indonesia B. Kincir Angin• Prinsip Dasar• Tipe dan komponen• Pemilihan,rancangan dan perhitungan• Operasi dan pemeliharaan sistem• Biaya investasi, operasi dan pemeliharaan• Pemilihan dan aplikasi kincir angin untuk Indonesia3.5. RINGKASAN 3.6. REFERENSI UTAMA3.7. EVALUASI KEMAMPUAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

7

PE

ND

AH

ULU

AN

4.1. TUJUAN4.2. PENGENALAN ENERGI BIOMASSA• Bahan Baku Biomassa• Potensi Energi Biomassa di Indonesia• Klasifikasi Biomassa sebagai Bioenergi4.3.BIOGAS• Pengenalan Biogas• Bahan Baku Biogas• Tahapan Pembentukan Biogas• Proses Pembuatan Biogas• Peralatan Produksi Biogas• Estimasi Penentuan Kapasitas• Biaya Investasi, Operasional dan Perawatan• Contoh Aplikasi Biogas di Indonesia4.4.BIOETANOL• Pengenalan Bioetanol• Bahan Baku Bioetanol• Proses Pembuatan Bioetanol• Peralatan Produksi Bioetanol• Estimasi Kapasitas Produksi• Biaya Investasi, Operasional dan Perawatan• Contoh aplikasi Bioetanol di Indonesia4.5.BRIKET DAN KOMPOR BIOMASSAA. Briket Arang• Bahan Baku Briket• Proses pembuatan briket bioarang• Peralatan Produksi Briket ArangB. Kompor Biomassa• Prinsip pembuatan Kompor Biomassa • Membuat Kompor SekamC. Biaya Investasi, Operasional dan Perawatan• Briket Arang• Kompor sekamD. Contoh aplikasi Briket Arang dan Kompor Sekam di Indonesia.• Aplikasi Briket Arang• Aplikasi kompor sekam4.6.GASIFIKASI BIOMASSA• Pengenalan Gasifikasi Biomassa• Bahan Bakar Gasifikasi• Proses Gasifikasi• Peralatan Gasifikasi• Estimasi Penghitungan Kapasitas Gasifier• Biaya Investasi, Operasional dan Perawatan• Contoh Aplikasi Gasifikasi Biomasa4.7. RINGKASAN4.8.REFERENSI UTAMA4.9. EVALUASI KEMAMPUAN

MODUL

4ENERGI BIOMASSA

HALAMAN

125

8

PENDAHULUAN

MODUL

5MIKROHIDRO

HALAMAN

175

5.1 TUJUAN5.2 PENGENALAN TEKNOLOGI MIKROHIDRO• Pengertian Umum. Keunggulan dan kekurangan PLTMH• Potensi dan pemanfaatan tenaga air. Klasifikasi pembangkit listrik

tenaga air• Dasar-dasar teknologi MHP : tinggi jatuh & debit air, energi

potensial & kinetik, potensi energi air, output daya listrik• Komponen-komponen dasar dan konfigurasi lokasi PLTMH : sistem

utama, komponen dasar, konfigurasi lokasi, prinsip dasar pemilihan lokasi

• Relevansi PLTMH dalam konteks listrik pedesaan dan pengentasan kemiskinan

5.3 STUDI KELAYAKAN PROYEK DAN PENILAIAN AWAL • Tahap persiapan proyek : kriteria dasar, karakteristik umum proyek,

tingkatan penilaian, penilaian awal• Investigasi dan penilaian lapangan : penilaian teknis dan kondisi

sosial-ekonomi5.4 BANGUNAN SIPIL• Aliran pipa : Aliran mantap dan tidak mantap, pemilihan diameter

penstock ekonomis, aliran permukaan bebas, rumus Manning-Strickler

• Struktur pembawa : desain struktur pembawa (bilangan Froud, terowongan dan aqueduct)

• Struktur intake : tipe-tipe struktur intake• Bak pengendap : penjebak sedimen• Forebay• Layout rumah pembangkit pada umumnya5.5 SISTEM ELEKTRIKAL• Generator AC : generator sinkron dan asinkron, perbandingan,

pemilihan jenis generator dan power output• Sistem control : Flow control dan Load control• Sistem transmisi dan distribusi : underground atau overhead,

tegangan tinggi atau tegangan rendah5.6 APLIKASI TURBIN• Turbin : Pelton, Cross flow, Propeller open flume, PAT5.7 IMPLEMENTASI, OPERASI, DAN PERAWATAN PLTMH • Tender dan kontrak• Pembuatan peralatan elektro-mekanik• Manajemen konstruksi di lapangan : partisipasi masyarakat• Instalasi dan komisioning• Operasi dan perawatan : operasi pembangkit dan perawatan• Manajemen dan pengelolaan PLTMH : organisasi, pengelola, dan

keuangan

5.8 RINGKASAN5.9 REFERENSI UTAMA5.10 EVALUASI KEMAMPUAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

9

PE

ND

AH

ULU

AN

DAFTAR SINGKATAN / Abbreviations

A Ampere AC Alternating CurrentAFR Air Fuel RatioAh Ampere hoursAkWh Annual kilo Watt hourAPBD Anggaran Pendapatan dan Belanja DaerahBAKOSURTANAL Badan Koordinasi Survei dan Pemetaan NasionalBBM Bahan Bakar Minyak (fosil based fuel) BBN Bahan Bakar NabatiBCU Battery Control Unit BPPT Badan Pengkajian dan Penerapan TeknologiBPS Biro Pusat Statistik (Central Bureau of Statistics)C CarbonCF Capacity FactorCFL Compact Fluorescent Lamp CSO Community Service OrganisationCSP Concentrator Solar PowerDanida Danish International Development AssistanceDC Direct CurrentDEPTAN Departemen PertanianDESDM Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral DILC Distributed Intelligent Load Controller Distamben Dinas Pertambangan dan EnergiDJLPE Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi

(Directorate General of Electricity and Energy Utilization)

DJEBTKE Direktorat Jendral Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi

ELC Electronic Load Controller EPC Equipment Procurement and ConstructionEPF Energy Pattern FactorET Energi TebarukanESDM Energi dan Sumber Daya MineralFDC Flow Duration CurveFPE Faktor Pola EnergiFR Fuel RatioFS Feasibility Study GJ Giga Joule

10

PENDAHULUAN Green PNPM Green Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat (PNPM Lingkungan)

GW Giga WattGWh Giga Watt hourH HydrogenH head of a hydropower plant HAWT Horizontal Axis Wind TurbineHg Gross Head of a Hydropower Plant HHV High Heat ValueHn Net Head of a Hydropower Plant Hz hertz (dimensi untuk frekuensi) IGC Induction Generator Controller IMAG Induction Motor as GeneratorJ JoulekCal kilo kaloriKepMen Keputusan Menteri (Ministerial Decree)KEPPRES Keputusan Presiden (Presidential Decree)KESDM Kementerian Energi dan Sumber Daya MineralKOMSEKAR Kompor Sekam SegarKSU Koperasi Serba UsahakW kilo Watt kWh kilo Watt hourLAPAN Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional

(Institute for Aeronautics and Space)LHV Low Heat ValueLMP Lingkungan Mandiri PerdesaanLSM Lembaga Swadaya Masyarakatm MeterMAD mean annual dischargeMHP Mini/Micro hydro powerMP Mandiri PerdesaanMW Mega WattN NitrogenNACA National Advisory Committee for AeronauticsNGO Non-Governmental Organization (lihat LSM)O OksigenOM Operation and MaintenanceP PowerP3TKEBT Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi

Ketenagalistrikan dan Energi Baru Terbarukan, Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral

PDAM Perusahaan Daerah Air Minum

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

11

PE

ND

AH

ULU

AN

Pemda Pemerintah Daerah Perda Peraturan DaerahPerpres Peraturan PresidenPLN Perusahaan Listrik Negara PLTA Pembangkit Listrik Tenaga AirPLTD Pembangkit Listrik Tenaga DieselPLTGU Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap PLTMH Pembangkit Listrik Tenaga Mikro HidroPLTS Pembangkit Listrik Tenaga SuryaPLTU Pembangkit Listrik Tenaga Uap PNPM Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat (National

Program for Community Empowerment)PP Peraturan PemerintahPPn Pajak Pertambahan NilaiPSI Pounds per Square Inch PT Perseroan TerbatasPusdatin ESDM Pusat Data dan Informasi, Energi dan Sumber Daya

Mineral PV Fotovoltaik, PhotovoltaicsPVC Poly Vinyl ChlorideQ flow rate (discharge)RE Renewable EnergyRESP Renewable Energy Service ProvidersRPM Rotations per Minute SHS Solar Home SystemSKEA Sistem Konversi Energi Angin (Wind Energy Conversion

System, see WECS)SP Service ProvidersSPTA Sistem Pemompaan Tenaga AnginTM Tegangan Menengah TR Tegangan Rendah UU Undang-undang V Volt VAWT Vertical Axis Wind TurbineW Watt WECS Wind Energy Conversion SystemWED Wind Energy DensityWEPS Wind Energy Pumping SystemsWh Watt hoursWMO World Meteorological OrganizationWp Watt peakWPD Wind Power Density

12

PENDAHULUANPengenalan Manual

Manual Pelatihan ‘Teknologi Energi Terbarukan Yang Tepat Guna Untuk Aplikasi Di Masyarakat Perdesaan’ ini merupakan buku pedoman utama yang digunakan dalam pelatihan yang akan dilaksanakan oleh PNPM Mandiri Perdesaan (PNPM-MP) / PNPM Lingkungan Mandiri Perdesaan (PNPM –LMP) - atau lebih dikenal dengan sebutan PNPM Rural/Green, diberbagai wilayah kerja PNPM MP/LMP. Pelatihan ini dilaksanakan dalam rangka penguatan kapasitas dalam aplikasi energi terbarukan bagi masyarakat pedesaan, dengan menguraikan konsep, prinsip dasar, dan dasar perancangan teknologi energi terbarukan, khususnya jenis energi surya, angin, biomassa, dan mikrohidro. Manual ini selanjutnya digunakan dalam pelatihan fasilitator PNPM-MP/LMP dan staf lapangan LSM yang bekerja di wilayah kerja PNPM.

Tujuan Pembuatan Manual

Manual pelatihan ini disusun untuk digunakan dalam jangka waktu pelatihan (3 -5 hari) untuk Fasilitator (PNPM MP/LMP) dan staf peningkatan kapasitas CSO. Manual bertujuan untuk memberikan informasi teknis tentang teknologi Energi Terbarukan yang relevan dan sesuai untuk pelatihan fasilitator PNPM dan pekerja lapangan di perdesaan, sehingga meningkatkan kemampuan mereka dalam memberikan saran, bimbingan dan pembelajaran kepada masyarakat perdesaan target dalam rangka pelaksanaan tugas program PNPM.

Manual Pelatihan ini terdiri dari lima modul pelatihan yang terpisah sesuai dengan topik yang dibahas. Isi Manual pelatihan disesuaikan dengan target peserta pelatihan yang yang semuanya memiliki gelar sarjana dari berbagai disiplin ilmu, termasuk biologi, pertanian, kehutanan, teknik sipil, ilmu sosial, dan ekonomi. Manual diharapkan dapat memberikan gambaran dan presentasi dari berbagai jenis pilihan energi terbarukan yang tersedia dan relevan, dan berbagai teknologi yang tersedia untuk aplikasi di perdesaan setempat.

Referensi dan isi manual disesuaikan dengan kondisi Indonesia, termasuk keberadaan penyedia jasa energi terbarukan, teknologi, produk, pengalaman di lapangan, implikasi biaya, pemeliharaan teknologi yang diperlukan, kapasitas kebutuhan bangunan, dan lain-lain. Manual Pelatihan juga mencakup pertanyaan-pertanyaan untuk menguji pengetahuan yang diperoleh dan memperdalam pemahaman terhadap teknologi Energi Terbarukan. Untuk setiap modul, Manual Pelatihan menyampaikan saran untuk bacaan lebih lanjut oleh peserta pelatihan, termasuk informasi daftar link berbagai situs web yang relevan dan bermanfaat.

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

13

PE

ND

AH

ULU

AN

Peserta Kursus PelatihanPedoman ini dirancang untuk kelompok target peserta yang bekerja sama dengan masyarakat dalam kerangka PNPM Green/Lingkungan dan PNPM Perdesaan yang standar. Para peserta mencakup Fasilitator (PNPM Perdesaan dan Lingkungan) dan perluasan kapasitas OMS dan staf peningkatan kapasitas, dan harus memberikan informasi teknis tentang teknologi Energi Terbarukan yang relevan dan sesuai untuk pelatihan fasilitator PNPM dan staf lapangan perdesaan, untuk memungkinkan mereka untuk memberikan saran dan bimbingan dalam pekerjaan sehari-hari mereka dengan masyarakat sasaran.

Organisasi Modul

Panduan ini terdiri dari lima modul pelatihan sesuai dengan topik yang dibahas. Setiap modul berisi tujuan pelatihan, materi pelatihan sesuai dengan topik spesifik dari jenis energi terbarukan, dan penerapan teknologi tersebut (studi kasus). Setiap modul juga berisi ringkasan, daftar referensi utama atau referensi lainnya, evaluasi kemampuan yang diberikan pada akhir setiap Modul. Ringkasan tersebut juga dapat digunakan sebagai checklist oleh instruktur untuk memeriksa bahwa semua isi dari Modul telah lengkap dimasukkan. Referensi utama menunjukkan detail sumber informasi dari topik yang disajikan Modul.

MODUL 1 memperkenalkan konsep dasar dan prinsip-prinsip pada teknologi energi terbarukan serta kebijakan dan program-program yang berkaitan dengan energi terbarukan di Indonesia.

MODUL 2 menjelaskan prinsip-prinsip dasar teknologi energi surya dan mengelaborasi berbagai aplikasi teknologi energi surya di Indonesia termasuk penerapan surya fotovoltaik (PV) dan solar thermal.

MODUL 3 menjelaskan prinsip-prinsip dasar teknologi energi angin dan mengelaborasi berbagai aplikasi teknologi energi angin di Indonesia termasuk penerapan turbin angin dan beberapa pemanfaatan langsung energi angin seperti penyediaan listrik, pompa angin dan kincir angin.

MODUL 4 menguraikan berbagai sumber bahan baku biomassa yang potensial yang dapat diproses untuk menghasilkan energi terbarukan melalui aplikasi teknologi energi biomassa yang tepat guna seperti biogas, pengolahan bioetanol, pengolahan biomassa padat, kompor berbahan bakar biomassa padat (briket, dll) dan gasifikasi biomassa.

MODUL 5 menjelaskan prinsip-prinsip dasar teknologi energi air dan mengelaborasi aplikasi teknologi energi air sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro mencakup bangunan sipil, sistem elektrikal, dan turbin air. Modul 5 ini disusun berdasarkan materi yang diberikan oleh GTZ Technical Support Unit (TSU) for Micro Hydro Power.

14

PENDAHULUAN

Petunjuk Penggunaan Modul

• Sebelum mempelajari Modul ini, peserta program pelatihan disarankanmempelajaridaftar isiModul,danringkasanyangadapadasetiapModuluntukmempermudah pemahaman dalam proses pembelajaran pada saat programpelatihanberlangsung.

• Sebelum mengikuti program pelatihan, disarankan peserta menggali informasimengenai potensi energi terbarukan di wilayah kerja masing-masing melaluiberbagai akses informasi dan komunikasi secara optimal sesuai dengankemampuan.

• Mengikuti pelatihan dengan seksama dengan memperhatikan langkah-langkahpenjelasandalamsetiapModul(Modul2sampaidenganModul5),sehinggadapatmempermudahprosespenerapandandiseminasipengetahuantentangteknologienergiterbarukankepadatargetmasyarakatPNPMdilapangan.

• Menjawab soal latihan dalammodul dengan jawaban yang singkat, tepat, danmengerjakannyasebaikmungkinsesuaidengankemampuanmasing-masing.

• Bila dalam mengerjakan tugas/soal menemukan kesulitan, peserta dapatmengkonsultasikandenganinstruktur/pelatih.

• Setiapmenemukankesulitan,catatlahuntukdibahaspadasesidiskusidantanyajawab.

• Setelah mengikuti pelatihan, peserta diminta tetap memanfaatkan ManualPelatihan danmempelajarinya lebih jauh khususnya untuk jenis teknologi yangakanditerapkandimasyarakat.

MODUL

1PENGENALAN

PENGANTARENERGI TERBARUKAN

16

MODUL

1PENGANTAR ET

Modul Pelatihan Energi Terbarukan

1.1. TujuanSetelah mempelajari Modul ini, peserta diharapkan:• Memiliki pemahaman yang baik tentang konsep

dasar energi, misalnya : satuan energi, kandungan energi bahan bakar, penggunaan energi dan penyediaan energi

• Memahami definisi dan terminologi yang penting yang berkaitan dengan energi terbarukan

• Mengerti pentingnya pengembangan energi terbarukan di Indonesia

• Mengetahui kebijakan energi terbarukan dan program energi terbarukan di Indonesia

• Mengenal beberapa aplikasi teknologi energi terbarukan bagi masyarakat pedesaan di Indonesia

1.2. Konsep dasar energi

• Pengertian Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan pekerjaan. Energi adalah daya yang dapat digunakan untuk melakukan berbagai proses kegiatan meliputi listrik, energi mekanik dan panas. Sumber energi adalah sebagian dari sumber daya alam antara lain berupa minyak dan gas bumi, batubara, air, panas bumi, gambut, biomasa dan sebagainya, baik secara langsung maupun tidak langsung dapat dimanfaatkan sebagai energi.

• Jenis Energi

Secara umum jenis energi dapat dibedakan dalam enam kategori yakni: a. Energi mekanik, b. Energi listrik; c. Energi elektromagnetik; d. Energi kimia; e. Energi nuklir; f. Energi panas.

Energi listrik merupakan energi yang sangat mudah terpakai karena dapat dikonversi menjadi bentuk energi lain dengan mudah dan efisien. Energi listrik merupakan energi yang luas penggunannya, keuntungannya mudah dalam pengaturan dan penyebaran (distribusi) secara simultan dan tidak terputus-putus. Energi elektromagnetik berkaitan dengan radiasi elektromagnetik, termasuk radiasi ultraviolet dan sinar infra merah. Energi thermal merupakan bentuk energi dasar yang mana semua jenis energi dapat dikonversikan menjadi energi panas.

MODUL PENGANTAR ENERGI TERBARUKAN

1.2. KON

SEP DASAR ENERG

I

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET

17Pengantar Energi Terbarukan

Menurut bentuknya energi dapat dikelompokkan menjadi energi padat, cair dan gas. Dari aspek teknologi, energi dikelompokkan menjadi energi konvensional (teknologi energi yang biasa digunakan masyarakat) dan energi non-konvensional (teknologi energi yang belum biasa digunakan masyarakat).

Dilihat dari segi ekonomi, energi dapat dikelompokkan menJadi energi komersial (minyak, listrik, gas, batubara, dan lain-lain) dan energi nonkomersial (kayu, arang, sampah, jerami, dan lain-lain).

Ditinjau dari sudut penyediaannya, energi dapat dikelompokkan menjadi energi baru dan terbarukan (renewable) dan energi non-renewable yang habis pakai, seperti minyak, gas dan batu bara.

• Sumber Energi

Sumber energi dari bumi dapat dikelompokkan dalam jenis energi terbarukan (renewable energy) dan energi fosil (non-renewable atau depleted energy) seperti minyak bumi, batu bara dan gas alam. Energi terbarukan adalah sumber energi yang dihasilkan dari sumberdaya energi yang secara alamiah tidak akan habis dan dapat berkelanjutan jika dikelola dengan baik, antara lain: energi panas bumi, energi matahari, biofuel, aliran air sungai, panas surya, angin, biomassa, biogas, ombak laut, dan suhu kedalaman laut.

• Energi dan Daya

Energi dan daya adalah dua konsep utama dalam sektor energi terbarukan. Standar internasional satuan energi adalah Joule. Simbol untuk joule adalah J. Daya adalah suatu tingkat / laju di mana energi diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, yakni tingkat dimana pekerjaan dilakukan. Misalnya, turbin angin mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik (listrik). Semakin kuat daya turbin angin akan menghasilkan energi listrik yang lebih besar. Satuan daya adalah watt (simbol W). Satu watt nilainya sama dengan satu joule per detik. Dengan kata lain, daya 1 Watt menunjukkan pekerjaan yang dilakukan, yaitu energi yang sedang dikonversi, dengan nilai satu joule per detik. Sebagai contoh, sebuah bola lampu listrik 25 watt mengubah energi listrik menjadi cahaya dan panas pada tingkat 25 joule per detik. Contoh lain, sebuah mesin sepeda motor memiliki output daya maksimum sebesar 45.000 watt (atau sama dengan 45 “kW”) menggunakan energi kimia (dalam bentuk bensin) untuk memproduksi hingga 45.000 joule per detik energi kinetik di roda belakang. Kapasitas adalah istilah lain untuk daya yang sering digunakan untuk menyatakan besarnya daya peralatan energi terbarukan.

18

MODUL

1PENGANTAR ET


• Satuan Energi

Standar internasional satuan energi adalah Joule atau kilo kalori (kCal), tapi besaran satu joule adalah jumlah energi yang sangat kecil (contoh satu batang coklat mengandung sekitar 1.000.000 joule energi). Oleh karena itu, umumnya satuan kilowatt jam (kWh) lebih sering digunakan dalam bidang energi terbarukan, karena kWh adalah satuan yang lebih besar energi dari joule (1 kWh = 3.6 juta joule). Disamping itu, pengertian kWh dapat digunakan dalam kegiatan pemakaian energi ataupun peralatan yang menghasilkan energi. Salah satu contoh adalah tagihan pemakaian listrik dinyatakan dalam kWh.

Setiap bentuk energi memiliki nilai panas, atau nilai energi sendiri, dan masing-masing bentuk energi tersebut juga diukur menurut volume ataupun menurut berat. Minyak bumi biasanya diukur dengan barel, gas bumi dengan meter kubik, batu bara dengan satuan berat kg, energi listrik dengan kWh. Beberapa satuan energi yang umum digunakan dapat dilihat pada Tabel 1.

• Kandungan energi dari bahan bakar (Nilai Kalori)

Nilai kalori atau kandungan energi dari bahan bakar sering dinyatakan dengan menggunakan kWh. Satuan joule digunakan sebagai satuan energi untuk bahan bakar sebelum diubah menjadi panas atau listrik, dan kWh yang digunakan sebagai unit energi untuk panas atau listrik yang dihasilkan. Nilai kalor beberapa jenis bahan bakar dapat dilihat pada Tabel 2.

• Pemanfaatan dan Penyediaan Energi

Pemanfaatan energi adalah kegiatan menggunakan energi, baik langsung maupun tidak langsung dari sumber energi. Penyediaan energi adalah kegiatan atau proses menyediakan energi, baik yang berasal dari dalam maupun luar negeri. Kebijakan pokok yang diterapkan Pemerintah dalam kaitannya dengan pemanfaatan dan penyediaan energi meliputi :

■ Penyediaan : Jaminan ketersediaan pasokan energi domestik; optimasi produksi energi; perwujudan konversi energi.

■ Penggunaan Energi : Efisiensi energi; diversifikasi energi.

■ Penetapan kebijakan harga energi yang disesuaikan terhadap harga ekonomis dengan pertimbangan kemampuan dari perusahaan kecil dan membantu yang miskin dalam jangka waktu tertentu.

■ Perlindungan lingkungan dengan penerapan prinsip pengembangan yang berkelanjutan.

1.2. KON

SEP DASAR ENERG

I

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


Tabel 1. Satuan energiSatuan Setara dengan1 Btu = 1055.6 Joules (J)1 MJ = 106 J1 GJ = 109 J1 TJ = 1012 J1 PJ = 1015 J29.0 PJ Setara 1 juta ton batubara41.868 PJ Setara 1 juta ton minyak3.60 MJ 1 kilowatt-hour (kWh)1 PJ gas alam Setara dengan 172,000 barel minyak1 ton LPG Setara 8.46 barel minyak1 ton = 1000 Kg1 kilolitre = 6.2898 barel

1 horsepower-hour = 2.684520 MJ

1 kilowatt-hour = 3.6 MJ* = 3,414 Btu (Int)

Tabel 2. Nilai kalor beberapa jenis bahan bakar (energi) Bentuk Jenis bahan bakar Tipe GJ/tonneBahan bakar padat Batu bara bituminous 29.527

sub-bituminous 19.763 Lignit 15.345

Kokas - 27.0Kayu Dry 16.2Bagase 9.6Tanaman biomasa Limbah kapas 18.0

MJ/m3

Bahan bakar gas Gas alam 39.0LPG Propane 93.3LPG butane 124.0Gas kota reformed gas 20.0Gas coke oven 18.1Gas blast furnace 4.0

MJ/litre GJ/tonneBahan bakar cair LPG propane 25.3 49.6

Gasoline penerbangan 33.0 49.6Bensin Otomotif 34.2 46.4Minyak tanah Tenaga penggerak 37.5 46.1Minyak bakar 37.3 46.2Minyak diesel Otomotif 38.6 45.6Minyak diesel Industri 39.6 44.9Minyak bakar high sulphur 40.8 42.9

Listrik Listrik 3.6 MJ/kWh

• Menghitung konsumsi atau produksi energi

Definisi dari satuan kWh ini terkait dengan kegiatan mengkonsumsi energi atau peralatan yang menghasilkan energi. Satu kWh didefinisikan sebagai jumlah energi yang dikonsumsi (atau dihasilkan) oleh satu kilowatt (1.000 W) Alat dalam satu jam. Konsumsi energi atau produksi karena itu berhubungan dengan daya dari generator atau boiler, dapat dihitung dengan:

Konsumsi energi (kWh) = daya(kW) x waktu (hour / jam)

20

MODUL

1PENGANTAR ET


• Pentingnya pengembangan energi terbarukan

Pangsa konsumsi energi akhir di Indonesia didominasi oleh minyak, diikuti oleh gas, batubara dan energi hidro, dan sepertinya impor minyak dan produk petroleum akan meningkat untuk memenuhi meningkatnya permintaan domestik. Dengan pertumbuhan konsumsi yang cepat, diperkirakan bahwa tanpa sumber daya energi yang baru dan upaya efisiensi energi, Indonesia dapat menjadi importir minyak murni dalam waktu dekat. Tabel 3 menunjukkan status potensial dari energi fosil di Indonesia.

Untuk mengurangi pangsa bahan bakar fosil, terutama untuk pembangkit listrik, pemerintah telah berinisiatif untuk meningkatkan penggunaan sumber energi terbarukan. Penggunaan energi terbarukan untuk elektrifikasi pedesaan di Indonesia berpotensi, karena ribuan pulau dari kepulauan membuatnya sulit untuk membangun sistim distribusi listrik yang saling terhubung, baik secara fisik maupun secara finansial. Oleh karena

itu, desentralisasi listrik pedesaan dapat menjadi pilihan terbaik.

• Potensi dan Pemanfaatan Energi Terbarukan di Indonesia

Potensi sumber energi terbarukan di Indonesia meliputi 4,8 KWh/m2/hari energi surya, 458 MW energi mini/mikro hidro, 49.81 GW Biomassa, 3-6 M/detik tenaga angin, dan 3 GW nuklir (cadangan uranium). Indonesia juga memiliki sumber energi hidro yang besar dengan total potensial diperkirakan 75.67 GW (Tabel 4).

Walaupun potensi dari energi terbarukan seperti biomassa, panas bumi, energi surya, energi air, energi angin, dan energi lautan relatif tinggi, namun tidak digunakan secara signifikan, yakni kurang dari 4% pada tahun 2007. Kebijakan energi nasional Indonesia bertujuan untuk mengurangi ketergantungan pada minyak dan gas dan untuk membuat variasi campuran energi dengan meningkatkan pangsa dari sumber energi yang lain

1.3. TENTANG ENERGI TERBARUKAN

Tabel 3 Status Potensial dari Energi Fosil

Jenis Energi Fosil Sumber Daya Cadangan Produksi Rasio Cad/

Prod (tahun)

Minyak 86.9 milyar barel 9.1 juta barel 387 juta barel 23 tahun

Gas 384.7 TSCF 185.8 TSCF 2.95 TSCF 62 tahun

Batubara 58 milyar Ton 19.3 milyar ton 132 juta Ton 146 tahunSumber: DESDM (2007)

1.3. TENTAN

G EN

ERGI TERBARU

KAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


seperti energi terbarukan. Indonesia telah menargetkan untuk memenuhi pangsa dari energi terbarukan sampai dengan 17% pada tahun 2025, seperti yang dinyatakan dalam Cetak Biru Program Penerapan Energi Nasional 2007-2025 (ESDM, 2007).

• Pengembangan Teknologi Energi terbarukan

Teknologi energi terbarukan yang telah dikembangkan secara signifikan ditunjukkan dengan meningkatnya jumlah teknologi yang memasuki pasar komersial. Beberapa teknologi energi yang menggunakan biomassa, panas bumi, dan energi hidro telah mencapai tahap komersial, dimana mereka dapat digunakan untuk elektrifikasi pedesaan. Komponen mikro hidro seperti turbin, alat pengatur, dan peralatan listrik sekarang ini telah dibuat dengan kandungan lokal yang tinggi. Walaupun tidak semuanya diproduksi secara lokal, modul photovoltaic telah dirakit secara lokal. Pemanas air dengan panas surya

dan pengering tenaga surya juga dibuat secara lokal. Perlengkapan pengering tenaga surya untuk produk pertanian telah berada dalam tahap fabrikasi. Penghasil gas biomassa telah diproduksi secara komersial di Indonesia. Komponen Sistem Konversi Energi Angin Skala Kecil kecuali generator sekarang dapat diproduksi secara lokal. Tetapi, keandalan dan efisiensi teknologi tersebut perlu ditingkatkan (Pratomo,2004).

Penerapan teknologi energi terbarukan, seperti angin, sistem rumah surya, photovoltaic terpusat, mikro hidro, dan pico-hidro, dalam program elektrifikasi pedesaan dari tahun 2005 sampai 2008 ditunjukkan dalam Tabel 5.

• Kendala dalam pemanfaatan energi terbarukan (ET)

Pengembangan dari penggunaan energi terbarukan untuk elektrifikasi pedesaan mengalami sejumlah hambatan dikarenakan : (1) Kebijakan Pemerintah terhadap bahan bakar fosil. (2) Energi terbarukan pada umumnya membutuhkan

Tabel 4 Potensi Energi Terbarukan di Indonesia

Jenis Energi non Fosil Cadangan Setara Kapasitas Terpasang

Tenaga Air 845.00 juta BOE 75.67 GW 4.2 GW

Panas Bumi 219 Juta BOE 27.00 GW 0.8 GW

Mini/Micro Hydro 0.45 GW 0.45 GW 0. 206 GW

Biomass 49.81 GW 49.81 GW 0.3 GW

Tenaga Surya - 4.80 kWh/m2/hari 0.01 GW

Tenaga Angin 9.29 GW 9.29 GW 0.0006 GW

Uranium (Nuklir) 24.112 ton* e.q. 3 GW untuk 11 tahun

Sumber: DJLPE (2008)

22

MODUL

1PENGANTAR ET


investasi awal yang tinggi. (3) Tidak ada pinjaman lunak jangka panjang dari Bank / Lembaga keuangan lokal. (4) Kurangnya data dan infrastruktur penunjang. (5) Sumber daya energi terbarukan pada umumnya bersifat intermittent (PLN, 2009).

Dari aspek teknis, makin banyak komponen dari teknologi energi terbarukan yang kini dapat diproduksi secara lokal di Indonesia, seperti pembangkit tenaga mikro hidro dan biomassa skala kecil. Akan tetapi, pemakaian energi surya (contoh modul PV) dan sistem energi angin masih membawa kandungan import yang tinggi.

Beberapa kendala dalam pemanfaatan ET adalah:

a. Dari aspek teknologi, hambatan utama adalah sering ditemukan rendahnya kualitas teknologi ET sehingga banyak menimbulkan kegagalan. Selain itu, masih ditemukan ketidaksesuaian antara teknologi ET dengan kondisi sosial, geografi dan ekonomi

masyarakat.

b. Harga teknologi ET yang belum kompetitif dibanding energi konvensional juga menghambat laju perkembangan pemanfaatan ET.

c. Terbatasnya informasi mengenai teknologi ET yang dimiliki masyarakat perdesaan juga menghambat pertumbuhan teknologi ET.

d. Kurangnya tenaga teknis di lapangan sehingga menyulitkan perawatan setelah pemasangan (layanan purna jual)

• Kebijakan dan peraturan terkait dengan pengembangan energi terbarukan

Dasar dari pengembangan energi terbarukan seperti yang dinyatakan dalam Blue Print

Pengelolaan Energi Nasional adalah target

Tabel 5. Implementasi energi terbarukan untuk listrik perdesaanJenis Energi Terbarukan

Tahun2005 2006 2007 2008

Angin 80 kW(1 unit)

kW (3 unit)

735 kW (9 unit)

80 kW(1 unit)

Solar Home System (SHS)

119.5 kWp (2,390 units)

1.574 kWp (31,488 units)

2.029 kWp (40,598 units)

2.000 kWp (40,000 units)

PLTS terpusat 18 kWp(5 unit) - 102.4 kWp

(5 unit)150 kWp(9 units)

Mikrohidro 155 kW(4 units)

702 kW (12 units)

1.169 kW (7 units)

782 kW(7 units)

Pikohidro 50 kW(25 units)

30 kW (15 units)

45 kW(18 units) --

Sumber: DJLPE (2008)

1.3. TENTAN

G EN

ERGI TERBARU

KAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


Pemerintah untuk meningkatkan peranan energi terbarukan dalam total bauran energi nasional dari kurang dari 4% pada tahun 2006 menjadi 17% pada tahun 2025. Dalam mencapai target, Pemerintah telah memberlakukan peraturan untuk meningkatkan penggunaan energi terbarukan di Indonesia dan beberapa peraturan lainnya yang sedang diformulasikan.

Beberapa peraturan dan undang-undang untuk mendukung pengembangan energi terbarukan yang telah dikeluarkan meliputi :

1. Peraturan Pemerintah Nomor 5 tahun 2006 mengenai kebijakan energi nasional.

2. Instruksi Presiden No.1/2006 dan No.2/2006 pada penyediaan dan implementasi bahan bakar bio dan batubara cair.

3. Kebijakan Hijau Energi (Keputusan Menteri No.2/2004).

4. Undang-undang Nomor 30 tahun 2007 mengenai Energi.

5. Undang-undang Nomor 15 tahun 1985 mengenai Ketenagalistrikan

6. Peraturan mengenai Penyediaan dan Pemanfaatan Listrik (Peraturan Pemerintah No.26/2006). Sebagai revisi dari Peraturan Pemerintah No.10 tahun 1989 untuk mengamankan listrik nasional.

8. Peraturan Menteri ESDM Nomor 31 Tahun 2009 tentang Harga Pembelian Tenaga Listrik oleh PT PLN (Persero) dari Pembangkit Tenaga Listrik Yang

Menggunakan Energi Terbarukan Skala Kecil dan Menengah Atau Kelebihan Tenaga Listrik

Peraturan Pemerintah mengenai penyediaan dan pemanfaatan tenaga listrik

Peraturan Pemerintah No.10/1989 direvisi ke Peraturan Pemerintah No.03/2005 dan No.26/2006 mengenai penyediaan dan pemanfaatan listrik diterbitkan untuk melaksanakan diversikasi sumber energi untuk pembangkit tenaga listrik, khususnya beralih dari bahan bakar minyak ke bahan bakar non-minyak, termasuk pemanfaatan energi terbarukan.

Dalam hubungannya dengan pengembangan energi terbarukan, peraturan tersebut mengharuskan Pemerintah untuk memprioritaskan pemakaian sumber daya energi terbarukan yang ada secara lokal untuk penghasil listrik; dan proses pembelian diterapkan melalui pemilihan langsung (tanpa tender).

Kebijaksanaan Energi Nasional

Peraturan Pemerintah No.5/2006 tentang Kebijaksanaan Energi Nasional yang tercatat dalam keputusan ini telah menentukan strategi pengembangan energi terbarukan, meliputi:

• Implementasi kewajiban energi hidro kecil yang dapat diperbaharui untuk penggunaannya.

• Memperbaiki model pendanaan seperti kredit usaha skala kecil.

24

MODUL

1PENGANTAR ET


• Memperbaiki produksi perlengkapan energi terbarukan melalui lisensi, usaha bersama dan perakitan.

Walaupun potensi dari energi terbarukan seperti biomassa, panas bumi, energi surya, energi air, energi angin, dan energi lautan secara relatif tinggi, namun tidak digunakan secara signifikan. Kebijakan energi nasional Indonesia bertujuan untuk mengurangi ketergantungan pada minyak dan gas dan untuk membuat variasi campuran energi dengan meningkatkan pangsa dari sumber energi alternatif seperti energi terbarukan. Indonesia telah menargetkan untuk memenuhi pangsa dari energi terbarukan sampai dengan 17% pada tahun 2025, seperti yang dinyatakan dalam Cetak Biru Program Penerapan Energi Nasional 2007-2025 (ESDM, 2007).

Target dari bauran energi dan elastisitas energi yang ditetapkan dalam Kebijakan Energi Nasional adalah sebagai berikut (Gambar 1):

1. Pencapaian elastisitas energi kurang dari satu pada tahun 2025.

2. Target bauran energi nasional pada tahun 2025 : Minyak kurang dari 20%; Gas kurang dari 30%; Batubara kurang dari 33%; Bahan Bakar Nabati paling sedikit 5%; Panas Bumi paling sedikit 5%; energi baru dan energi terbarukan lainnya, terutama biomassa, nuklir, tenaga hidro, tenaga surya, dan tenaga angin paling sedikit lima persen (5%); batubara cair paling sedikit 2%.

Secara detil Pemanfaatan energi terbarukan pada tahun 2025 ditargetkan seperti berikut :

• Panas Bumi : 9,500 MW• Mikro hidro : 500 MW (on grid) and

330 MW (off grid)• Energi Surya : 80 MW• Biomassa : 810 MW• Energi Angin : 250 MW (on grid) and

5 MW (off grid)• Bio-diesel : 4.7 juta kiloliter• Gasohol : 5% dari konsumsi minyak

bumi

Undang-undang No.30/2007 Tentang Energi

Menurut Undang-undang No.30/2007, energi akan dikelola di bawah prinsip penggunaan yang menguntungkan, rasionalitas, efisiensi yang adil, peningkatan nilai tambah, keberlanjutan, kesejahteraan masyarakat, pengawetan fungsi lingkungan, ketahanan nasional, dan integritas dengan memprioritaskan kemampuan nasional.

Penetapan dan penggunaan energi menurut Undang-undang ini diatur sebagai berikut :

1. Energi akan dibuat tersedia melalui : inventarisasi sumber daya energi; meningkatkan cadangan energi; mengembangkan keseimbangan energi; membuat variasi, melestarikan, dan mengintensifkan sumber daya energi dan energi; dan menjamin bahwa sumber daya energi dan energi didistribusikan, dihantarkan,

1.3. TENTAN

G EN

ERGI TERBARU

KAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


dan disimpan dengan baik.

2. Prioritas untuk penyediaan energi oleh Pemerintah dan/atau pemerintah daerah akan diberikan pada daerah yang dalam pengembangan, daerah terpencil, dan daerah pedesaan dengan memakai sumber daya energi lokal, khususnya sumber daya energi terbarukan.

3. Daerah yang memproduksi sumber daya energi akan diprioritaskan untuk memperoleh energi dari sumber energi lokal.

4. Penentuan energi dan energi terbarukan akan ditingkatkan oleh Pemerintah dan pemerintah daerah menurut otoritas mereka masing-masing.

5. Setiap entitas bisnis, pendirian bisnis permanen dan individual yang menyediakan energi dari sumber energi yang baru dan sumber energi terbarukan dapat memperoleh fasilitas dan/atau insentif dari Pemerintah

dan/atau pemerintah daerah menurut otoritas mereka masing-masing untuk jangka waktu tertentu sampai tercapai nilai ekonomis.

• Program Elektrifikasi Pedesaan

Sampai tahun 2005, dari 62.929 desa di Indonesia, 58.962 (84,32%) telah dielektrifikasi melayani 14,2 juta pelanggan rumah tangga pedesaan (RUKN,2006). Ini berarti bahwa 10.967 desa tidak punya akses listrik. Target yang meningkat secara bertahap telah ditetapkan, untuk mencapai rasio elektrifikasi sebesar 90,4% pada tahun 2020, dan 93% pada tahun 2025. Sedikit berbeda dengan target nasional, skema target yang lain diperkenalkan oleh PLN, disebut Visi 75/100, yang menargetkan bahwa pada tahun 2020, perayaan ulang tahun Indonesia ke-75, rasio elektrifikasi akan mencapai 100%.

Mengingat jaringan utama dari

Gambar 1: Target Energi Mix Nasional 2025 (Peraturan Pemerintah No.5/2006 Ter-hadap Kebijakan Energi Nasional)

26

MODUL

1PENGANTAR ET


Perusahaan Listrik Negara (PLN) tidak mampu memenuhi 50 – 60% kebutuhan elektrifikasi pedesaan, ada potensi besar untuk mengembangkan listrik di luar jaringan dengan menggunakan energi terbarukan. Departemen Sumber Daya Energi dan Mineral (MEMR) mengeluarkan Keputusan Menteri No.1122 K/30/MEM/2002 tentang Pembangkit Tenaga Kecil yang Terdistribusi (PSK Tersebar) pada 12 Juni 2002 untuk menjamin ketersediaan listrik dengan memberikan peluang bisnis bagi produsen listrik skala kecil yang memakai energi terbarukan untuk menjual listrik ke PLN dengan harga yang distandarisasikan, dengan kapasitas total maksimum yang terpasang sebesar 1 MW. Sumber energi terbarukan yang tercakup dalam keputusan meliputi: angin, surya, mini/mikro hidro, produk pertanian atau limbah industri, sumber dendro-thermal (kayu) atau energi panas bumi. Keputusan ini dimaksudkan untuk merangsang sektor swasta seperti pemerintah daerah untuk menemukan potensial produksi energi terbarukan untuk pembangkit listrik. Harga jual pembangkit listrik dari PSK Tersebar adalah harga pada titik interkoneksi dengan sistem PLN. Harga jualnya adalah 80% dari biaya produksi per KWh (HPP atau Harga Pokok Penjualan) dihubungkan ke kisi-kisi tegangan menengah dan 60% HPP, ketika menjual listrik berdasarkan kapasitas non perusahaan. Peraturan Menteri No. 002/2006 dikeluarkan untuk mengatur pengusahaan tenaga listrik skala menengah (1-10 MW) yang menggunakan energi terbarikan. Kedua regulasi diatas direvisi melalui Peraturan Menteri ESDM

Nomor 31/2009 yang menetapkan Harga Pembelian Tenaga Listrik oleh PT PLN (Persero) dari Pembangkit Tenaga Listrik Yang Menggunakan Energi Terbarukan Skala Kecil dan Menengah Atau Kelebihan Tenaga Listrik.

Departemen dan lembaga yang berurusan dengan pengembangan energi terbarukan dan elektrifikasi pedesaan meliputi :

1. Direktorat Jendral Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi (DJEBTKE), Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (dulu Direktorat Jendral Listrik dan Pemanfaatan Energi (DJLPE).

2. Lembaga Penerbangan dan Antariksa (LAPAN)

3. Departemen Koperasi dan Usaha Kecil Menengah

4. Perusahaan Listrik Negara (PLN)

5. Departemen Pekerjaan Umum (untuk tenaga hidro)

6. Badan Penerapan dan Penilaian Teknologi (BPPT)

7. Berbagai institusi Pemerintah yang lain dan institusi pendidikan, berbagai organisasi non-pemerintah (LSM) dan agensi pembangunan dan kerjasama internasional.

1.4. TEKNO

LOG

I ENERG

I TERBARUKAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


• Teknologi Energi Surya

Energi surya merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dimanfaatkan melalui dua macam teknologi yaitu teknologi fotovoltaik (PV) dan teknologi fototermik (surya termal). Teknologi PV mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik melalui perangkat semikonduktor yang disebut sel surya, sedangkan teknologi surya termal memanfaatkan panas dari radiasi matahari dengan menggunakan alat pengumpul panas atau yang biasa disebut kolektor surya.

Teknologi PV dimanfaatkan untuk pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) berupa sistem terpusat (centralized), sistem tersebar (stand alone) dan sistem hibrida (hybrid system). Centralized PV system adalah pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) yang mensuplai listrik secara terpusat untuk berbagai lokasi/ beban yang bersifat on grid maupun off grid. Sistem stand alone hanya mensuplai listrik khusus untuk kebutuhan beban yang tersebar di masing-masing lokasi dan bersifat off grid. Pada sistem hybrid, PLTS digunakan bersama-sama dengan sistem pembangkit lainnya dalam mensuplai listrik. Komponen sistem umumnya terdiri dari rangkaian sel surya yang membentuk modul surya (PV Panel) dan beberapa komponen pendukung seperti baterai, inverter, sistem kontrol dan lain-lain yang

disebut juga sebagai balance of system / BOS. Aplikasi teknologi PV antara lain: PLTS pedesaan / perkotaan (on grid / off grid), Solar Home System (SHS), solar street lighting, solar pumping, BST solar, solar refrigerator, etc.

Pada sistem surya termal, kolektor surya menyerap radiasi matahari dan mengkonversinya menjadi energi panas yang digunakan untuk memanaskan medium fluida seperti air atau udara yang dapat digunakan secara langsung atau pun tidak langsung untuk berbagai aplikasi seperti ; pemanas air (water heater), pengering hasil pertanian (solar dryer), distilasi / desalinasi, memasak (solar cooker), pendingin surya (solar cooling), pembangkit listrik (solar thermal power plant), etc. Selain itu teknologi surya termal juga berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai sumber pemanas tambahan untuk proses-proses produksi pada industri yang membutuhkan energi termal.

Potensi energi surya di Indonesia sangat besar sekitar 4.8 KWh/m2 atau setara dengan 112.000 GWP yang didistribusikan sepanjang tahun dimana kepulauan Sulawesi, Papua, Nusa Tenggara, dan Maluku memiliki rata-rata penyinaran surya yang lebih tinggi. Potensial kumulatif dari energi surya dapat mencapai 1203.75.106 MW. Tetapi, energi surya yang digunakan sejauh ini hanya menyediakan 10 MWp.

1.4. JENIS TEKNOLOGI ENERGI TERBARUKAN

28

MODUL

1PENGANTAR ET


Pada tahun 2008, kapasitas sel surya yang dipasang mencapai 8 MW yang mana 1.38 MW adalah Solar Home System (SHS), yang juga disebut Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Pemerintah menargetkan untuk memasang 33.000 unit SHS pada sejumlah desa terpencil di Indonesia pada tahun 2009, yang mana akan menggunakan sampai dengan 40 persen dari total anggaran yang dialokasikan untuk elektrifikasi pedesaan. 1

Pemerintah telah mengeluarkan Road Map ‘penggunaan energi surya’ yang menetapkan target 0,87 GW dari kapasitas SHS yang terpasang sampai dengan tahun 2025, atau kira-kira 50 MWp/tahun. Target ini menunjukkan potensial untuk pasar yang signifikan untuk mengembangkan energi surya di masa mendatang.

Solar Photovoltaic (PV) atau Fotovoltaik

Sistem PV kebanyakan diterapkan dalam pedesaan dan daerah terpencil atau pada daerah potensial tenaga surya namun tidak memiliki akses ke jaringan listrik PLN. Penggunaan PV kebanyakan untuk elektrifikasi pedesaan, pemompaan air, telekomunikasi, dan lemari pendingi di klinik kesehatan pedesaan. Sistem PV yang dipasang biasanya punya rentang kapasitas dari 40 Wp sampai 80 Wp per unit.

Perlengkapan PV-SHS terdiri dari sel surya

1 Kompas (2008). PLTS Solusi Atasi Kekuran-gan Listrik Di Bengkulu’. Kompas, 28 Septem-ber 2008

dan panel, kabel, sistem kendali, lampu dan perlengkapan asesoris lainnya dan baterai.

Sel surya atau dalam dunia internasional lebih dikenal sebagai solar cell atau photovoltaic cell, merupakan sebuah peralatan semikonduktor yang memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda tipe P dan N, yang mampu merubah energi sinar matahari menjadi energi listrik. Solar cell memiliki banyak aplikasi dan cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari jaringan/grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit, kalkulator, pompa air, dll.

Energi radiasi matahari dirubah menjadi arus listrik searah dengan mempergunakan lapisan-lapisan tipis dari silicon (Si) murni dan bahan semi konduktor lainnya, yang disebut solar cell yang besarnya sekitar 10 ~ 15 cm persegi. Pada saai ini silicon merupakan bahan yang paling banyak dipakai, dan merupakan suatu unsur yang banyak terdapat di alam.

Tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu sel surya sangat kecil maka beberapa sel surya harus digabungkan sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module. Produk yang dikeluarkan oleh industri-industri sel surya adalah dalam bentuk modul ini.

Pada applikasinya, karena tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu module masih cukup kecil (rata-rata maksimum tenaga listrik yang dihasilkan 130 W) maka dalam pemanfaatannya beberapa module digabungkan dan terbentuklah

1.4. TEKNO

LOG

I ENERG

I TERBARUKAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


apa yang disebut array. Sebagai contoh untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array seluas kira-kira 20 ~ 30 meter persegi. Untuk lebih jelasnya, hirarki module dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Hirarki module (cell-module-array)

Sasaran dan strategi Pengembangan PV ( Fotovoltaik) di Indonesia

Sasaran Pengembangan Fotovoltaik di Indonesia :

• Semakin berperannya pemanfaatan energi surya fotovoltaik dalam penyediaan energi di daerah perdesaan, sehingga pada tahun 2020 kapasitas terpasangnya menjadi 25 MW.

• Semakin berperannya pemanfaatan energi surya di daerah perkotaan.

• Semakin murahnya harga energi dari solar photovoltaic , sehingga tercapai tahap komersial.

• Terlaksananya produksi peralatan

Sistem Energi Surya Fotovoltaik (SESF) dan peralatan pendukungnya di dalam negeri yang mempunyai kualitas tinggi dan berdaya saing tinggi.

Strategi pengembangan energi surya fotovoltaik di Indonesia adalah sebagai berikut:

• Mendorong pemanfaatan SESF secara terpadu, yaitu untuk keperluan penerangan dan kegiatan produktif. Mengembangkan SESF melalui dua pola, yaitu pola tersebar dan terpusat yang disesuaikan dengan kondisi lapangan. Pola tersebar diterapkan apabila letak rumah-rumah penduduk menyebar dengan jarak yang cukup jauh, sedangkan pola terpusat diterapkan apabila letak rumah-rumah penduduk terpusat.

• Mengembangkan pemanfaatan SESF di perdesaan dan perkotaan.

• Mendorong komersialisasi SESF dengan memaksimalkan keterlibatan swasta.

• Mengembangkan industri SESF dalam negeri yang berorientasi ekspor.

• Mendorong terciptanya sistem dan pola pendanaan yang efisien dengan melibatkan dunia perbankan.

Peluang Pemanfaatan Fotovoltaik

Kondisi geografis Indonesia yang terdiri atas pulau-pulau yang kecil dan banyak yang terpencil menyebabkan sulit untuk dijangkau oleh jaringan listrik yang bersifat terpusat. Untuk memenuhi kebutuhan energi di daerah-daerah semacam ini,

30

MODUL

1PENGANTAR ET


salah satu jenis energi yang potensial untuk dikembangkan adalah energi surya. Dengan demikian, energi surya dapat dimanfaatkan untuk p enyedian listrik dalam rangka mempercepat rasio elektrifikasi desa.

Selain dapat digunakan untuk program listrik perdesaan, peluang pemanfaatan energi surya lainnnya adalah:

• Lampu penerangan jalan dan lingkungan;

• Penyediaan listrik untuk rumah peribadatan.

• Penyediaan listrik untuk sarana umum. Dengan daya kapasitas 400 Wp sudah cukup untuk memenuhi listrik sarana umum;

• Penyediaan listrik untuk sarana pelayanan kesehatan, seperti: rumah sakit, Puskesmas, Posyandu, dan Rumah Bersalin;

• Penyediaan listrik untuk Kantor Pelayanan Umum Pemerintah. Tujuan pemanfaatan SESF pada kantor pelayanan umum adalah untuk membantu usaha konservasi energi dan mambantu PLN mengurangi beban puncak disiang hari;

• Untuk pompa air ( solar power supply for waterpump ) yang digunakan untuk pengairan irigasi atau sumber air bersih (air minum).

Kendala Pengembangan Fotovoltaik di Indonesia

• Harga modul surya yang merupakan

komponen utama SESF masih mahal mengakibatkan harga SESF menjadi mahal, sehingga kurangnya minat lembaga keuangan untuk memberikan kredit bagi pengembangan SEEF;

• Sulit untuk mendapatkan suku cadang dan air accu , khususnya di daerah perdesaan, menyebabkan SESF cepat rusak;

• Pemasangan SESF di daerah perdesaan pada umumnya tidak memenuhi standar teknis yang telah ditentukan, sehingga kinerja sistem tidak optimal dan cepat rusak.;

• Pada umumnya, penerapan SESF dilaksanakan di daerah perdesaan yang sebagian besar daya belinya masih rendah, sehingga pengembangan SESF sangat tergantung pada program Pemerintah;

• Belum ada industri pembuatan sel surya di Indonesia, sehingga ketergantungan pada impor sangat tinggi. Akibatnya, dengan menurunnya nilai tukar rupiah terhadap dolar menyebabkan harga modul surya menjadi semakin mahal.

Sistem Pemanas Surya

Penerapan sistem panas surya adalah penerapan kolektor untuk proses pasca panen yang digunakan untuk produk pertanian tertentu yang membutuhkan kualitas standar ekspor seperti kopi, kokoa, tembakau, dan teh, sebagai pengganti pengeringan tradisional dengan surya. Ada peningkatan permintaan untuk

1.4. TEKNO

LOG

I ENERG

I TERBARUKAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


penggunaan panas surya untuk air minum di daerah pulau melalui sistem desalinasi air laut.

Beberapa peralatan yang telah dikuasai perancangan dan produksinya seperti sistem atau unit berikut:

• Pengering pasca panen (berbagai jenis teknologi);

• Pemanas air domestic;

• Pemasak/oven;

• Pompa air

• Penyuling air ( Solar Distilation/Still );

• Pendingin (radiatif, absorpsi, evaporasi, termoelektrik, kompressip, tipe jet);

• Sterilisator surya;

• Pembangkit listrik dengan menggunakan konsentrator dan fluida kerja dengan titik didih rendah.

Untuk skala kecil dan teknologi yang sederhana, kandungan lokal mencapai 100 %, sedangkan untuk sistem dengan skala industri (menengah) dan menggunakan teknologi tinggi (seperti pemakaian Kolektor Tabung Hampa atau Heat Pipe ), kandungan lokal minimal mencapai 50%.

Peluang Pemanfaatan Energi Surya Termal

Prospek teknologi energi surya termal cukup besar, terutama untuk mendukung peningkatan kualitas pasca-panen komoditi pertanian, untuk bangunan komersial atau perumahan di perkotaan. Prospek pemanfaatannya dalam sektor-

sektor masyarakat cukup luas, yaitu:

• Industri, khususnya agro-industri dan industri pedesaan, yaitu untuk penanganan pasca-panen hasil-hasil pertanian, seperti: pengeringan (komoditi pangan, perkebunan, perikanan/peternakan, kayu olahan) dan juga pendinginan (ikan, buah dan sayuran);

• Bangunan komersial atau perkantoran, yaitu: untuk pengkondisian ruangan ( Solar Passive Building , AC) dan pemanas air;

• Rumah tangga, seperti: untuk pemanas air dan oven/ cooker ;

• PUSKESMAS terpencil di pedesaan, yaitu: untuk sterilisator, refrigerator vaksin dan pemanas air.

Kendala Pengembangan Energi Surya Termal

Kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan surya termal adalah:

• Teknologi energi surya termal untuk memasak dan mengeringkan hasil pertanian masih sangat terbatas. Akan tetapi, sebagai pemanas air, energi surya termal sudah mencapai tahap komersial. Teknologi surya termal masih belum berkembang karena sosialisasi ke masyarakat luas masih sangat rendah;

• Daya beli masyarakat rendah, walaupun harganya relatif murah;

32

MODUL

1PENGANTAR ET


• Sumber daya manusia (SDM) di bidang surya termal masih sangat terbatas. Saat ini, SDM hanya tersedia di Pulau Jawa dan terbatas lingkungan perguruan tinggi.

Contoh penerapan pemanas surya yang terdiri dari komponen kolektor dan drying bin dapat dilihat pada Gambar 4. Sistem pengering surya untuk kakao dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Teknologi Pengering Surya Untuk Petani Kakao (AMARTA, 2009)

Implementasi Teknologi Energi Surya

Implementasi teknologi energi surya secara khusus difokuskan pada sistem solar photovoltaic, baik untuk sistem stand-alone seperti solar home system (SHS) dan pembangkit listrik tenaga surya yang terpusat. Sejak tahun 1992, Pemerintah, melalui Direktorat Jendral Listrik dan Pemanfaatan Energi (DJLPE), sekarang Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi (DJEBTKE) telah menerapkan teknologi energi surya, melalui Program Elektrifikasi Pedesaan (Program Listrik Pedesaan). Departemen Pemerintah lainnya, seperti Departemen Tenaga Kerja dan

Transmigrasi, Departemen Komunikasi dan Informasi (Depkominfo), dan Departemen Koperasi, juga telah berperan.

• Teknologi Energi Angin

Energi angin adalah sumber energi terbarukan yang dapat diubah menjadi energi mekanis dan listrik melalui sistem konversi. Energi kinetik yang ditampilkan dalam gerakan angin dapat diubah menjadi energi mekanis untuk mengoperasikan perlengkapan mekanis seperti pompa, kincir, dan lain-lain. Energi mekanis kemudian digunakan untuk memutar rotor dalam generator untuk menghasilkan listrik. Kedua proses ini disebut konversi energi angin, sementara sistem atau perlengkapannya disebut sistem konversi energi angin. Konversi ke energi mekanis disebut ‘sistem konversi energi angin mekanis’ atau kincir angin, dan konversi ke listrik dilakukan dalam sebuah sistem konversi energi angin elektrik,yang lebih dikenal sebagai turbin angin. Saat ini, pembangkit listrik telah menjadi penggunaan energi angin yang lebih umum, dimana energi mekanis yang juga diketahui sebagai penggunaan langsung digunakan tidak terlalu sering.

Penggunaan energi angin di lokasi yang dipilih membutuhkan data/informasi potensial (pasokan) angin aktual dan permintaan pada lokasi. Analisis dan evaluasi yang lebih akurat pada kedua aspek bersama dengan perhitungan ekonomis akan menghasilkan sebuah penerapan sistem konversi energi angin yang optimal.

1.4. TEKNO

LOG

I ENERG

I TERBARUKAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


Pemerintah Indonesia telah mempersiapkan sejumlah peraturan dan undang-undang, mengatur strategi yang baik seperti mengambil tindakan nyata yang ditujukan pada mendukung pengembangan dan penerapan energi baru dan dapat diperbaharui, yang pada gilirannya diharapkan mampu memasok energi berdasarkan potensial dan implementasi lokal. Kontribusi energi baru dan dapat diperbaharui diharapkan meningkat secara nasional menjadi 11% pada tahun 2025 (Pusdatin ESDM,2010). Khususnya untuk energi angin, penerapannya diharapkan mencapai 250 MW pada tahun 2025, tetapi saat ini hanya sekitar 1 MW kapasitas yang terpasang di seluruh negeri.

Potensial energi angin di Indonesia umumnya tidak besar, dengan kecepatan angin terletak pada rentang 2.5 – 5 m/s. Tetapi, kecepatan yang lebih besar dari 5 m/s ditemukan di beberapa lokasi di : Nusa Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, dan daerah pantai selatan Jawa. Potensial ini secara teknis memadai untuk sistem konversi energi

angin skala menengah (10-100 kW), tetapi karena lokasi yang terpencil, investasi yang tinggi dan perawatan yang mahal dibutuhkan, karenanya secara finansial tidak menarik. Jumlah total perkiraan potensial energi angin di Indonesia adalah 9.29 GW. Rangkuman potensial angin umum yang melintasi Indonesia sebagai hasil pemetaan potensial angin oleh LAPAN pada 120 lokasi ditampilkan dalam Tabel 6.

Energi angin dapat digunakan secara praktis untuk pembangkit listrik, pompa air, isi ulang tenaga baterai, dan penumbuk padi atau gandum. Turbin angin modern yang besar dapat dioperasikan secara bersama-sama pada Wind Farm untuk pembangkit listrik. Sedangkan turbin yang kecil digunakan pada rumah tangga dan daerah terpencil (atau pulau kecil) yang off grid, untuk memenuhi kebutuhan energinya. Penerapannya selain sebagai Wind Farm juga sebagai Stand alone baik yang terhubung ke Grid maupun tidak. Dengan demikian, pembangkit listrik tenaga angin sangat cocok untuk diterapkan di tempat terpencil maupun didaerah yang on grid.

Table 6 Potensi Angin Rata-rata di Indonesia

TipeKecepatan

Angin(m/detik )

Tenaga Listrik( W/m2 )

Kapasitas( kW )

Lokasi

Skala Kecil 2,5 - 4,0 < 75 s/d 10Jawa, NTB, NTT, Maluku, Sulawesi, pesisir Sumatera Barat

Skala Menengah 4,0 - 5,0 75 – 150 10 – 100

NTB, NTT, Sulawesi Selatan, Sulawesi Tenggara, Sulawesi Utara dan Jawa Timur

Skala Besar > 5,0 > 150 > 100

Sulawesi Selatan, NTB dan NTT, daerah pantai di wilayah Selatan Jawa

34

MODUL

1PENGANTAR ET


Disamping itu juga dapat dikombinasikan dengan photovoltaic (PV) sehingga menjadi sistem hibrida pembangkit listrik yang saling mem-back-up.

Turbin angin menangkap energi angin dengan dua atau tiga baling-baling, yang akan memutar rotor untuk menghasilkan listrik. Turbin diletakkan pada puncak menara dengan ketinggian 100 feet (30 meter) atau lebih di atas tanah, karena pada kondisi tersebut angin lebih kuat dan sedikit mengalami turbulensi. Untuk itu diperlukan data profil kecepatan angin dari menara 50 meter, dengan memasang anemometer pada ketinggian 30 meter dan 50 meter. Sehingga data profil annual kecepatan angin ini dapat digunakan untuk menghitung potensi daya yang akan terbangkitkan secara komersial.

Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik ke unit penyalur listrik. Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan didistribusikan ke rumah-rumah, kantor, sekolah, dan sebagainya. Turbin angin dapat memiliki tiga buah bilah turbin. Jenis lain yang umum adalah jenis turbin dua bilah. Angin akan memutar sudut turbin, kemudian memutar sebuah poros yang dihubungkan dengan generator, lalu menghasilkan listrik. Turbin untuk pemakaian umum berukuran 50-750 kilowatt. Sebuah turbin kecil, kapasitas 50 kilowatt, digunakan untuk perumahan, piringan parabola, atau pemompaan air.

Kelangsungan suatu pembangkit tenaga angin sangat bergantung pada pemilihan

lokasi (siting) yang tepat berdasarkan data angin yang akurat yang berlaku sepanjang waktu guna mendukung mesin turbin angin. Karena itu studi potensi angin anual pada lokasi didaerah yang terindikasi berpotensi merupakan hal yang mutlak dilakukan sebelum memutuskan pembangunan suatu pembangkit tenaga angin di lokasi tersebut.  

Untuk pemanfaatan kincir angin bagi pembangkitan tenaga listrik skala kecil, diperlukan sebuah pengatur tegangan, oleh karena kecepatan angin yang berubah-ubah, sehingga tegangan juga berubah. Diperlukan sebuah batere untuk menyimpan energi, karena sering terjadi angin tidak bertiup. Bila angin tidak bertiup, perlu dicegah generator bekerja sebagai motor: oleh karena itu perlu pula sebuah pemutus tegangan otomatik, seperti ditunjukkan pada gambar 4.

Gambar 4. Skema Pusat Listrik Tenaga Angin Skala Kecil

1.4. TEKNO

LOG

I ENERG

I TERBARUKAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


• Teknologi Energi Biomassa

Biomassa adalah produk fotosintesa yang menyerap energi matahari dan mengkonversi karbon dioksida dengan air menjadi senyawa karbon, hidrogen dan oksigen. Biomasa merupakan bahan biologis yang hidup atau baru mati yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar setelah diolah terlebih dahulu melalui serangkaian proses yang dikenal sebagai konversi biomassa. Umumnya energi biomasa selain merujuk pada materi tumbuhan yang dipelihara untuk diolah menghasilkan Bahan Bakar Nabati (BBN) atau biofuel, juga mencakup materi tumbuhan yang digunakan untuk produksi serat, bahan kimia, atau panas. Biomassa dapat pula meliputi limbah terbiodegradasi yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Biomassa tidak mencakup materi organik yang telah tertransformasi oleh proses geologis menjadi zat seperti batu bara atau minyak bumi.

Ada beberapa proses konversi biomassa. Proses konversi yang sederhana adalah dengan mengubah biomassa menjadi briket sehingga mudah disimpan, diangkut, dan mempunyai ukuran dan kualitas yang seragam. Jenis konversi lain adalah mengubah biomassa melalui proses kimia dan fisika seperti anaerobic digestion (peruraian tanpa bantuan oksigen) yang menghasilkan gas metana. Pirolisis, gasifikasi dan karbonisasi (dekomposisi menggunakan panas) yang menghasilkan produk bahan bakar padat berupa karbon dan produk lain berupa karbon dioksida dan metana. Pengkonversian menjadi

bahan bakar cair dapat dilakukan dengan cara kimia esterifikasi (biodiesel) dan secara fermentasi (bioethanol).

Biomassa telah digunakan secara tradisional dan sumber energi yang paling lama dikenal di Indonesia, terhitung hampir 40 persen dari total konsumsi energi, kebanyakan digunakan di pedesaan dan daerah terpencil. Total potensial biomassa untuk pembangkit listrik di Indonesia diperkirakan sekitar 49.8 GW dengan kapasitas yang terpasang saat ini 178 MW. Diperkirakan bahwa Indonesia menghasilkan 146.7 juta ton biomassa setiap tahunnya, setara dengan sekitar 470 GJ/y.

Bahan bakar nabati diproyeksikan mencapai 5% dari campuran energi nasional pada tahun 2025, sebagai bagian dari kontribusi energi terbarukan 17% dari kebutuhan energi nasional. Menurut peta jalan untuk mengembangkan pangsa bahan bakar bio dalam campuran energi nasional, dalam tahun 2005-2010 pangsanya akan menjadi 2% atau setara dengan 5.29 juta Kilo Liter (KL), dalam tahun 2011-2015 pangsanya akan mencapai 3% setara dengan 9.84 juta KL, dan dalam tahun 2016-2025 pangsanya akan mencapai 5% setara dengan 22.26 juta KL. Esterifikasi dari material sayuran ke dalam biodiesel adalah teknologi yang digunakan paling luas dalam mencapai target ini, dan Bioetanol digunakan untuk menggantikan bahan bakar fosil seperti bahan bakar kendaraan dalam sektor angkutan.

Sumber utama dari segera tersedianya energi biomassa di Indonesia adalah ampas

36

MODUL

1PENGANTAR ET


beras yang menawarkan potensial energi teknis terbesar yaitu 150 Gj/tahun, kayu karet dengan 120 Gj/tahun, ampas gula dengan 78 Gj/tahun, ampas minyak kelapa sawit, 67 Gj/tahun, dan sisanya lebih kecil dari 20 Gj/tahun berasal dari ampas kayu lapis dan veneer, ampas penebangan, ampas kayu gergajian, ampas kelapa, dan ampas pertanian. Sumber biomassa ini dapat membantu dalam memasok baik panas maupun listrik untuk rumah tangga pedesaan dan industri (APERC,2004).

Penggunaan biomassa untuk pembangkit energi sudah sering digunakan dalam industri berbasis biomassa skala menengah dan besar, seperti minyak kelapa sawit, gula,dan kayu lapis. Kebanyakan pendidih biomassa yang saat ini beroperasi di Indonesia ketinggalan jaman dengan efisiensi yang rendah dan emisi yang tinggi. Industri minyak kelapa sawit adalah salah satu argoindustri di Indonesia yang menarik banyak investor domestik sebagaimana investor asing. Dalam pabrik minyak kelapa sawit dan gula, juga ada potensial besar dari ampas biomassa yang belum digunakan, seperti tandan buah kosong (EFB) yang dihasilkan dari proses minyak kelapa sawit atau pucuk gula dan daun dalam penanaman gula batu. Yang terakhir mewakili ampas biomassa yang besar dan hemat biaya dalam industri pabrik gula yang menyebabkan sedikit efek agronomis. Teknologi ranjang berfluida tampaknya menjadi teknologi biomassa lanjutan yang terbukti paling baik untuk mengatasi kadar air bagas yang tinggi sebagaimana tandan buah segar (ADB,2003).

Untuk industri berbasis biomassa ukuran kecil, seperti industri kayu dan beras, jenis teknologi yang paling umum adalah gasifier bed tetap karena desainnya sederhana, biaya produksi rendah, dan mudah dioperasikan. Kebanyakan dimasukkan secara manual. Saat ini, kayu, arang, sekam padi dan tempurung kelapa dipertimbangkan sebagai bahan bakar biomassa yang sesuai untuk gasifikasi.

Biomassa terkonsentrasi dalam jumlah yang kecil namun dalam cakupan yang lebih besar (dalam desa terpencil) tersedia dalam pabrik beras besar (LRM) dan perusahaan penggergajian kayu skala kecil. Ampas yang dihasilkan dari agrosektor tersebut dapat menghasilkan listrik dengan kapasitas kira-kira 100 kWe. Kelebihan listrik (sebagian selama siang hari dan semuanya selama malam hari) dapat dijual lewat kisi-kisi pedesaan. Teknologi yang sesuai untuk penggunaan sampah kayu adalah gasifikasi bed tetap dan down draft.

Kogenerasi Biomassa

Kogenerasi dapat diartikan sebagai proses menghasilkan dua bentuk energi yang berguna, normalnya listrik dan panas yang menggunakan sumber bahan bakar yang sama seperti material biomassa. Sistem kogenerasi berdasarkan kepada biomassa secara normal memuncaki jenis siklus uap, dimana panas yang dihasilkan dari pembakaran digunakan pertamakali untuk pembangkit uap untuk menjalankan sistem turbin generator dan uap yang terpakai dari turbin digunakan sebagai

1.4. TEKNO

LOG

I ENERG

I TERBARUKAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


panas yang dibutuhkan oleh proses (Bhattacharya dan Abdul Salam,2006).

Di Indonesia, kogenerasi biomassa kebanyakan dipasang dalam industri berbasis biomassa seperti industri minyak kelapa sawit, kayu dan gula. Beberapa pembangkit kogenerasi yang ada adalah pembangkit tenaga sampah kayu 5.5 MW di PT. Siak Raya Timber di Pekanbaru, Sumatera dan pembangkit kogenerasi 35 ton/jam pada 35 bar yang dipasang pada PT. Kurnia Musi Plywood Industry di Palembang. Diperkirakan bahwa produksi minyak kelapa sawit dan gula akan menjadi sektor dimana permintaan energi biomassa akan meningkat dengan luas di masa mendatang. Indonesia adalah penghasil minyak kelapa sawit kedua terbesar di dunia (Indarti, 2001).

Gasifikasi Biomassa

Gasifikasi adalah suatu proses yang mengubah bahan-bahan karbon, seperti batubara, minyak bumi (petroleum), biofuel, atau biomassa, menjadi karbon monoksid (CO) dan hidrogen dengan mereaksikan bahn mentah (raw material ), seperti sampah/limbah rumah tangga atau kompos pada suhu tinggi dengan jumlah oksigen/ uap panas (steam) yang terkontrol (terbatas). Campuran gas yang dihasilkan dari reaksi ini disebut gas sintetis atau syngas yang merupakan bahan bakar (fuel) . Gasifikasi adalah suatu cara untuk mengambil energi dari berbagai tipe bahan organik yang berbeda-beda (Wikipedia, 2010).

Di Indonesia, untuk industri berbasis

biomassa skala kecil, yaitu industri kayu dan penggilingan padi, jenis teknologi paling umum digunakan adalah gasifiers unggun tetap karena desainnya yang sederhana, biaya pembuatan yang relatif murah, dan kemudahan operasi. Kebanyakan menggunakan sistem pengumpan secara manual. Pada saat ini, kayu, arang, sekam padi dan tempurung kelapa adalah bahan yang dianggap cocok untuk bahan bakar biomassa gasifikasi. Biomassa terkonsentrasi dalam jumlah yang lebih kecil tetapi dalam cakupan yang lebih besar (di desa-desa terpencil) tersedia di penggilingan padi besar (LRM) dan pabrik gergajian kayu skala kecil. Residu yang dihasilkan dari sektor pertanian ini akan mampu menghasilkan listrik dengan kapasitas sekitar 100 kWe. Kelebihan listrik (sebagian di siang hari dan penuh di malam hari) bisa dijual melalui jaringan listrik pedesaan. Teknologi yang cocok untuk pemanfaatan limbah kayu adalah fixed-bed ( unggun tetap ) dengan tipe down draft gasifier. (ADB, 2003).

Gasifikasi biomassa skala kecil dengan kapasitas sekitar 15-176 kW untuk saat ini sebagian besar ditemukan sebagai proyek percontohan, dan belum sepenuhnya tersedia secara komersial. Perbaikan teknis sangat diperlukan dalam sistem feeding dari bahan bakar, pembersihan gas, pembuangan abu dan keseluruhan sistem kontrol otomatis. Sebuah perkembangan baru pada teknologi ini adalah unit percontohan (demonstration plant) gasifikasi sekam padi yang dipasangkan dengan genset untuk menghasilkan listrik 100 kW. Proyek ini berbasis di Haur

38

MODUL

1PENGANTAR ET


Geulis-Indramayu, Jawa Barat, di mana padi merupakan tanaman dominan. EPC unit gasifikasi dilakukan oleh perusahaan nasional ( Anonym, 2007).

• Mikrohidro

Energi mikrohidro sangat potensial di wilayah-wilayah Indonesia yang kaya akan pegunungan dan mempunyai sumber air mengalir (sungai). Teknologi air sebagai pembangkit tenaga air air skala kecil (disebut Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLMTH), yang sering disebut Mikrohidro), adalah salah satu teknologi pemanfaatan energi yang handal dan hemat biaya, yang dapat dijadikan sebagai pertimbangan dalam penyediaan energi yang ramah lingkungan. Walaupun ada sejumlah definisi yang berbeda, klasifikasi PLTMH berdasarkan standar UNIDO yaitu: Pico Hydro untuk kapasitas <500 W; Micro Hydro untuk 500 W – 100 kW; Mini Hydro untuk 100 kW – 1 MW; Small Hydro untuk 1 MW – 10 MW; dan Full-scale Hydro >10 MW.

Teori dasar perhitungan potensi listrik tenaga mikro hidro adalah penentuan debit sungai, tinggi jatuh, potensi hidrolik dan penetapan kapasitas pembangkit.

Debit Sungai

Besarnya debit aliran sungai sepanjang tahun akan selalu berfluktuasi. Di dalam penentuan debit disain suatu PLTMH diambil debit minimum aliran sungai sepanjang tahun untuk menjamin pembangkit dapat beroperasi secara terus

menerus. Untuk itu di dalam melakukan detil survei hanya dipilih lokasi dengan sungai yang selalu mengalir sepanjang tahun baik di musim hujan maupun kemarau.

Penentuan Tinggi Jatuh (Head)

Selain debit tinggi jatuh juga sangat berpengaruh dalam menentukan besarnya potensi energi mikro hidro. Untuk mendapatkan tinggi jatuh yang optimum dapat digunakan beberapa alternatif sebagai berikut: saluran pembawa panjang, pipa pesat pendek atau saluran pembawa pendek, pipa pesat panjang. Selain itu perlu dipertimbangkan pula jarak antara rumah pembangkit terhadap lokasi pemukiman untuk optimasi panjang jaringan transmisi-distribusi.

Perhitungan Potensi Hidrolik

Parameter utama dalam menentukan potensi hidrolik (Ph) adalah besar debit sungai (Q) dan beda tinggi/head (h). Dengan asumsi densitas air adalah 1000 kg/m3 dan grafitasi bumi 9.8 m/detik2 , maka secara sederhana besar potensi hidrolik dapat dihitung dengan persamaan berikut :

Dimana :

Ph = Potensi hidrolik, kW

η = Efisiensi, persen (η = 1, untuk penentuan potensi hidrolik)

Q = Debit, m3/detik

h = Beda Tinggi (head), meter

Efisiensi η menunjukkan bahwa tidak

1.5. PENERAPAN

TEKNO

LOG

I ET UN

TUK M

ASYARAKAT PERDESAAN

xQxhxPh 8.9η=

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


semua energi yang terkandung didalam air dapat dimanfaatkan, karena sebagian energi akan hilang dengan sendirinya (loses) dalam bentuk friksi, panas, noise dsb.

Kapasitas Pembangkit

Sebagai acuan awal untuk mengetahui kapasitas daya listrik yang dapat dibangkitkan dari suatu potensi mikrohidro secara sederhana dapat digunakan asumsi efisiensi total adalah sebesar η = 0.6.

Namun demikian besarnya efisiensi masih dapat bertambah bergantung pada jenis turbin yang akan digunakan karena kapasitas pembangkit PLTMH ditentukan oleh efisiensi turbin sebagai contoh bila digunakan turbin jenis crossflow tipe T-14 maka efisiensi adalah 0.76 dan bahkan beberapa data lapangan telah menunjukkan besar efisiensi dapat mencapai 0.8.

1.5. PENERAPAN TEKNOLOGI ENERGI TERBARUKAN UNTUK MASYARAKAT PERDESAAN

Teknologi energi terbarukan yang akan dibahas dalam buku manual ini dipilih berdasarkan pada kebutuhan krusial masyarakat pedesaan yaitu:

a. Kebutuhan listrik dan penerangan: Dapat dipenuhi dengan memanfaatkan teknologi PV (solar home system dan solar lighting), teknologi wind farm/ wind turbine, teknologi biogas, gasifikasi biomasa, mikrohidro dan pikohidro

b. Kebutuhan air untuk minum, memasak, mencuci, irigasi, dl: Dapat dipenuhi dengan memanfaatkan teknologi solar pumping, wind mill/wind pump, solar distillation / solar still (khusus untuk air minum).

c. Kebutuhan bahan bakar untuk memasak: Dapat dipenuhi dengan memanfaatkan teknologi solar cooker, biogas, briket dari energi biomasa, dll.

d. Kebutuhan energi untuk kegiatan produktivitas seperti produksi hasil pertanian / kehutanan, peternakan, perikanan, industri kecil dan menengah, dsb. Teknologi ET yang dapat dimanfaatkan antara lain ; pengering surya, biogas, biofuel, gasifikasi biomasa, sistem pemompaan tenaga angin, kincir angin untuk tenaga penggerak, dan mikrohidro .

40

MODUL

1PENGANTAR ET


1.6. RINGKASAN

Energi adalah kemampuan untuk melakukan pekerjaan dan berbagai proses kegiatan meliputi listrik, energi mekanik dan panas. Sumber energi adalah sebagian dari sumber daya alam antara lain berupa minyak dan gas bumi, batubara, air, panas bumi, gambut, biomasa dan sebagainya, baik secara langsung maupun tidak langsung dapat dimanfaatkan sebagai energi. Ditinjau dari sudut penyediaannya, energi dapat dikelompokkan menjadi energi baru dan terbarukan (renewable) dan energi non-renewable yang habis pakai, seperti minyak, gas dan batu bara. Energi terbarukan adalah sumber energi yang dihasilkan dari sumberdaya energi yang secara alamiah tidak akan habis dan dapat berkelanjutan jika dikelola dengan baik, antara lain : panas bumi, biofuel, aliran air sungai, panas surya, angin, biomassa, biogas, ombak laut, dan suhu kedalaman laut.

Energi dan daya adalah dua konsep utama dalam sektor energi terbarukan. Standar internasional satuan energi adalah Joule. Simbol untuk joule adalah J. Daya adalah suatu tingkat / laju di mana energi diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, yakni tingkat dimana pekerjaan dilakukan. Satuan daya adalah watt (simbol W). Satu watt nilainya sama dengan satu joule per detik. Nilai kalori atau kandungan energi dari bahan bakar sering dinyatakan dengan menggunakan kWh sebagai satuan energi untuk panas atau listrik yang dihasilkan.

Untuk mengurangi pangsa bahan bakar fosil, terutama untuk pembangkit listrik,

pemerintah telah berinisiatif untuk membuat variasi dari penggunaan sumber daya energi, dari penggunaan bahan bakar fosil ke penggunaan sumber daya energi terbarukan. Potensi sumber energi terbarukan di Indonesia meliputi 4,8 KWh/m2/hari energi surya, 458 MW energi mini/mikro hidro, 49.81 GW Biomassa, 3-6 M/detik tenaga angin, 3 GW nuklir (cadangan uranium), dan total potensial sumber energi hidro diperkirakan 75.67 GW.

Dari aspek teknis, makin banyak komponen dari teknologi energi terbarukan yang kini dapat diproduksi secara lokal di Indonesia, seperti pembangkit tenaga mikro hidro dan biomassa skala kecil. Akan tetapi, pemakaian energi surya (contoh modul PV) dan sistem energi angin masih membawa kandungan impor yang tinggi.

Beberapa kendala dalam pemanfaatan ET adalah sering ditemukan rendahnya kualitas teknologi ET sehingga banyak menimbulkan kegagalan; harga teknologi ET yang belum kompetitif dibanding energi konvensional juga menghambat laju perkembangan pemanfaatan ET; terbatasnya informasi mengenai teknologi ET yang dimiliki masyarakat perdesaan juga menghambat pertumbuhan teknologi ET; dan kurangnya tenaga teknis di lapangan sehingga menyulitkan perawatan setelah pemasangan.

Dasar dari pengembangan energi terbarukan seperti yang dinyatakan dalam Blue Print Pengelolaan Energi Nasional adalah target Pemerintah untuk meningkatkan peranan energi terbarukan dalam total bauran energi nasional dari

1.6. RING

KASAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


kurang dari 4% pada tahun 2007 menjadi 17% pada tahun 2025.

Energi surya merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dimanfaatkan melalui dua macam teknologi yaitu teknologi fotovoltaik (PV) dan teknologi fototermik (surya termal). Teknologi PV mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik melalui perangkat semikonduktor yang disebut sel surya, sedangkan teknologi surya termal memanfaatkan panas dari radiasi matahari dengan menggunakan alat pengumpul panas atau yang biasa disebut kolektor surya.

Energi angin adalah sumber energi terbarukan yang dapat diubah menjadi energi mekanis dan listrik melalui sistem konversi. Energi kinetik yang ditampilkan dalam gerakan angin dapat diubah menjadi energi mekanis untuk mengoperasikan perlengkapan mekanis seperti pompa, kincir, dan lain-lain. Energi mekanis kemudian digukan untuk memutar rotor dalam generator untuk menghasilkan listrik. Kedua proses ini disebut konversi energi angin, sementara sistem atau perlengkapannya disebut sistem konversi energi angin.

Biomassa adalah produk fotosintesa yang menyerap energi matahari dan mengkonversi karbon dioksida dengan air menjadi senyawa karbon, hidrogen dan oksigen. Ada beberapa proses konversi biomassa. Proses konversi yang sederhana adalah dengan mengubah biomassa menjadi briket sehingga mudah disimpan, diangkut, dan mempunyai ukuran dan kualitas yang seragam. Jenis

konversi lain adalah mengubah biomassa melalui proses kimia dan fisika seperti anaerobic digestion (peruraian tanpa bantuan oksigen) yang menghasilkan gas metana. Pirolisis, gasifikasi dan karbonisasi (dekomposisi menggunakan panas) yang menghasilkan produk bahan bakar padat berupa karbon dan produk lain berupa karbon dioksida dan metana. Pengkonversian menjadi bahan bakar cair dapat dilakukan dengan cara kimia esterifikasi (biodiesel) dan secara fermentasi (bioethanol).

Tenaga air sebagai pembangkit tenaga air air skala kecil (disebut Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLMTH), yang sering disebut Mikrohidro), adalah salah satu teknologi pemanfaatan energi yang handal dan hemat biaya, yang dapat dijadikan sebagai pertimbangan dalam penyediaan energi yang ramah lingkungan. Walaupun ada sejumlah definisi yang berbeda, klasifikasi PLTMH berdasarkan standar UNIDO yaitu: Pico Hydro untuk kapasitas <500 W; Micro Hydro untuk 500 W – 100 kW; Mini Hydro untuk 100 kW – 1 MW; Small Hydro untuk 1 MW – 10 MW; dan Full-scale Hydro >10 MW. Teori dasar perhitungan potensi listrik tenaga mikro hidro adalah penentuan debit sungai, tinggi jatuh, potensi hidrolik dan penetapan kapasitas pembangkit.

.

42

MODUL

1PENGANTAR ET


1.7 REFERENSI UTAMA

1. Anderson, T., A. Doig, et al. (2000). Rural Energy Services: A Handbook for Sustainable Energy Development, ITDG Publishing.

2. Daryanto, Energi: Masalah dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan Manusia, 2007.

3. DESDM (2003). Policy On Renewable Energy Development And Energy Conservation (Green Energy). Jakarta

4. DESDM (2004). Kebijakan Energi Nasional 2003-2020 (National energy policy: 2003-2020). Jakarta, Indonesia’s Ministry for Energy and Mineral Resources

5. DESDM (2006). Rencana Umum Kelistrikan Nasional 2006-2026.

6. DESDM (2007). Blue Print Pengelolaan Energi Nasional 2006-2025.

7. http://www.energiterbarukan.net/ index.php?option=com_content&ta sk=view&id=36&Itemid=57. ”Energi surya.” Retrieved 26-08-10.

8. http://www.energiterbarukan.net/ index.php?option=com_content&ta sk=view&id=36&Itemid=57. ”Energi angin.” Retrieved 26-08-10.

9. http://www.energiterbarukan.net/ index.php?option=com_content&ta sk=view&id=36&Itemid=57.”Energi biomassa.” Retrieved 26-08-10.

10. http://www.energiterbarukan.net/ index.php?option=com_content&ta s k = v i e w & i d = 3 6 & I t e m i d = 5 7 . ”Mikrohidro.” Retrieved 26-08-10.

7. http://www.energiterbarukan.net/ index.php?option=com_content&ta sk=view&id=36&Itemid=57.(2007). ”Energi surya.” Retrieved 26-08-1.

8. http://www.energiterbarukan.net/ index.php?option=com_content&ta sk=view&id=36&Itemid=57.(2007). ”Energi angin.” Retrieved 26-08-1.

9. http://www.energiterbarukan.net/ index.php?option=com_content&ta sk=view&id=36&Itemid=57.(2007). ”Energi biomassa.” Ret r i eve d 26-08-

1.6. REFERENSI U

TAMA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

PE

NG

AN

TAR

ET


1.8 EVALUASI KEMAMPUAN

I. Soal-soal Pilihan Ganda

Petunjuk: Pilih salah satu yang paling tepat

1. Berikut ini yang tidak termasuk sumber energi komersial adalah:a. Gasb. Batubarac. Ombak lautd. Kayu

2. Yang tidak termasuk jenis energi terbarukan:a. Energi suryab. Energi anginc. Gas alamd. Biogas

3. Standar internasional untuk satuan Energia. Jouleb. Wattc. Kgd. kWh

4. Satuan daya adalah Watt, yang ekivalen dengan:a. Kg/detikb. J/detikc. kWh/detikd. KJ/detik

5. Teknologi pembangkit listrik energi terbarukan yang mana yang sebagian besar komponennya dapat diproduksi secara lokala. Mikrohidrob. Energi anginc. Energi suryad. Biomassa skala besar

6. Berikut ini yang belum dapat diproduksi secara lokal adalah:a. Sel suryab. Modul PVc. Pengering tenaga suryad. Pemanas air

7. Peraturan yang mengatur Harga Pembelian Tenaga Listrik oleh PLN dari Pembangkit yang menggunakan energi terbarukan adalah:a. Peraturan Pemerintah No.5/2006b. Peraturan Menteri ESDM Nomor 31

Tahun 2009c. Peraturan Pemerintah No.26/2006d. Keputusan Menteri ESDM No.1122

K/30/MEM/2002

8. Target pemanfatan energi terbarukan dalam kebutuhan energi nasional tahun 2025 menurut Cetak Biru Program Penerapan Energi Nasional 2007-2025:a. 5%b. 15%c. 17%d. 20%

9. Jenis teknologi PV yang mensuplai listrik secara terpusat disebut:a. Stand aloneb. Solar Home Systemc. Hybrid systemd. Centralised PV

10. Rata-rata potensi energi angin di Indonesia terletak pada rentang:a. 2.5-5m/sb. 5-7m/sc. 7-10 m/sd. 2-7 m/s

44

MODUL

1PENGANTAR ET


11.Gerakananginyangdigunakanuntukmengoperasikan perlengkapanmekanis seperti pompa, kincir, danmelaluikonversia.Energi mekanik menjadi energikinetik

b.Energi kinetik menjadi energimekanik

c.Energi mekanik menjadi energilistrik

d.Energikinetikmenjadienergilistrik

12.Sumber utama energi biomassaadalah:a.Ampaspengolahankelapasawitb.Ampaskayuc.Ampasberasd.Ampaskelapa

13.KlasifikasiPLTMHberdasarkanstandarUNIDO,rentangkapasitasmikrohidroadalah:a.<500Wb.500W–100kWc.100kW–1MWd.1MW–10MW

14.DidalampenentuandebitdisainsuatuPLTMH untuk menjamin pembangkitdapat beroperasi secara terusmenerus, data debitminimumaliransungaisebaiknyadiambil:a.Selamasatubulanb.Selamamusimkeringc.Selamamusimhujand.Sepanjangtahun

15.Yang tidak merupakan parameterutama dalam menentukan potensihidrolik(Ph)a.debitsungai(Q)b.bedatinggi/head(h)

c.curahhujand.efisiensiturbin

II. Soal Isian

Petunjuk: Isilah Jawaban yang Tepat

1.Jelaskan pengertian Energi, sumberenergidanjenis-jenisnya.

2.ApakahyangdisebutDaya

3.Apakah yang dimaksud dengan energiterbarukan?

4.Jelaskan kendala dalam pemanfaatanenergiterbarukan(ET)untukelektrifikasiperdesaan

5.Jelaskansecarasingkatkebijakanenerginasional dalam rangka mengurangipemakaianenergifosil(minyakbumi)?

6.Apakahdasarkebijakandanperaturanterkait dengan pengembangan energiterbarukan

7.Sebutkanbeberapapenerapanteknologienergi terbarukan di masyarakatperdesaan.

8.JelaskanmekanismekerjaTeknologiPVdanteknologisuryatermal.

9.Sebutkanbeberapa jenispemanfaatanteknologiPV.

10.Jelaskan pemanfaatan energi suryatermal

11.Jelaskanyangdimaksuddenganenergiangin

12.Sebutkan teori dasar perhitunganpotensilistriktenagamikrohidro.

ENERGI SURYAMODUL

2ENERGI SURYA

46

MODUL

2ENERGI SURYA


2.1. TUJUANSetelah mempelajari modul ini, peserta pelatihan diharap-kan:• Mengetahui secara umum mengenai definisi, satuan dan

parameter yang berkaitan dengan energi surya • Mampu mengukur dan mengidentifikasi potensi energi

surya • Memiliki pemahaman yang baik tentang berbagai jenis

teknologi pemanfaatan energi surya• Mampu memilih, merencanakan dan merancang aplikasi

sistem PV• Mampu memilih, merencanakan dan merancang aplikasi

sistem surya termal

MODUL PELATIHAN ENERGI SURYA

2.2. PENGENALAN ENERGI SURYA

• Gambaran Umum

Energi dari matahari tiba dibumi dalam bentuk radiasi elektromagnetik yang mirip dengan gelombang radio tetapi mempunyai kisaran frekwensi yang berbeda. Energi dari matahari tersebut dikenal di Indonesia sebagai energi surya.

Energi surya diukur dengan kepadatan daya pada suatu permukaan daerah penerima dan dikatakan sebagai radiasi surya. Rata-rata nilai dari radiasi surya diluar atmosfir bumi adalah 1353 W/m2, dinyatakan sebagai konstanta surya. Total energi yang sampai pada permukaan horisontal dibumi adalah konstanta surya dikurangi radiasi akibat penyerapan dan pemantulan atmosfer sebelum mencapai bumi dan nilai tersebut disebut sebagai radiasi surya global.

Radiasi surya global terdiri dari radiasi yang langsung memancar dari matahari (direct radiation) dan radiasi sebaran yang dipencarkan oleh molekul gas, debu dan uap air di atmosfer (diffuse radiation).

Gambar 2.1 Radiasi Langsung dan Radiasi Sebaran pada Permukaan Horisontal

2.2. PENG

ENALAN

ENERG

I SURYA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA

47Modul Pelatihan Energi Surya

Insolasi surya adalah intensitas radiasi surya rata-rata yang diterima selama satu jam, dinyatakan dengan lambang I dan satuan W/ m2. Nilai insolasi surya dipengaruhi oleh waktu siklus perputaran bumi, kondisi cuaca meliputi kualitas dan kuantitas awan, pergantian musim dan posisi garis lintang. Variasi insolasi surya secara kualitatif dapat dilihat seperti pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Variasi insolasi surya

Intensitas radiasi surya pada kondisi cerah (clear day) akan bertambah dari pagi, sejak terbit sampai siang hingga tercapainya kondisi puncak dan turun sampai matahari terbenam pada sore hari.

Lamanya matahari bersinar cerah dalam satu hari dinyatakan sebagai jam surya. Untuk Indonesia, jumlah jam surya adalah sekitar 4 - 5 jam per hari. Jumlah intensitas radiasi / insolasi surya yang diterima dalam satu hari dinyatakan dengan satuan kilowatt-hours/m2 (kWh/m2).

Produksi energi surya pada suatu area dapat dihitung sebagai berikut :

Energi surya yang dihasilkan (Watt)= Insolasi surya (W/m2) x luas area (m2)

• Pengukuran Radiasi Surya

Besarnya radiasi surya pada permukaan bumi dapat diukur dengan piranometer.

Gambar 2.3 Piranometer

Piranometer digunakan untuk mengukur intensitas radiasi surya pada permukaan horisontal. Besarnya radiasi surya pada permukaan miring dipengaruhi oleh karakteristik dari permukaan sekitarnya dan berbeda untuk setiap tempat/lokasi. Karena itu pada umumnya hanya digunakan data radiasi surya global untuk menentukan potensi energi surya di suatu lokasi.

Metode dan kondisi pengukuran

Untuk memperoleh data potensi energi surya di suatu lokasi, pengukuran dilakukan selama satu tahun. Dari data radiasi surya selama satu tahun dapat diketahui rata-rata intensitas radiasi harian dan lamanya jam surya yang digunakan untuk menentukan potensi energi surya di suatu lokasi/daerah. Data

Sumber:( M.G. Thomas, 2004)

Sumber:(www.kippzonen.com)

48

MODUL

2ENERGI SURYA


hasil pengukuran radiasi surya tahunan suatu daerah juga dapat diperoleh melalui stasiun meteorologi setempat.

Pengukuran radiasi surya juga dapat dilakukan sesaat pada kondisi cerah. Data hasil pengukuran sesaat ini hanya menggambarkan intensitas radiasi surya saat itu.

• Pemanfaatan Energi Surya

Ada banyak cara pemanfaatan energi surya secara efektif. Secara garis besar, pemanfaatan energi surya dibagi menjadi dua metode, yaitu : (1) Pemanfaatan panas radiasi surya melalui teknologi surya termal dan (2) Pembangkit daya listrik melalui teknologi fotovoltaik (PV).

(1). Pemanfaatan panas radiasi surya (surya termal)

Panas dari radiasi surya dapat dimanfaatkan dengan menggunakan alat pengumpul panas atau yang biasa disebut kolektor surya. Kolektor surya menyerap radiasi surya dan mengkonversinya menjadi energi panas yang digunakan untuk memanaskan air atau udara yang dapat digunakan secara langsung atau pun tidak langsung untuk berbagai aplikasi seperti ; pemanas air (water heater), pengering hasil pertanian (solar dryer), distilasi / desalinasi (solar still), memasak (solar

2.2. PENG

ENALAN

ENERG

I SURYA

Tabel 1. Intensitas Radiasi Matahari di Indonesia

Propinsi Lokasi Tahun Pengukuran Posisi Geografis Intensitas Radiasi

(Wh/m2)

NAD Pidie 1980 4o15’LS;96o52’BT 4.097Sumsel Ogan Komering Ulu 1979-1981 3o10’LS 104o42 BT 4.951Lampung Kab.Lampung Selatan 1972-1979 4o28’LS;105o48’BT 5.234DKI Jakarta Jakarta Utara 1965-1981 6o11’LS;106o05’BT 4.187

Banten Tangerang 1980 6o07’LS; 106o30’ BT 4.324Lebak 1991-1995 6o11’LS;106o30’BT 4.446

Jawa Barat Bogor 1980 6o11’LS; 106o39’BT 2.558Bandung 1980 6o56’LS; 107o38’BT 4.149

Jawa Tengah Semarang 1979-1981 6o59’LS; 110o23’BT 5.488DI Yogyakarta Yogyakarta 1980 7o37’LS; 110o01’BT 4.500Jawa Timur Pacita 1980 7o18’LS; 112o42’BT 4.300KalBar Pontianak 1991-1993 4o36’LS; 9o11’BT 4.552KalTim Kabupaten Berau 1991-1995 0o32’LU; 117o52’BT 4.172

KalSel Kota Baru 1979-1981 3o27’LS; 114o50’BT 4.7961991-1995 3o25’LS; 114o50’BT 4.573

Gorontalo Gorontalo 1991-1995 1o32’LU; 124o55’BT 4.911Sulteng Donggala 1991-1994 0o57’LS; 120o0BT 5.512Papua Jayapura 1992-1994 8o37’LS; 122o12’BT 5.720Bali Denpasar 1977-1979 8o40’LS; 115o13’BT 5.263NTB Kab.Sumbawa 1991-1995 9o37’LS; 120o16’BT 5.747NTT Ngada 1975-1978 10o9’LS; 123o36’BT 5.117

Sumber: BPPT BMG

Gambar 2.4 Teknologi Pemanfaatan Energi Surya

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


cooker), pendingin surya (solar cooling), pembangkit uap/listrik (solar thermal power plant), dan lain-lain.

(2). Pembangkit listrik fotovoltaik (PV)

Energi surya dapat diubah langsung menjadi listrik dengan menggunakan sel surya. Proses konversi energi surya menjadi listrik disebut teknologi fotovoltaik. Pembangkit daya listrik dengan menggunakan teknologi fotovoltaik atau dikenal dengan istilah sistem PV pada awalnya dikembangkan untuk menyediakan listrik peralatan-peralatan didaerah terpencil. Selain dapat digunakan untuk program listrik perdesaan, sistem PV juga dapat dimanfaatkan untuk :

• Lampu penerangan jalan dan lingkungan;

• Penyediaan listrik untuk keperluan penerangan dan pengeras suara di rumah peribadatan

• Penyediaan listrik untuk sarana pelayanan kesehatan, seperti: rumah sakit, Puskesmas, Posyandu, dan Rumah Bersalin;

• Penyediaan listrik untuk Kantor Pelayanan Umum Pemerintah. untuk membantu usaha konservasi energi dan mambantu PLN mengurangi beban puncak disiang hari;

• Untuk pompa air, yang digunakan untuk pengairan irigasi atau sumber air bersih (air minum).

Teknologi pemanfaatan surya termal dan listrik fotovoltaik akan dijelaskan lebih

lanjut dalam sub modul berikutnya.

• Keuntungan dan Kelemahan

Keuntungan pemanfaatan energi surya, antara lain :

• Dapat diperoleh secara gratis di alam

• Ramah lingkungan dan tidak berisik.

• Tidak tergantung pada ketersediaan bahan bakar fosil seperti minyak bumi, gas dan batu bara

• Mempunyai peluang pasar di bidang industri peralatan dan mesin pertanian yang memanfaatkan energi surya

• Dapat diaplikasikan pada berbagai kondisi : daerah terpencil, pegunugan, pantai, daerah bencana, dan sebagainya. Bisa memiliki listrik sendiri tanpa memerlukan jaringan distribusi dari PLN

• Tidak memerlukan biaya operasional

• Instalasi, pengoperasian dan perawatan mudah

• Peralatan untuk pemanfaatan langsung panas radiasi surya (surya termal) mudah dibuat sesuai kebutuhan, fleksibel dan praktis

• Listrik dari energi surya dapat disimpan dalam baterai dan dapat digunakan pada malam hari atau pada saat tidak ada matahari / mendung

• Energi panas dari radiasi surya juga dapat disimpan dalam media seperti air, batu dan material lainnya

50

MODUL

2ENERGI SURYA


Pemanfaatan energi surya juga memiliki beberapa kelemahan, seperti :

• Membutuhkan area yang luas untuk dapat menangkap radiasi matahari sebanyak mungkin

• Biaya investasi cukup tinggi terutama untuk sistem PV

• Efisiensi peralatan energi surya masih rendah

• Membutuhkan komponen tambahan untuk menyimpan energi surya saat tidak ada sinar matahari / malam hari dan secara tidak langsung menambah biaya investasi awal

• Bersifat intermiten / tidak kontinyu (tergantung pada kondisi cuaca)

2.3. FOTO

VOLTAIK (PV)

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


• Prinsip Kerja PV

Fotovoltaik berasal dari bahasa Yunani yang artinya listrik dari cahaya/sinar. Cahaya dari matahari dapat diubah menjadi listrik dengan menggunakan sel surya yang terbuat dari material semikonduktor, seperti silikon.

.

Gambar 2.5 Dari sel surya hingga PLTS (sumber : PT. LEN 2008)

Beberapa sel surya dirangkai menjadi modul/panel surya seperti yang dijual di pasaran kemudian di pasang sebagai sistem pembangkit listrik tenaga surya sesuai dengan kapasitas daya yang dibutuhkan. Listrik yang dihasilkan oleh modul surya dan PLTS kemudian dapat digunakan untuk mengoperasikan peralatan seperti lampu, TV, pompa, kipas, setrika, dan peralatan elektronik lainnya. Skema aplikasi sistem PV dapat dilihat seperti pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Skema Sistem PV (Sumber : Winrock International / Nepal, 2004)

• Komponen Sistem PV

Sistem PV secara umum terdiri atas beberapa komponen, yaitu :

- Modul surya

- Baterai

- Regulator baterai

- Inverter

- Asesoris dan komponen pendukung lainnya

Modul surya

Modul surya adalah komponen utama dalam sistem PV yang mengubah sinar matahari menjadi listrik. Listrik yang dihasilkan adalah listrik arus DC. Kapasitas daya modul surya diukur dalam satuan Watt-peak (Wp) dan merupakan spesifikasi modul surya yang menyatakan besarnya daya yang bisa dihasilkan oleh

2.3.FOTOVOLTAIK (PV)

52

MODUL

2ENERGI SURYA


IlustrasiModul surya dengan kapasitas daya 50 Wp, dapat menghasilkan listrik sebesar :50 W, saat intensitas radiasi surya 1kW/m2 dan

suhu lingkungan 25 0C>50 W, saat intensitas radiasi surya > 1 kW/m2 atau

kondisi cerah<50 W, saat intensitas radiasi surya < 1 kW/m2 atau

mendung / berawan /sore hari ~0.1 W, saat malam hari

modul surya pada saat insolasi surya yang diterima sebesar 1000 W/m2 dan kondisi suhu lingkungan 25 0C. Daya dan arus listrik yang dihasilkan modul surya berubah-ubah tergantung pada besar intensitas radiasi surya yang diterima.

Daya keluaran modul surya juga dipengaruhi oleh faktor lingkungan, bayangan, sudut kemiringan instalasi, dan kebersihan permukaan modul.

Saat ini terdapat beberapa jenis modul surya yang ada di pasaran dengan ukuran daya yang bervariasi. Sebanyak 80 % modul surya dibuat dengan menggunakan sel surya silikon polikristal dan 20 % menggunakan sel surya lapisan tipis amorfous silikon. Modul surya silikon polikristal paling banyak digunakan karena memiliki efisiensi dan life time yang lebih tinggi. Secara fisik modul surya jenis ini

berwarna biru gelap berbeda dengan modul surya lapisan tipis amorfous silikon yang warnanya berubah-ubah. Pertimbangan untuk memilih modul surya yang akan digunakan dalam sistem PV sebaiknya berdasarkan harga per watt peak-nya. Dengan kata lain, modul surya berkapasitas 120 Wp dengan harga 6 juta (50rb/W) lebih ekonomis dibanding modul surya seharga 5 juta dengan kapasitas daya hanya 90 Wp (56ribu/W).

Modul surya menghasilkan listrk dan arus DC. Listrik DC ini dapat digunakan langsung pada beban-beban DC atau dapat juga untuk mengisi aki/baterai. Listrik dari modul surya ini juga dapat digunakan pada peralatan listrik AC dengan menggunakan inverter untuk mengubah arus DC menjadi AC.

Baterai / Aki

Baterai atau istilah umumnya aki berfungsi untuk menyimpan energi dari modul surya sehingga dapat digunakan pada saat tidak ada sinar matahari. Ada beberapa jenis baterai/aki yang dapat digunakan pada sistem PV. Baterai/ aki mobil kurang cocok digunakan pada

SUN-SPP50W SUN-SPP65W SUN-SPM250WGambar 2.7 Solar Modules ( source : PT SUN, 2007)

2.3. FOTO

VOLTAIK (PV)

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


sistem PV karena tidak mampu mengatasi fluktuasi pemakaian (discharge) yang terjadi dalam sistem PV. Jenis barterai/aki yang bisa digunakan antara lain ;

1. Baterai deep cycle Lead acid atau yang biasa digunakan pada mobil golf

2. Baterai yang biasa digunakan pada kapal selam : dapat digunakan selama kurang lebih 2-3 tahun

Gambar 2.8 Baterai /Aki

Ukuran kapasitas baterai dinyatakan dengan satuan ampere-hours (Ah). Baterai dengan kapasitas 100 Ah, tegangan 12 V   dapat menyimpan energi sebesar 1,200 Wh (12 V x 100  Ah). Ukuran baterai yang digunakan pada sistem PV berbeda-beda, tergantung pada kebutuhan beban..Umumnya baterai memiliki efisiensi sekitar  80%.

Regulator Baterai / Battery Control Unit (BCU)

Komponen ini diperlukan untuk mengatur lalu lintas listrik dari modul surya ke baterai / aki dan dari baterai / aki ke beban. Saat baterai/aki sudah penuh maka regulator akan menghentikan proses pengisian listrik dari modul surya ke baterai, begitu sebaliknya. Saat listrik didalam baterai tinggal 20-30 %, regulator akan memutus aliran listrik dari baterai ke beban, begitu

juga sebaliknya.

Gambar 2.9 Regulator Baterai

Inverter

Berfungsi mengubah listrik DC (yang dihasilkan modul atau baterai) menjadi listrik AC yang bisa dimanfaatkan sesuai spesifikasi peralatan elektrik rumah tangga (120 or 240 V AC, 50 or 60 Hz). Inverter banyak terdapat dipasaran dengan ukuran bervariasi mulai dari 250 watts hingga 8,000 watts.

Komponen Pendukung

Selain komponen-komponen utama, sistem PV juga memiliki beberapa asesoris dan komponen pendukung seperti pengkabelan, dan asesoris lain tergantung jenis aplikasinya.

Konfigurasi sistem PV yang lengkap dapat dilihat seperti pada gambar 2.10, yang terdiri dari modul tunggal atau sekelompok modul; baterai atau sekelompok baterai, regulator baterai. kabel penghubung dan peralatan elektronik rumah tangga.

(Winrock International / Nepal, 2004)

54

MODUL

2ENERGI SURYA


Pemanfaatan Teknologi PV

Teknologi PV dapat dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi yang membutuhkan energi listrik. Beberapa pemanfaatan teknologi PV seperti solar home system, lampu jalan tenaga surya dan pemompaan air tenaga surya.

Solar home system (SHS)

SHS merupakan salah satu pemanfaatan teknologi PV skala kecil untuk memenuhi kebutuhan listrik dan penerangan dalam bangunan / rumah. Umumnya SHS terdiri dari Modul surya berkapasitas 50 – 100 Wp, baterai/aki berkapasitas 40-75 Ah, 12 V, regulator baterai, inverter (tergantung jenis beban yang digunakan AC atau DC), dan sistem pengkabelan.

Gambar 2.11 Skema SHS

Selain untuk aplikasi rumah tinggal, SHS juga dapat digunakan pada bangunan fasilitas umum seperti kantor desa, rumah ibadah, puskesmas, toilet umum, dsb.

Lampu jalan tenaga surya

Pemanfaatan lampu jalan dapat menjadi solusi bagi daerah yang masih sulit mendapatkan listrik dan dapat menjamin adanya penerangan yang terus-menerus untuk tempat-tempat yang dirasa perlu memperoleh cahaya di malam hari untuk alasan keamanan. Adanya penerangan jalan menggunakan tenaga surya melepas ketergantungan penerangan jalan dan umum dari arus listrik PLN.

Gambar 2.10 Sistem PV Lengkap

2.3. FOTO

VOLTAIK (PV)


PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


Komponen yang dibutuhkan untuk aplikasi lampu jalan dan lampu taman :

o Modul surya kapasitas 50 – 100 Wp

o Baterry (tergantung kebutuhan dan besar lampu)

o Regulator baterai

o Lampu DC untuk jalan besar (luminance tergantung dari desain dan tinggi lampu.)

o Tiang lampu

Untuk menjaga keefektifan operasi, bisa menggunakan alat untuk menyalakan dan mematikan secara otomatis dengan mengatur waktu penggunaan, ataupun mengukur tingkat cahaya. Alat pengatur ini menghindari penggunaan energi yang boros dan membuat penggunaannya lebih praktis.

Seluruh komponennya menjadi satu kesatuan dan dalam hal ini setiap unit memiliki PV module, alat kontrol dan baterai yang dipasang pada sebuah tiang. Jumlah lampu yang terpasang harus sebanding dengan luas daerah yang akan

diterangi , jenis lampu yang digunakan (besaran watt-nya), perkiraan jumlah jam operasi per hari, dan juga diatur dengan ketinggian tiang yang dipakai.

Pompa air tenaga surya

Energi surya dapat menyuplai air dengan menggunakan pompa air tenaga surya. Sistem pompa ini sangat cocok untuk diterapkan di daerah terpencil untuk memenuhi kebutuhan masyarakat dan irigasi pertanian. Secara umum, air sangat dibutuhkan pada saat matahari bersinar. Modul surya menghasilkan tenaga listrik maksimal pada siang hari, kondisi dimana kita membutuhkan air lebih banyak dari keadaan biasa.

Aplikasi pompa dihubungkan dengan tanki, yang akan diisi pada siang hari disaat matahari bersinar terang. Sistem ini akan bekerja tanpa ekstra biaya harian, karena sumber tenaga dapat secara gratis didapatkan. Sistem ini dapat dengan mudah dipasang dan dibongkar, tanpa

Gambar 2.12 Lampu Jalan Tenaga Surya (sumber : PT indrajaya instrument, 2010)

56

MODUL

2ENERGI SURYA


perlu memikirkan kabel atau genset.

Pada umumnya sistem pompa air tenaga surya terdiri dari modul surya, power conditioner, dan motor-pompa.

Gambar 2.13 Komponen Pompa Surya

Power conditioner merupakan komponen elektrik yang mengatur pemakaian daya listrik dari modul surya ke motor-pompa dan biasanya ditentukan berdasarkan jenis motor yang digunakan. Untuk motor DC, biasanya daya listrik yang diperlukan untuk menggerakkan pompa dikopel langsung dari modul surya atau dengan menggunakan baterai dan alat pengontrol

seperti battery control unit dan switch controller. Apabila menggunakan motor AC diperlukan inverter untuk mengkonversi arus DC menjadi arus AC.

Dalam proses pemompaan, modul surya akan mengkopel langsung arus listrik ke motor DC atau melalui sebuah inverter apabila menggunakan motor AC. Energi listrik dari modul surya dan/atau inverter diubah oleh motor menjadi energi kinetik yang kemudian diubah lagi oleh pompa menjadi tenaga hidrolik berupa jumlah air yang berhasil dipompakan pada ketinggian tertentu. Debit air yang dihasilkan dapat disimpan dalam tanki penampung sehingga tidak perlu menggunakan baterai sebagai penyimpan energi.

Pemipaan yang digunakan tidak jauh berbeda dengan sistem pemipaan pompa

PV Modul PowerConditioner

MotorListrik Pompa

Gambar 2.14 Sistem Pompa Air Tenaga Surya (PT SUN, 2007)

2.3. FOTO

VOLTAIK (PV)

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


air biasa, dapat diinstall dengan biaya yang terjangkau dan dilakukan tanpa peralatan berat dan keahlian khusus untuk instalasi dan operasionalnya. Sistem ini tentunya dapat mengganti sistem pompa air tradisional. Efisiensi dan ekonomis menjadi pertimbangan utama dalam suplai air, hal ini dapat terwujud dengan menginstal sistem pompa tenaga surya. Tidak ada batasan dalam pemasangan sistem tenaga surya, namun lebih ekonomis bila dilakukan dengan instalasi skala kecil pada beberapa titik lokasi dibanding instalasi skala besar pada satu titik lokasi.

• Perancangan Sistem PV

Perancangan sistem PV adalah untuk memilih dan menentukan ukuran komponen yang diperlukan sesuai dengan kebutuhan beban yang diinginkan. Langkah-langkah dalam proses perancangan sistem PV adalah :

Langkah 1 : Menghitung total beban harian yang dibutuhkan (Wh)

a. Buat daftar semua peralatan dan beban listrik yang akan digunakan.

b. Tentukan berapa jam pemakaian dan daya listrik masing-masing beban

peralatan yang digunakan

c. Kalikan lama jam pemakaian dengan daya beban = total energi harian masing-masing beban

d. Untuk masing-masing beban AC, kalikan total kebutuhan energi harian-nya dengan 1.1 atau dengan 1.5 jika sistem juga menggunakan baterai

e. Jumlahkan semua total energi harian masing-masing beban untuk menghitung total kebutuhan energi harian.

f. Contoh perhitungan beban harian seperti pada tabel berikut :

Langkah 2 : Menentukan ketersediaan energi surya (insolasi surya harian)

Ketersedian energi surya di suatu daerah dinyatakan dengan rata-rata insolasi surya harian yang diterima. Untuk Indonesia nilainya adalah sekitar 4.8 kWh/m2. Ketersediaan energi surya ini juga dapat dinyatakan sebagai jam surya (4 jam di Indonesia).

Tabel 2. Ilustrasi perhitungan beban harian (menggunakan baterai)No Jenis

BebanJumlah Daya Listrik

(W)Lama Pemakaian

per hari (h)Total beban

pemakaian per hari (Wh)

1.23

Lampu DCTV 14“, ACRadio, AC

311

105030

12 jam6 jam3 jam

36030090

Total Kebutuhan Beban Harian 750

Contoh perhitungan kapasitas modul surya :Ukuran modul surya = 750 Wh / 4 jam = 188 WApabila menggunakan modul surya bekapasitas 50 Wp, maka dibutuhkan 188 W/50Wp ≈ 4 buah modul surya.

58

MODUL

2ENERGI SURYA


Langkah 3 : Menentukan ukuran modul surya

Ukuran kapasitas modul surya dapat dihitung dengan membagi total kebutuhan energi harian (langkah 1) dengan jumlah jam insolasi surya (langkah 2).

Langkah 4 : Menentukan ukuran baterai / aki

Langkah ini hanya dilakukan apabila anda akan menggunakan baterai dalam sistem PV yang anda rancang. Kapasitas baterai / aki (Ah) dapat ditentukan dengan cara membagi total kebutuhan energi harian dengan tegangan sistem (biasanya 12 V). Hal yang harus dipertimbangkan dalam menentukan ukuran baterai yang akan digunakan dalam sistem PV adalah kondisi saat cuaca mendung/berawan atau hujan seharian. Untuk itu kapasitas baterai harus dirancang agar mampu mensuplai energi listrik lebih dari sehari (biasanya 3-5 hari).

Pada sistem pompa air tenaga surya, perhitungan kapasitas air yang dibutuhkan harus dilakukan terlebih dahulu sebelum menetapkan ukuran daya pompa dan tangki penyimpan. Setelah menetapkan daya pompa, perancangan baru dapat terus dilakukan sesuai dengan langkah-

langkah perancangan sistem PV seperti yang dijelaskan diatas. Perhitungan kapasitas pompa membutuhkan pengetahuan dan ilmu teknis yang cukup dan didalam modul ini tidak akan dibahas lebih lanjut.

• Instalasi Sistem PV

Instalasi sistem PV dapat dilakukan dalam satu hari oleh tenaga professional. Dalam pemasangan sistem PV dan komponen-komponennya perlu diperhatikan hal – hal berikut:

- Instalasi sebaiknya dilakukan pada pagi hari menjelang siang saat tersedia sinar matahari yang cukup untuk membangkitkan listrik dari modul surya.

- Modul surya dipasang di area yang terbuka, tidak tertutup oleh bayangan dari benda-benda di sekitarnya. Modul surya ini diinstal dengan menggunakan bingkai penyangga untuk tempat dudukan modul surya.

- Modul surya dipasang pada posisi miring terhadap permukaan bumi dengan menghadap ke utara (untuk wilayah yang berada di sebelah selatan khatulistiwa, seperti Indonesia). Sudut kemiringan modul surya sama dengan posisi garis lintang lokasi setempat.

- Baterai / aki jangan diletakkan dipermukaan yang mudah lembab

- Aliran udara di tempat pentimpanan baterai harus bagus (tidak boleh diruangan tertutup)

Contoh perhitungan ukuran baterai :Kapasitas baterai harian =

= total kebutuhan energi harian/ tegangan baterai= 750 Wh / 12 V= 62.5 Ah (asumsi cadangan untuk 3 hari mendung)= 187.5 Ah ≈ 2 buah baterai @100 Ah

2.3. FOTO

VOLTAIK (PV)

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


Tabel 3. Sudut kemiringan modul surya = posisi garis lintang lokasi

- Lokasi baterai/aki harus jauh dari jangkauan anak-anak dan binatang

- Semua peralatan dan asesoris seperti kabel-kabel, dudukan modul, dan sebagainya yang terletak diluar ruangan harus resistan terhadap sinar matahari

- Posisi regulator harus mudah diakses, untuk memudahkan perawatan dan pengecekan apabila terjadi masalah

• Pengoperasian dan Perawatan Sistem PV

Pengoperasian dan perawatan sistem PV sangat mudah dan dapat dilakukan oleh setiap orang yang memiliki sedikit pengetahuan tentang PV. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pengoperasian dan perawatan sistem PV antara lain :

- Jangan ada kotoran, daun, dan sebagainya yang menempel di permukaan modul surya

- Apabila kotor atau berdebu, modul surya cukup dilap dengan kain bersih di saat intensitas radiasi surya rendah

- Periksa sambungan kabel – kabel secara berkala (missal : satu kali sebulan)

- Tinjau kembali daya keluaran sistem (modul surya dan baterai) dua kali setahun untuk memastikan kinerja sistem masih sesuai dengan desain awal sekaligus untuk mengecek ada kerusakan atau tidak di dalam sistem PV

- Periksa kadar air baterai/aki apabila menggunakan baterai basah

- Lakukan penggantian baterai sesuai standar umur baterai/aki yang digunakan (Baterai/aki kering atau lead acid memiliki umur 3-5 tahun)

• Biaya – Biaya

Biaya yang dibutuhkan untuk sistem PV lengkap tergantung pada ukuran kapasitas sistem dan komponen yang digunakan. Biaya investasi sistem PV cukup tinggi dengan komposisi 60 % untuk biaya modul surya dan baterai, 40 % untuk biaya regulator, beban, asesoris dan instalasi.

Berikut ini biaya beberapa komponen :- PV modules ≈ Rp 50.000,- /Wp- Sistem baterai ≈ Rp 1 juta,-/kWh

kapasitas- Inverter ≈ Rp 5.000,-/W - Peralatan kontrol ≈ Rp 5.000,-/Wp - Kabel ≈-Rp 7.000,-/m

Gambaran biaya investasi dapat dilihat seperti pada tabel berikut:

Tabel 4. Biaya Investasi Sistem PV

Garis Lintang

Sudut Kemiringan

0-15o 15o

15-25o 25o

25-30o 30o

30-35o 40o

35-40o 45o

40-90o 65o

System power Investment costs

100 - 500 Wp 10 - 15 €/Wp

1 - 4 kWp 8 - 12 €/Wp Sumber: www.pvresources.com, 2009

60

MODUL

2ENERGI SURYA


Tidak ada biaya khusus untuk pengoperasian dan perawatan sistem PV, kecuali untuk penggantian baterai/aki.

• Aplikasi PV di Indonesia

(Studi Kasus)

1. Solar Home System (SHS)

yang ada di Indonesia cukup banyak, diantaranya :

a. SHS di Penjaliran Timur, Kepulauan Seribu

SHS yang ada di daerah ini dimanfaatkan untuk kebutuhan penerangan rumah dan menyalakan alat-alat elektronik seperti TV dan computer. Spesifikasi SHS yang digunakan adalah : 2 x PV module @50 Wp, 2 Battery @ 55Ah, dan 2 pcs charge controller. Sistem ini dapat menyalakan 4 buah lampu Philips 10 W, 1 TV LCD 14” and 1 kipas angin.

Gambar 2.15 SHS Penjaliran, Kep. Seribu (PT SUN,2007)

b. SHS untuk tempat ibadah di Biak, Papua

Gambar 2.16 SHS Biak, Papua Specification : 1. 1 PV modlue @ 50 Wp, 12 V, Polikristalin2. 3 Lamp 10 W DC3. 1 Battery, 55 Ah, 12 V, lead acid4. 1 Charge regulator / BCU5. Price: Rp.4.000.000.-/unit

Lessons learned

SHS yang ada di kedua lokasi tersebut sangat bermanfaat bagi masyarakat setempat. Kedua sistem tersebut dimanfaatkan untuk kepentingan umum dan dikelola dengan baik. Sosialisasi dan bimbingan teknis juga diberikan kepada masyarakat desa agar dapat mengoperasikan dan merawat sistem tersebut.

2.3. FOTO

VOLTAIK (PV)

(PT SUN,2007)

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


2. Lampu Jalan Tenaga Surya di UMM, Malang

Gambar 2.17 Lampu Jalan Tenaga Surya, UMM (P3TKEBT-ESDM, 2008)

Lessons learned

Pada aplikasinya, sistem lampu jalan tenaga surya yang ada di Univeristas Muhammadiyah ini kurang efisien karena lampu yang digunakan terlalu kecil dan jarak antara satu tiang dengan tiang lampu yang lain juga cukup jauh sehingga cahaya yang dihasilkan kurang cukup menerangi area disekitarnya. Untuk memperoleh sistem yang lebih efisien ukuran beban lampu perlu ditambah. Penggunaan material bamboo / kayu untuk tiang dapat dipertimbangkan untuk mengurangi biaya pembuatan lampu jalan tenaga surya. Komponen elektronik seperti ballast inverter sering rusak sehingga lampu sering mati. Untuk mengatasi ini lampu sebaiknya diganti dengan lampu DC.

3. Pompa Air Tenaga Surya di Desa Sura, Kecamatan Kaliori, Kabupaten Banyumas

Spesifikasi :o 9 PV modul surya @100 Wp o Pompa air 600 Watt o 2 tangki penyimpan @10.000 litreso 1 tangki penyimpan kapasitas 11.25 m3

o Sistem kontrol (power conditioner)

Pompa air memperoleh pasokan listrik secara berkesinambungan setiap harinya hingga 1.300 wat dari sembilan modul PV . Sistem pompa air tenaga surya ini secara otomatis beroperasi pada pukul 06.00, saat matahari terbit dan akan berhenti beroperasi jika dua drum berkapasitas 10.000 liter dan tandon pada menara air berkapasitas 11,25 meter kubik sebagai penampung air.

Lessons learned

Sistem ini adalah hibah dari pemerintah dan tidak dikelola dengan baik oleh masyarakat setempat. Tidak ada yang bertanggung jawab untuk mengoperasikan, merawat dan mengelola sistem pompa surya tersebut sehingga fungsinya menjadi tidak maksimal dalam memenuhi kebutuhan air masyarakat setempat. Disamping itu desa / RW tetangga juga menuntut suplai air dari sistem tersebut sehingga air harus dibagi dan hanya mampu memenuhi kebutuhan mencuci, itupun tidak setiap hari. Untuk menghindari hal serupa perlu dilakukan perencanaan yang matang, baik dari segi desain sistem maupun pengelolaan yang baik agar sistem dapat bekerja sebagaimanamestinya.

62

MODUL

2ENERGI SURYA


2.4. SURYA TERMALSurya termal adalah teknologi yang mengubah radiasi matahari menjadi energi panas dengan menggunakan alat pengumpul panas atau yang biasa disebut kolektor surya.

• Kolektor Surya

Prinsip kerja kolektor surya

Kolektor surya merupakan piranti utama dalam sistem surya termal yang berfungsi mengumpulkan dan menyerap radiasi sinar matahari dan mengkonversinya menjadi energi panas. Ketika cahaya matahari menimpa absorber pada kolektor surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya untuk kemudian dimanfaatkan pada berbagai aplikasi yang membutuhkan panas.

Tipe kolektor surya

Kinerja sistem surya termal sangat dipengaruhi oleh rancangan dan pemilihan jenis kolektor surya, desain sistem / aplikasi , serta pemilihan material. Kolektor surya dapat dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran tergantung pada aplikasi yang dibutuhkan. Saat ini terdapat berbagai jenis kolektor surya termal, antara lain ;

1. Kolektor surya pelat datar

Kolektor surya pelat datar merupakan jenis kolektor yang saat ini sudah banyak dipasaran. Kolektor ini umumnya digunakan untuk memanaskan air atau udara dengan suhu operasi yang cukup rendah, yaitu dibawah 800C. Ciri khas kolektor pelat datar adalah berupa kotak logam/baja terisolasi yang memiliki pelat penyerap (absorber) berwarna hitam dan ditutupi oleh lapisan kaca/plastik transparan/tembus cahaya. Kolektor jenis ini bekerja seperi efek rumah kaca yang menjebak panas didalam pelat kaca transparan dan kemudian mentransfernya ke fluida cair atau udara. Keuntungan kolektor surya jenis ini adalah tidak membutuhkan biaya yang tinggi dan dapat menerima radiasi surya langsung maupun radiasi sebaran.

Kolektor surya pelat datar pada umumnya terdiri dari komponen-komponen, seperti :

a. Lapisan penutup (cover)

◦ Berfungsi melewatkan sinar radiasi agar diterima oleh pelat penyerap dan mengurangi jumlah panas yang keluar dari kolektor

b. Pelat penyerap (absorber)

◦ Berfungsi menyerap sinar matahari sebanyak mungkin dan merubahnya menjadi energi panas untuk ditransfer

2.4. SURYA TERM

AL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


ke fluida pemanas (cairan atau udara)

◦ Biasanya berwarna gelap

◦ Material yang biasa digunakan adalah tembaga, aluminium dan baja tahan karat

c. Penyekat / isolasi (insulation)

◦ Berfungsi untuk meminimalisir panas yang hilang dari absorber menuju lingkungan

d. Frame / Casing

◦ Berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor

2. Kolektor tabung hampa (/vacuum tube collector)

Jenis ini dirancang untuk menghasilkan energi panas dengan temperatur yang lebih tinggi. Keistimewaannya terletak pada efisiensi transfer panasnya yang tinggi tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal ini dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan cover-nya dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi

(sumber : Stichting Tool, 1990)

(sumber : www.powerfromthesun.net)

(www.solar-panels-online.com

Kolektor Surya Pemanas Air

Gambar 2.18 Kolektor Surya Pelat Datar

Kolektor Surya Pemanas Udara

Gambar 2.19 Kolektor Surya Tabung Hampa

64

MODUL

2ENERGI SURYA


kehilangan panas yang terjadi dari permukaan luar absorber menuju lingkungan.

Kolektor jenis ini menggunakan teknologi tinggi dan mahal sehingga lebih sesuai untuk aplikasi besar seperti sistem pendingin dan pembangkit listrik.

3. Kolektor parabola / konsentrator

Jenis ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada temperature tinggi > 100 0C. Kolektor surya jenis ini mampu memfokuskan energi radiasi cahaya matahari pada suatu receiver, sehingga dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh absorber. Komponen konsentrator harus terbuat dari material dengan transmisivitas tinggi.

Pemasangan kolektor surya

Kolektor surya harus dipasang menghadap matahari. Pada pagi hari menghadap timur, siang menghadap utara / selatan, sore menghadap barat untuk yang halamannya luas. Bagi yang halamannya sempit arahkan ke utara bila berada disebelah selatan khatulistiwa dan arahkan ke selatan bagi yang bertempat tinggal di sebelah utara khatulistiwa. Pengaturan arah kolektor surya ini diperlukan untuk mendapatkan intensitas radiasi surya yang optimal.

2.4. SURYA TERM

AL


Gambar 2.20 Kolektor Surya Parabola / Konsentrator

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


• Pemanfaatan Teknologi Surya Termal

Aplikasi pemanfaatan teknologi surya termal / kolektor surya dibedakan atas :

1. Aplikasi skala rendah (temperatur kerja lebih kecil, maksimal 60 oC)

- Menggunakan teknologi sederhana untuk aplikasi pemanas air rumah tangga, pemanas kolam (solar pond), pengering hasil panen dengan menggunakan teknologi efek rumah kaca, dll

2. Aplikasi skala menengah (temperatur kerja antara 60 -120 oC)

- Menggunakan teknologi madya untuk aplikasi sistem pemanas air bangunan komersial, memasak (kompor surya), pengering, penyuling air, sterilisator.

3. Aplikasi skala tinggi (temperatur kerja antara > 120 oC)

- Menggunakan teknologi tinggi (seperti kolektor tabung hampa/vacuum tube collector, concentrator solar power/ CSP, heat pipe dll) untuk aplikasi pendinginan (AC/ kulkas) dan sistem pembangkit listrik skala besar.

Pemanfaatan surya termal yang sesuai untuk daerah pedesaan adalah aplikasi skala kecil dan menengah, seperti memasak (kompor surya), pengeringan dan penyulingan air minum (desalinasi)

-

Gambar 2.21 Aplikasi Surya Termal

.

Kompor surya

Ketergantungan masyarakat pedesaan terhadap kebutuhan bahan bakar seperti minyak tanah, gas dan dan kayu bakar untuk memasak dapat diatasi dengan memanfaatkan kompor/oven surya. Kompor dan oven surya adalah salah satu bentuk kolektor surya yang digunakan sebagai perangkat memasak.

Secara umum kompor surya dibedakan atas beberapa tipe, yaitu ;

1. Kompor surya tipe kotak / oven surya

Kompor surya tipe ini berbentuk kotak kedap udara dengan interior berwarna gelap dan penutup bagian atas yang terbuat dari kaca/cermin untuk menjebak panas matahari didalam kotak. Prinsip kerjanya sama dengan kolektor surya pelat datar. Kompor tipe ini disebut juga oven surya karena bentuknya menyerupai oven.

Kompor masak kompor masak

(AOTS-EBARA-AIT, 2003)

66

MODUL

2ENERGI SURYA


Gambar 2.22 Kompor Surya Tipe Kotak / Oven surya

Cara Membuat

Kompor berbentuk kotak dapat dibuat sendiri dengan menggunakan bahan seadanya atau dibuat oleh pabrik untuk dijual. Bentuknya berkisar dari kompor dari kardus kecil, cocok untuk memasak satu jenis masakan pada saat hari terang hingga kompor dari bahan kayu dan gelas yang dibangun di bagian rumah yang paling banyak kena sinar matahari. Isolasi panas pada bagian dalam kompor berbentuk kotak ini harus mampu menahan panas hingga 150 °C tanpa meleleh atau menghasilkan gas. Remasan kertas, wol, sisa kain, rumput kering, potongan kardus, dan sebagainya dapat digunakan sebagai isolasi panas pada dinding kompor. Bagian tutup yang transparan terbuat dari gelas, yang tahan lama tapi sulit penggunaannya atau kantong plastik oven tahan panas yang lebih mudah digunakan, ringan dan murah tapi tidak tahan lama. Jika panci

dan/atau bahan bagian dasar kompor berwarna hitam sulit didapatkan, bisa dengan menggunakan cat semprot hitam (yang tidak beracun ketika panas), cat tempera hitam (cat berbahan dasar telur), atau jelaga pada bagian-bagian yang sebaiknya berwarna gelap.

Pengoperasian oven surya sangat simpel dan mudah, tetapi waktu yang diperlukan untuk memasak nasi sekitar 3-5 jam. Meskipun suhu didalam oven surya tidak sepanas oven konvensional, hanya bisa mencapai 150°C tetapi masih dapat mematangkan makanan dalam waktu yang lebih lama. Makanan yang mengandung air tidak akan dapat mencapai panas lebih dari 100°C. Kompor juga dapat digunakan untuk menghangatkan makanan dan minuman serta untuk mempasturisasi air dan susu. Karena tidak dapat mencapai temperatur yang tinggi, makanan dapat dimasak sepanjang hari tanpa khawatir menjadi hangus. Namun demikian, memasak dengan kompor ini sebaiknya dilakukan sebelum tengah hari. Oven surya dengan luas permukaan 0.25 m2 memiliki kapasitas sebesar 4 kg dan dapat memenuhi kebutuhan keluarga beranggota 5 orang.

Kelebihan oven surya : Bisa memasak beberapa makanan sekaligus, ringan dan portable, mudah pengoperasian dan perawatannya, bisa menyimpan makanan hangat hingga malam, mudah dibuat dan murah.

Kelemahan oven surya : proses memasak lama dan tergantung cuaca, tidak bisa digunakan untuk menggoreng dan memanggang.

2.4. SURYA TERM

AL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


2. Kompor surya tipe parabola/konsentrator

Prinsip kerja kompor parabola ini mirip sama dengan kolektor parabola/konsentrator. Kompor parabola terdiri atas sekumpulan cermin pemantul yang disusun berbentuk parabola dan dilengkapi dengan tempat panci di titik fokus parabola yang berfungsi sebagai receiver. Cermin parabola akan memfokuskan sinar radiasi surya ke arah panci untuk memasak makanan yang ada didalam panci. Kompor jenis ini biasanya digunakan untuk memasak dalam skala besar.

Gambar 2.23 Kompor Surya Parabola

Kolektor parabola berukuran 1.25 m2 dapat memasak 1 liter air selama lebih kurang 15 menit. Energi yang dihasilkan setara dengan daya 350 W pada hari cerah.

Kelebihan kompor surya parabola antara lain : proses memasak cepat, bisa

memasak hmpir semua jenis makanan dan bisa untuk memanggang.

Kelemahan menggunakan kompor jenis ini adalah kompor ini cukup sulit dibuat, membutuhkan area yang luas dan selama memasak membutuhkan pengaturan dan pengawasan agar dapat beroperasi dengan aman (karena biasanya kompor parabolik memantulkan cahaya matahari yang berbahaya bagi mata). Selain itu juga kurang praktis dan ergonomis karena harus dilakukan di bawah terik matahari.

3. Kompor surya tipe panel

Kompor panel merupakan kombinasi antara kompor parabola dengan oven surya. Kompor jenis ini yang paling banyak digunakan karena memiliki berbagai keunggulan, diantaranya adalah temperature yang dihasilkan tidak sepanas kompor parabola sehingga relatif aman, bentuknya yang flat juga aman bagi mata, mudah diproduksi dengan teknologi sederhana dan biaya yang murah, serta mudah dibawa dan disimpan.

Gambar 2.24 Kompor Surya Tipe Panel

(www.solarcooking.org)

(www.solarcooking.org)

68

MODUL

2ENERGI SURYA


Kompor surya berbentuk panel ini sangat murah biayanya, terbuat dari panel yang berkilat untuk mengarahkan sinar matahari pada panci pemasak yang diselubungi oleh kantong plastik (tahan panas). Kompor jenis ini seringkali diproduksi secara lokal dengan cara menempelkan bahan pemantul cahaya seperti kertas aluminium di atas kepingan karton/kardus yang dipotong secara khusus. Kompor jenis ini ringan dan dapat disimpan dengan cara melipatnya. Jika kompor ini dipasang, ukurannya sekitar 1 m x 1.3 m. dengan biaya pembuatannya berkisar Rp 50.000,-/ kompor.

Kompor surya ini dapat menghasilkan panas yang rendah sampai dengan sedang dan mudah mencapai temperatur untuk mempasteurisasikan air atau memasak beras. Pada hari yang cerah, kompor panel ini dapat mengumpulkan tenaga matahari cukup untuk memasak nasi, daging atau sayuran bagi keluarga dengan tiga sampai empat orang anak. Keluarga yang lebih besar jumlahnya dapat menggunakan 2 buah kompor atau lebih.

Pengoperasian kompor panel ini harus dilipat terlebih dahulu hingga berbentuk mangkuk. Makanan ditempatkan dalam panci berwarna gelap dan tertutup rapat. Kemudian panci dibungkus dengan plastik bening yang diikat atau dijepit erat dan diletakkan di dalam kompor. Kompor ditempatkan di bawah matahari hingga makanan matang, umumnya membutuhkan waktu beberapa jam untuk memasak makanan bagi sebuah keluarga. Untuk mempercepat waktu memasak, panci dapat ditaruh di atas tongkat

atau kawat sehingga udara panas dapat bersirkulasi di bawahnya. Kantong plastik tahan panas (yang biasa digunakan untuk memanggang dalam oven konvensional) dapat digunakan kembali selama lebih dari sebulan. Namun demikian, kantong plastik jenis apapun dapat digunakan asalkan kantong plastiknya tidak langsung bersentuhan dengan panci yang panas dan menjadi meleleh, misalnya dengan memasang rak kawat atau tongkat. Fungsi kantong plastik ini adalah untuk memerangkap udara panas di sekitar panci. Hal ini tidak diperlukan pada hari yang sangat cerah dan tak berangin.

Kelemahan kompor panel ini sama dengan jenis kompor sebelumnya yaitu harus dilakukan di luar ruangan.

4. Sistem kompor surya indoor

Memasak menggunakan energi surya juga dapat dilakukan di dalam ruangan, yaitu membuat sistem kompor surya dengan menggunakan kolektor surya parabola atau tabung hampa. Prinsip kerja sistem kompor surya indoor ini adalah mengalirkan/ mengarahkan panas yang dihasilkan oleh kolektor surya ke dalam ruang memasak/dapur.

Perawatan kompor surya tidak terlalu sukar. Kaca reflektor harus secara rutin dibersihkan dengan menggunakan lap. Bila terkena tumpahan kuah/minyak, kaca harus dicuci dengan sabun. Meski tanpa perawatan selama 3 bulan, kompor surya masih dapat berfungsi dengan baik.

2.5. PENG

ERING

TENAG

A SURYA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


Gambar 2.25a Sistem Kompor Surya Indoor Berbentuk Parabola (Sumber: JurnalNasional, 2007)

Gambar 2.25b Kompor Surya Indoor Menggunakan Kolektor Surya Tabung Hampa (Sumber: Sun2Steam, 2008)

Gambar 2.25c. Kolektor surya tabung hampa mengubah radiasi matahari menjadi uap panas dan dialirkan ke steamer berisi makanan yang akan dimasak / dipanaskan. Steamer dapat

diletakkan di dalam ruangan (Sumber: Sun2Steam,2008)

70

MODUL

2ENERGI SURYA


2.5. PENGERING TENAGA SURYAEnergi surya dapat dimanfaatkan untuk mengeringkan produk hasil pertanian, perikanan dan sebagainya. Pada dasarnya prinsip kerja pengering surya terbagi dua, yaitu :

1. Cara Langsung, dimana produk yang akan dikeringkan langsung menerima paparan sinar matahari. Contoh teknologi ini antara lain :

a. Rak terbuka (penjemuran tradisional)

b. Rak tertutup (efek rumah kaca)

c. Boks yang diisolasi dan dilengkapi dengan bahan penyerap (menggunakan prinsip kolektor surya pelat datar)

2. Cara Tidak Langsung, dengan metode ini udara dipanaskan di ruang terpisah kemudian baru dialirkan ke produk yang akan dikeringkan. Jadi produk tidak langsung terpapar sinar matahari. Rancangan konstruksi untuk sistem pengering ini dapat bervariasi, diantaranya dengan menambahkan komponen kipas/ blower dan cerobong guna meningkatkan sirkulasi udara dan efisiensi.

Pengering tenaga surya dapat digunakan untuk mengeringkan hasil :

1. Pertanian dan perkebunan : padi, jagung, kacang tanah, cengkeh, kopi, lada, teh dan sebagainya

2. Perikanan : pembuatan ikan asin, tepung ikan

3. Industri : kerupuk, emping, dan produk industri lainnya yang biasa dijemur.

2.5. PENG

ERING

TENAG

A SURYA

Gambar 2.26 Sistem Pengering Surya Cara Langsung

(sumber : Stichting TOOL, 1990)

Gambar 2.27 Sistem Pengering Surya Cara Tidak Langsung

(sumber : Stichting TOOL, 1990)

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


Cara menggunakan pengering surya

- Untuk tipe tak langsung, arahkan kolektor ke matahari

- Masukkan bahan-bahan yang akan dikeringkan ke dalam rak pengering, tutup pintunya

- Tunggu hingga proses pengeringan selesai

Perawatan pengering surya :

- Bersihkan penutup kaca dari debu atau kotoran lain dengan kain lap basah lalu disiram air. Kaca yang kurang bersih akan memperlambat proses pengeringan

- Bila kolektor atau ruang pengering kemasukan daun kering, kertas, atau kotoran harus dibersihkan dengan disiram air

- Kurang lebih 2 tahun sekali kolektor dan bagian-bagian luar serta kerangka di cat hitam kembali supaya kerjanya tetap optimal

Keuntungan pengering surya :

- Murah, karena sumber energinya langsung dari matahari

- Bahan yang dikeringkan bersih, tidak kena debu dan aman dari gangguan ayam, burung, hewan, dan lainnya

- Proses pengeringan lebih cepat dibanding dijemur secara terbuka

- Bahan yang dikeringkan tidak perlu di bolak balik dan saat hujan turun kita tidak perlu mengangkatnya

- Dapat digunakan untuk mengeringkan berbagai bahan

- Tahan lama bisa sampai 15 – 25 tahun

• Penyuling air tenaga surya /distilasi surya

Penyuling air tenaga surya dapat digunakan untuk menjernihkan air laut, dan air yang terkontaminasi hingga layak dimanfaatkan untuk minum, memasak, mencuci dan sebagainya.

Keterangan gambar :1. Kaca penutup2. Kanal3. Plat Penyerap4. Basin5. Isolasi6. Rangka7. Tabung, tempat air bersih8. Pipa9. Katup10. Resevoir air laut

Gambar 2.28 Penyuling Air Tenaga Surya (SUMBER Univ-Bung Hatta, 2007)

72

MODUL

2ENERGI SURYA


Prinsip kerja distilasi surya :

Radiasi surya menembus kaca penutup dan mengenai permukaan dari plat penyerap, maka plat penyerap akan panas, dan energi panas dari plat penyerap akan memanasi air yang ada didalam kolam (basin). Air akan menguap dan berkumpul dibawah permukaan kaca penutup. Karena temperatur udara di dalam basin lebih tinggi dari pada temperatur lingkungan, maka terjadi kondensasi yaitu uap berubah menjadi cair dan melekat pada kaca penutup bagian dalam. Cairan (air bersih) akan mengalir mengikuti kemiringan kaca penutup dan masuk kedalam kanal, terus mengalir ke tempat penampungan air bersih. Sedangkan material/kotoran yang terdapat dalam air akan tinggal diatas plat penyerap.

Penyuling air tenaga surya ini dapat menjadi sumber potensial bagi penyediaan air minum untuk konsumsi manusia maupun ternak di daerah terpencil dengan tingkat radiasi surya yang tinggi, dimana hanya tersedia air payau atau air asin.

• Contoh Kasus Aplikasi Surya Termal di Indonesia

1. Kompor surya Pak Minto, Madiun – Jawa Timur

Kompor produksi Minto adalah kompor parabola yangterdiri dari sebuah lensa cekung berukuran besar, terbuat dari himpunan kotak-kotak kaca. Di atas lensa tersebut diletakkan tempat memasak yang dibuat dari besi. Jika mentari bersinar, kompor ini mampu mendidihkan satu liter air dalam tempo dua menit. Kapasitas maksimal air yang dapat dimasak adalah 20 liter, dengan suhu maksimal 750 derajat Celsius. Kompor tersebut juga dapat memasak ketela pohon hingga matang dalam tempo 20 menit.

Harga kompor sura Pak Minto untuk yang berdiameter 1,5 meter harganya Rp 800.000, sedangkan yang 2,67 meter Rp 2 juta. Umur kompor tenaga surya ini bisa bertahan 25 sampai 50 tahun.

2.5. PENG

ERING

TENAG

A SURYA

Gambar 2.29 Kompor Surya Pak Minto 2005

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


Lessons Learned

Kompor surya Pak Minto ini berefisiensi tinggi namun kurang praktis karena ukurannya yang besar dan hanya bisa dilakukan dibawah terik matahari. Pengembangan desain kompor perlu dilakukan agar kompor ini dapat lebih praktis digunakan.

2. Pengering surya rumah kaca

Pengering surya ini dapat dioperasikan 24 jam per hari, dan dapat dioperasikan di daerah terpencil sekalipun.

Lemari pengering berbentuk segi enam dimana didalamnya terdapat rak-rak pengering tempat meletakkan produk yang akan dikeringkan, berkapasitas 25m² lantai pengeringan, tetapi hanya memerlukan lahan + 9m², sehingga sangat hemat tempat. Rak pengering dapat diputar 360º untuk menghasilkan

pengeringan yang merata.

Suhu ruang pengering dapat mencapai 20º C lebih tinggi dari ambient temperatur, dan mampu mengeringkan produk dalam 20 jam.

Lessons learned

Sistem ini memanfaatkan tiga sumber energi: Energy surya (Solar photovoltaic/PLTS yang menghasilkan listrik untuk menggerakkan fan sirkulasi udara, dan Surya termal melalui efek rumah kaca, green house effect, sebagai sumber energi panas untuk pengeringan); Energy Angin (berupa turbin ventilator untuk membantu sirkulasi udara); dan Biomasa (berupa tungku biomassa, seperti batu bara atau arang kayu, untuk mensuplai panas yang dibutuhkan jika tidak ada cahaya matahari atau jika diperlukan panas tambahan) sehingga sistem dapat beroperasi selama 24 jam

Gambar 2.30 Pengering Surya Hibrida (sumber : PT. Azet Surya Lestari 2005)

74

MODUL

2ENERGI SURYA


3. Air suling tenaga surya, Madiun

Sistem penyuling air tenaga surya / rumah suling telah dibangun di Desa Mruwak, Kabupaten Madiun, dengan ukuran panjang : 13 meter dan lebar 12 meter. Bangunan rumah suling ini menggunakan konstruksi besi dan pada atapnya terdapat 6 buah kolektor surya.

Puncak atap rumah suling berbentuk limas segitiga yang terbuat dari kaca bening dengan ketebalan 0,5 cm. Puncak atap ini berfungsi sebagai tempat pengembunan air yang hasil embunannya akan ditampung sebagai air minum untuk dikonsumsi. Dibawah tempat pengembunan, terdapat bak penampung air panas yang dihasilkan dari kolektor yang berupa kotak persegi. Air di dalam bak penampungan dapat digunakan untuk mandi air panas.

Spesifikasi dari rumah suling tersebut adalah sebagai berikut :

1. Luas rumah = 12 x 13 m = 156 m2.

2. Tinggi rumah = 9.90 meter

3. Jumlah Kolektor = 6 unit

4. Panjang kolektor per unit = 6 meter

5. Lebar kolektor per unit = 2.4 meter

6. Kemiringan Kolektor = 35 oC.

7. Kapasitas tangki air = 1600 liter

Rumah suling tenaga surya ini dapat menghasilkan 150 liter / hari air suling yang layak untuk diminum.

Lessons learned

Sistem penyuling air tenaga surya ini membutuhkan lahan yang sangat luas dan investasi yang cukup mahal. Namun keuntungan yang dapat dihasilkan dengan adanya rumah suling ini adalah dapat menghemat pemakaian bahan bakar minyak tanah sekitar 3 liter per hari. Selain itu air suling yang dihasilkan dapat dijual sehingga menambah pendapatan.

2.6. RING

KASAN

Gambar 2.31. Rumah Suling Tenaga Surya (sumber : P3TKEBT, 2004)

Gambar 2.32 Air Bersih Hasil Penyulingan (sumber : P3TKEBT, 2004)

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


2.6. RINGKASANEnergi surya adalah energi yang dihasilkan dari matahari. Sinar matahari dapat dimanfaatkan dengan menggunakan dua macam teknologi yaitu teknologi fotovoltaik (PV) dan teknologi surya termal. Teknologi fotovoltaik dapat mengubah sinar radiasi surya menjadi listrik dengan menggunakan modul surya. Listrik yang dihasilkan dapat dimanfaatkan langsung untuk mengoperasikan peralatan elektronik seperti lampu, TV, pompa air, kipas angin, dan lain-lain. Teknologi surya termal menyerap panas dari radiasi surya melalui kolektor surya. Panas yang dihasilkan oleh kolektor dimanfaatkan untuk berbagai keperluan yang membutuhkan panas seperti memasak, pengeringan, penyulingan air, dan sebagainya.

Sistem PV hanya dapat dirancang konfigurasi dan ukuran/kapasitas sistem/komponen tanpa perlu membuat komponen-komponen sistem karena sudah tersedia di pasaran. Untuk membuat komponen sistem PV seperti modul surya, baterai dan lain-lain membutuhkan teknologi tinggi dan tidak bisa dibuat oleh industri kecil menengah. Sedangkan aplikasi sistem surya termal seperti kompor surya, pengering tenaga surya, penyuling air tenaga surya dan aplikasi lainnya dapat dibuat secara sederhana oleh masyarakat awam sekalipun. Bahan dan material yang dibutuhkan cukup murah dan banyak tersedia.

2.7 REFERENSI UTAMA1. Anonim (2001), Panduan Alat Pengering

Surya Termal untuk Pengering Hasil Pertanian dan Perikanan, Ditjen LPE-ESDM.

2. Arismunandar Wiranto (1995), Teknologi Rekasaya Surya, Jakarta, PT. Pradnya Paramita.

3. Heinz-Joachim, Dr. (2008), Solar Steam Cooker, Sun2Steam PTY LTD, Australia.

4. Jeffrey Gordon (2001), Solar Energy: The State of The Art, ISES Position Paper.

5. Patel Mukund R. (2006), “Wind and Solar Power System”, Taylor and Francis Group.

6. P3TKEBT (2004), Proyek Pengembangan Energi Surya untuk Kompor Surya dan Rumah Surya, Balitbang-ESDM.

7. Stichting Tool, Solar Energy : Small scale applications in developing countries, Amsterdam, 1990

8. Thomas, M.G. (2004), Solar Water Pumping, Sandia National Laboratories.

9. Winrock International (2004), Financing Renewabe Energy Technologies : A Guidebook for Microfinance Institution in Nepal, Nepal.

10. www.kamase.org

11. http://www.solar-panels-online.com/solar_water_heating.html

12. www.solarcooking.org

13. http://photovoltaics.sandia.gov

14. http://www.powerfromthesun.net/Chapter6/Chapter6.html

76

MODUL

2ENERGI SURYA


2.8 EVALUASI KEMAMPUANI. Soal-soal Pilihan Ganda


1. Besarnya radiasi surya harian yang sampai ke permukaan bumi dipengaruhi oleh,kecuali :a. Siklus rotasi bumib. Arah anginc. Posisi garis lintangd. Awan

2. Alat ukur radiasi surya disebut :a. Piranometerb. Piranografc. Solarmeterd. Sunmeter

3. Energi rata - rata yang bisa dihasilkan dari suatu lahan seluas 100 m2 di kota Bandung adalah : a. 480 kWh per harib. 415 kWh / hari c. 400 kWh/hari d. 475 kWh/hari

4. Yang termasuk teknologi pemanfaatan energi surya termal adalah a. Solar home systemb. Solar streetc. Solar pumpingd. Solar cooking

5. Berikut ini adalah tahap perancangan sistem PV, kecuali :a. Menghitung daya beban harian b. Menghitung kapasitas bateraic. Menghitung ukuran inverterd. Menghitung kapasitas modul surya

6. Berikut ini adalah komponen yang bisa digunakan dalam sistem pompa air tenaga surya AC dengan daya sebesar 100 W dan beroperasi selama 3 jam setiap hari, kecuali :a. 2 buah modul surya @ 75 Wp b. 1 buah baterai 75 Ahc. Power conditionerd. Tangki air 1000 liter

7. Berapa % biaya modul surya dan baterai dalam sistem PV ?a. 40b. 50c. 60d. 70

8. Yang tidak termasuk bagian dari kolektor surya pelat datar adalaha. Kaca penutupb. Pelat penyerapc. Cermin pemantul d. Isolasi

9. Apabila ingin mengeringkan hasil pertanian lebih cepat, pengering surya sebaiknya di pasang pada posisi :a. Menghadap selatan pada pagi harib. Mengadap barat pada siang hari c. Menghadap timur pada sore harid. Menghadap utara sepanjang hari

10. Sistem penyuling tenaga surya dapat digunakan pada, kecuali :a. Pemukiman di daerah keringb. Pemukiman di daerah rawac. Pemukiman di pingir danaud. Pemukiman di pinggir danau

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


11. Intensitas radiasi surya dinyatakan dengan satuan :a. W/mb. W/m2c. Wp/md. Wp/m2

12. Energi surya dapat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan air minum melalui teknologi :a. Solar pumpingb. Solar home systemc. Solar stilld. A dan C benar

13. Berikut ini termasuk perangkat konversi energi surya kecuali :a. Baterai suryab. Kolektor suryac. Konsentrator d. Modul surya

14. Listrik maupun panas yang dihasilkan dari energi surya dapat disimpan di :a. Bateraib. Batuc. Aird. Semua benar

15. Yang tidak termasuk karakteristik sistem PV adalah :a. Membutuhkan area yang luasb. Investasi tinggic. Dapat disimpand. Bersifat kontinyu

16. Kapasitas daya modul surya dinyatakan dengan satuan :a. Watt peakb. Watt hourc. Ampere hourd. KWh/m2

17. Inverter berfungsi untuka. Mengubah arus AC menjadi DCb. Mengubah arus DC menjadi ACc. Menyimpan arus DCd. Menyimpan arus AC

18. Baterai yang kurang cocok digunakan dalam sistem PV adalah :a. Baterai mobil golfb. Baterai lead acidc. Aki mobild. Aki kapal selam

19. Pemilihan modul surya yang paling tidak ekonomis adalah :a. Modul surya kapasitas 70 Wp

dengan harga Rp 3 juta b. Modul surya kapasitas 90 Wp

dengan harga Rp 4 juta c. Modul surya kapasitas 120 Wp

dengan harga Rp 5 juta d. Modul surya kapasitas 145 Wp

dengan harga Rp 6 juta

20. Bagian dari kolektor surya yang berfungsi menyerap panas dari radiasi matahari adalah :a. Coverb. Fluidac. Absorberd. Isolator

21. Material yang biasa digunakan sebagai absorber antara lain, kecuali :a. Tembagab. Aluminium hitamc. Baja tahan karatd. Kaca hitam

78

MODUL

2ENERGI SURYA


22. Kolektor surya pelat datar dapat dimanfaatkan untuk :a. Pengeringan ikanb. Menggoreng ikanc. Air conditioningd. Pembangkit Listrik Tenaga Uap

23. Oven surya tidak dapat digunakan untuk :a. Menghangatkan makananb. Pasteurisasi susuc. Merebus aird. Memanggang

24. Ciri kompor parabola antara lain, kecuali :a. Memiliki receiverb. Memiliki cermin pemantulc. Memiliki pelat penyerap (absorber)d. Bisa untuk memanggang

25. Untuk membuat pengering tenaga surya tipe tak langsung dibutuhkan :a. Rak pengeringb. Kaca penutupc. Kipas/blowerd. Semua benar

II. Soal isian


1. Apabila atmosfer bumi menyerap dan memantulkan radiasi surya sebesar 370 W/m2, hitunglah :

A. Besar radiasi surya global yang diterima di atap rumah anda !

B. Besar radiasi surya yang diterima di halaman rumah anda!

C. Potensi energi surya yang bisa dihasilkan dari atap dan halaman rumah anda ! (asumsi luas atap rumah adalah 50 m2 dan halaman = 10 m2

2. Jelaskan perbedaan surya termal dengan fotovoltaik !

3. Dimana saja teknologi fotovoltaik dapat digunakan ?

4. Apakah modul surya dapat menghasilkan listrik saat mendung ?

5. Apa saja yang perlu diperhatikan jika akan menginstal modul surya ?

6. Jika anda ingin membuat lampu jalan tenaga surya dengan daya lampu sebesar 30 W dan menyala sepanjang malam, komponen/peralatan apa saja yang anda perlukan dan berapa ukuran masing – masing komponen tersebut.

7. Bolehkah anda menambah beban baru pada SHS yang sudah teripasangdi rumah anda ? Jelaskan!

8. Jelaskan bagaimana cara memanfaatkan energi dari surya termal ?

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

SU

RYA


9. Apa saja keuntungan dan kerugian menggunakan kompor parabola ?

10. Material apa saja yang diperlukan untuk membuat kompor surya berbentuk kotak?

11. Sebutkan bagian-bagian yang terdapat pada Pengering Surya tipe tak langsung beserta kegunaannya !

12. Bagamana perawatan pengering surya?

13. Apa saja keuntungan pengering surya?

14. Jelaskan cara kerja penyuling air tenaga surya ?

15. Berapa banyak air minum yang dihasilkan dari penyuling air tenaga surya ?

80

MODUL

2ENERGI SURYA


ENERGI ANGINMODUL

3ENERGI ANGIN

82

MODUL

3ENERGI ANGIN


3.1. TUJUAN : • Memberikan pemahaman yang baik mengenai terminologi,

parameter dan satuan dalam teknologi energi angin.• Agar mampu melakukan pengukuran dan mengidentifiasi

potensi energi angin di suatu lokasi (kecepatan dan arah angin) dan melakukan perhitungan data sekunder seperti daya dan energi.

• Mampu melakukan pemilihan/seleksi, rancangan dan perencanaan penggunaan SKEA/turbin angin di suatu lokasi.

• Memberikan pemahaman yang baik mengenai berbagai pemanfaatan SKEA meliputi kapasitas, ukuran, modus pemanfaatan, spesifikasi, kurva daya.

• Agar mampu merancang dan merencanakan penggunaan SKEA antara lain untuk listrik rumah tangga, pemompaan, pengisian baterai, catu daya peralatan komunikasi di daerah terpencil.

• Mampu melakukan penaksiran biaya pemanfaatan teknologi SKEA untuk berbagai aplikasi.

MODUL PELATIHAN ENERGI ANGIN

3.2. Pengenalan Teknologi Energi Angin

• Pengertian umum

Energi Angin sebagai salah satu jenis sumber energi terbarukan (ET) merupakan sumber energi yang potensial untuk menghasilkan energi listrik maupun mekanik melalui konversi ke listrik maupun mekanik. Pengubahan menjadi listrik yang di mulai dengan proses pengubahan energi angin tersebut menjadi putaran mekanik rotor dan selanjutnya memutar generator merupakan contoh pemakaian yang banyak digunakan. Sedangkan dalam bentuk mekanik, pemakaian yang umum adalah pemompaan mekanik dengan menggunakan pompa piston (torak). Kedua proses pengubahan ini disebut konversi energi angin, sedangkan sistem atau alat yang melakukannya disebut SKEA (Sistem Konversi Energi Angin). Selanjutnya untuk menghasilkan listrik disebut SKEA listrik atau lebih dikenal sebagai turbin angin; dan untuk mekanik disebut SKEA mekanik atau kincir angin.

Sebagaimana energi terbarukan lainnya (tenaga surya, biomasa, gelombang samudera, tenaga air skala kecil), energi angin merupakan sumber energi yang melimpah, bersih (non polusi) dan mudah diperoleh, namun pemanfaatannya adalah spesifik tempat (site specific) sehingga memerlukan data dan informasi yang lebih akurat mengenai supply terutama terkait dengan potensi energi aktual yang tersedia di suatu lokasi. Pemanfaatan energi angin secara ekonomis memerlukan lokasi dengan kecepatan angin rata-rata

3.2. PENG

ENALAN

TEKNO

LOG

I ENERG

I ANG

IN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN

83Modul Pelatihan Energi Angin

6 m/detik atau lebih misalnya untuk interkoneksi ke jaringan listrik lokal yang ada (misal PLN); akan tetapi bila dalam kondisi tertentu atau dalam kajian pemanfaatan sumber-sumber ET aspek ekonomis bukan merupakan persyaratan utama, maka pemanfaatan dalam skala yang lebih kecil (menengah atau stand-alone) merupakan pilihan yang sesuai. Hal ini misalnya diperlukan di daerah pedesaan atau pulau-pulau terpencil yang belum memiliki jaringan listrik umum; atau untuk pemakaian lainnya antara lain: catu daya komunikasi di daerah terpencil, pengawetan obat-obatan, penerangan perahu nelayan, pengawetan ikan nelayan, dan lain-lain.

Dari segi potensi, energi angin dinyatakan oleh besarnya energi yang dimiliki oleh suatu daerah dalam 1 tahun yang disebut AkWh (annual kilowatt hour) per m2 dan ditaksir berdasarkan besarnya rapat daya angin (WPD-Wind Power Density) dalam W/m2 dan kemudian dikalikan dengan jumlah jam dalam 1 tahun yakni 8760 jam. Kecepatan angin yang berbeda akan memberikan nilai WPD yang berbeda untuk masing masing wilayah dan menghasilkan kelas pemanfaatan dalam skala kecil, menengah dan besar sesuai dengan jumlah nilai WPD tersebut

• Pengukuran data angin

Tujuan Pengukuran

Dalam kaitannya dengan pemanfaatan energi angin, tujuan pengukuran adalah:

a) Memperoleh data potensi energi angin di lokasi

b) Identifikasi lokasi (daerah potensial)

c) Penentuan kelas pemanfaatan berdasarkan potensi yang tersedia

d) Penetapan tempat pemasangan turbin angin

Parameter Data Angin

Parameter utama (data primer) adalah kecepatan dan arah angin; sedangkan daya, energi dan informasi statistik lain merupakan data sekunder yang ditentukan dari data-data primer. Parameter cuaca yakni radiasi matahari, temperatur, kelembaban, tekanan udara luar (atmosfer) juga dapat mempengaruhi daya dan energi di suatu lokasi.

Kecepatan angin vertikal kadang-kadang diperlukan guna mengetahui turbulensi, sedangkan perubahan temperatur terhadap ketinggian (yang disebut temperatur delta) diperlukan untuk mengetahui informasi mengenai turbulensi dan stabilitas atmosfer. Tekanan atmosfer (barometer) bersama temperatur udara digunakan untuk menentukan kerapatan udara.

Data dan Informasi yang diperlukan untuk pemanfaatan energi angin

Data angin serta informasi yang diperlukan untuk pemanfaatan adalah:

- Kecepatan angin di lokasi (rata-rata tahunan, minimum dan maksimum)

- Arah angin dominan

84

MODUL

3ENERGI ANGIN


- Distribusi kecepatan angin.

- Distribusi arah angin (windrose, dalam 12 sektor).

- Pola angin harian, bulanan, tahunan

- Kondisi lull (angin rendah).

- Daya angin spesifik, WPD (W/m2) dan energi( WED) dalam satu tahun (kWh/m2).

Kondisi topografi

Kondisi topografi di suatu daerah sangat menentukan kontur atau distribusi kecepatan angin di daerah tersebut; dan dengan demikian, juga akan mempengaruhi potensi lokasi serta pemilihan tempat pemasangan sebuah turbin angin.

Elemen-elemen topografi adalah :

(i) Kekasaran Permukaan (roughness)

Kekasaran permukaan merupakan hasil kolektif dari permukaan dataran dan rintangan dan akan menyebabkan penurunan kecepatan angin di dekat permukaan tanah dan disebut geser angin (wind shear). Contohnya adalah tanaman, hutan, bangunan, dan lain-lain.

(ii) Orografi (orography)

Suatu bentuk dataran yang menghasilkan pengaruh tambahan terhadap angin, yang dapat mempercepat atau memperlambat. misalnya bukit, lembah, bubungan, cliff, dll. Sebagai contoh, di dekat puncak atau bagian yang tinggi dari dataran-dataran ini, kecepatan angin bertambah, sedangkan di bagian lembah atau bawah, kecepatan

angin akan berkurang.

(iii) Rintangan (obstacle)

Sangat mempengaruhi kecepatan angin, Efeknya secara vertikal akan bertambah sampai 3 kali tinggi rintangan, dan dalam arah horizontal sampai 30 atau 40 kali tinggi rintangan.

Metoda Pengukuran

Metoda pengukuran data angin dapat dilakukan sebagai berikut :

a. Tidak langsung

(i) Pengamatan fenomena alam di lokasi yang dapat ditaksir secara kuantitatif, misalnya dengan menggunakan Skala Beaufort.

(ii) Kondisi ekologi suatu lokasi.

b. Langsung

Pengukuran langsung data angin primer (kecepatan dan arah angin) di lokasi. Kecepatan angin diukur dengan anemometer, dan arah angin dengan sensor arah angin. Syarat pengukuran adalah sebagai berikut :

(i ) Pengukuran kecepatan dan arah angin dilakukan pada ketinggian standar WMO (World Meteorological Organization) = 10 m, atau pada ketinggian yang dirancang untuk tinggi aktual menara turbin angin.

(ii) Menggunakan peralatan standar (anemometer analog atau digital) yang dilengkapi dengan data logger.

(iii) Pengukuran arah angin dilakukan

3.2. PENG

ENALAN

TEKNO

LOG

I ENERG

I ANG

IN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


dengan alat ukur arah angin (tipe mekanis atau elektris), yang dapat digabung atau terpisah dengan anemometer. Arah angin acuan adalah utara (0 derajat). Dengan menggunakan data logger, semua parameter dicuplik (sampling) setiap 10 menit dan dicatat sebagai nilai rata-rata, deviasi standar, maksimum dan minimum. Data tersebut dicatat secara berurutan (serial).

(iv) Pengukuran minimum dilakukan dalam satu tahun

c. Pengukuran sesaat di lokasi (survai):

(i) Kecepatan angin diukur setiap 10 menit untuk mendapatkan kecepatan angin rata-rata per jam dan harian.

(ii) Setiap 1 jam pada beberapa pengukuran yang mewakili 1 hari dan mengambil rata-ratanya.

d. Ekstrapolasi

Ekstrapolasi dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran standar (10 m) untuk menaksir kecepatan angin pada suatu ketinggian di atas ketinggian standar, misalnya pada 15 m, 24 m, 30 m, dan seterusnya.

Contoh peralatan ukur dan pengukuran data angin diperlihatkan pada Gambar 3.1.a, 3.1.b dan 3.1.c.

(a) Anemometer dan arah angin untuk

survai lapangan

(b) Anemometer,sensor arah dan data logger

c) Pengukuran data angin

Gambar 3.1. Peralatan ukur data angin

Sumber: Dokumentasi LAPAN

Pengukuran yang umum dilakukan dengan kondisi sebagai berikut (Tabel 1):

Paramater Ketinggian Monitoring

Kecepatan angin, m / s 10 m, 25 m, 40 m, 50 m,dst

Kecepatan angin vertikal, m / s 38 m

Arah angin, derajat 25 m, 40 m

Radiasi matahari, W / m2 3 - 4 m

Temperatur, C 3 m

Temperatur delta, C 3 m

Tekanan atmosfer, mm Hg 2 - 3 m

Sumber: WindBooks, 1980: A Siting Handbook for

Small WECS

Tabel 1. Kondisi pengukuran parameter angin

86

MODUL

3ENERGI ANGIN


• Pengolahan data angin dan evaluasi

Perolehan Data

Berdasarkan pengukuran kecepatan dan arah angin di suatu lokasi, informasi hasil pengolahan yang di peroleh adalah:

a. Kecepatan dan arah angin:

• rata rata harian, bulanan dan tahunan

• kecepatan angin minimum dan maksimum

• kecepatan lull

• informasi statistik: rata-rata, deviasi standar, distribusi, kecepatan angin, histogram, dll

• Distribusi arah angin harian, bulanan atau tahunan yang dinyatakan dalam sektor- sektor arah angin (8 atau 12 sektor) yang memberikan persentase arah angin (disebut wind rose).

b. Daya angin spesifik di lokasi (WPD-Wind Power Density): harian, bulanan, tahunan dalam W/m2.

c. Energi angin spesifik di lokasi (WED-Wind Energy Density): harian, bulanan atau tahunan dalam kWh/m2. Untuk satu tahun dinyatakan dalam AKWh (Annual Kilo Watt Hour)/m2.

Metoda Ekstrapolasi untuk penaksiran kecepatan angin

Untuk ketinggian H diatas referensi (misalnya tinggi aktual menara turbin), kecepatan angin dapat ditaksir dengan membandingkan terhadap kecepatan referensi dengan menggunakan rumus,

V = Vr ( H / Hr ) α (1)

dengan V = kecepatan pada suatu ketinggian H (m/detik), Vr = kecepatan pada ketinggian referensi Hr, dan α adalah suatu konstanta yang nilainya adalah sebagai berikut :

α = ½ untuk V < 5 mph; α = 1/5 untuk V = 5 - 35 mph; α = 1/7 untuk V > 35 mph dan α = 1/7 untuk permukaan rata. Penentuan nilai α yang tepat dilakukan dengan melakukan pengukuran kecepatan angin pada 2 atau 3 ketinggian yangberbeda pada sebuah menara dan kemudian menggunakan persamaan (1) untuk menentukan nilai α tersebut.

Daya dan energi angin di lokasi

Daya angin di lokasi dinyatakan oleh Rapat Daya (WPD-Wind Power Density) dalam W/m2, sedangkan energi (WED –wind energy density) dalam kWh/m2 dan ditaksir untuk 1 tahun yang disebut energi angin tahunan (AkWh- Annual KiloWatt hour) per m2.

a. Rapat Daya (WPD - Wind Power Density); W/m2

Rapat daya di lokasi (W/m2) dapat ditaksir dengan menggunakan persamaan,

(2)

Rapat massa udara ρ merupakan fungsi tekanan atmosfer dan temperatur dan diambil sebesar 1,225 – 1,3 kg/m3. Untuk Indonesia, nilai pendekatan adalah ρ = 1,225 kg/m3..

3.2. PENG

ENALAN

TEKNO

LOG

I ENERG

I ANG

IN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


b. Energi angin spesifik (WED-Wind Energy Density); kWh/m2

Energi angin spesifik dalam 1 tahun di sebuah lokasi merupakan perkalian antara daya dan waktu dalam 1 tahun.

Dari persamaan (3) diperoleh, rapat energi angin atau energi angin spesifik (kWh/m2) di lokasi adalah

( )2760,8 mkWhxPEnergiRapat = (3)

dengan t = 8760 jam adalah jumlah jam dalam 1 tahun. Maka energi angin yang tersedia di lokasi (disebut AkWh- Annual Kilo watt hour) dalam kWh/m2 adalah :

AkWh = ½ ρ V3 ( 8,760)

Metoda Weibull untuk penaksiran energi aktual di lokasi

Energi angin aktual di suatu lokasi dengan kondisi topografi tertentu adalah:

E = (EPF) x AkWh (4)

dengan EPF (Energy Pattern Factor) adalah sebuah parameter yang diperoleh dari distribusi kecepatan angin dan dinyatakan oleh nilai sebuah faktor yaitu faktor Weibull k yang memberikan bentuk kurva distribusi kecepatan angin di sebuah lokasi selama 1 bulan atau 1 tahun (dikenal sebagai kurva distribusi Weibull); atau secara numerik berdasarkan data pengukuran tiap jam selama seluruh periode pengukuran.

Nilai EPF dapat ditentukan dengan 2 cara berikut :

Gambar 3.2.Kurva distribusi Weibull(sumber: E.H.Lysen, Introduction to Wind Energy, SWD, the Netherlands,1982)

88

MODUL

3ENERGI ANGIN


(i) Dari kurva distribusi Weibull (Gambar 2) yaitu distribusi kecepatan angin selama 1 tahun di suatu lokasi. Kurva tersebut memberikan bentuk kurva distribusi tertentu (bentuk lonceng) yang memberikan nilai k (faktor bentuk Weibull) dan memiliki hubungan tertentu dengan EPF.

Hubungan antara EPF dan k diperlihatkan pada Tabel 2 dan Gambar 3.

(ii). Berdasarkan pengukuran setiap jam selama periode total pengukuran

(5)

dengan N = jumlah jam pengamatan dalam 1 tahun dan V = kecepatan angin pada jam ke– n. Nilai Vn diperoleh dari tabel pengukuran setiap jam selama N jam pengukuran.

Contoh hasil pengolahan data dengan kurva distribusi Weibull atau nilai k diperlihatkan pada Gambar 4.

Distribusi arah angin dinyatakan oleh sektor arah datangnya angin. Sesuai arah mata angin distribusi arah angin terdiri atas 12 sektor masing masing 30 derajat dengan Utara adalah arah 0 (nol).

Contoh distribusi arah angin (disebut wind rose) diperlihatkan pada Gambar 5.

Metoda frekuensi (Bin) untuk penaksiran energi angin

Energi yang dihasilkan di suatu lokasi secara aktual diverifikasi pada basis rata-rata 10 menit. Untuk hal ini, proporsi waktu total bertiupnya angin pada suatu nilai kecepatan angin tertentu dalam rentang waktu yang berbeda harus

3.2. PENG

ENALAN

TEKNO

LOG

I ENERG

I ANG

IN

3

1

3

1/1

= ∑∑

==n

N

nn

N

nV

NiV

NEPF

k 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.5 4.0 5.0

EPF 3.99 3.03 2.48 2.14 1.91 1.75 1.63 1.53 1.46 1.40 1.36 1.30 1.23 1.15

Tabel 2: Hubungan antara k dan EPF

Gambar 3.3. Kurva hubugan antara k dan EPF

(Sumber: Pakpahan, S, et.al; Field Research to Investigate a possible Development of Windfarm to provide Electricity in Indonesia, LAPAN, 2008)

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


Gambar 3.4. Kurva distribusi kecepatan angin (Distribusi Weibull)

Gambar 3.5. Wind rose

(Sumber: Pakpahan, S, et.al, Field Research to Investigate a possible Development of Windfarm to provide Electricity in Indonesia, LAPAN, 2008)

90

MODUL

3ENERGI ANGIN


diketahui.

Jumlah jam terjadinya suatu kecepatan dalam 1 tahun adalah,

Jumlah jam = f ( 8760) (6)

dengan f = persentase jumlah jam dalam 1 tahun yang menghasilkan suatu kecepatan angin tertentu yang terjadi dalam interval kecepatan atau bin yang telah ditetapkan (misalnya lebar bin 0,5 m/detik atau 1,0 m/detik) dan 8760 adalah jumlah jam dalam 1 tahun. Standar IEC-1400-12 mensyaratkan penggunaan interval kecepatan angin (bin) 0,5 m/detik sedangkan bin yang lebih lebar akan menghasilkan ketelitian yang lebih rendah.

Data berdasarkan interval kecepatan angin (bin) dapat diperoleh dari histogram/kurva distribusi frekuensi kecepatan angin di lokasi dengan lebar bin 0,5 m/detik atau 1,0 m/detik yang disajikan dalam format

Tabel 3.

• Potensi energi angin di Indonesia

Pengukuran potensi angin di Indonesia telah dilakukan sejak tahun 1980-an dengan metoda yang makin disempurnakan dan hingga saat ini hampir 160 lokasi telah di monitor oleh LAPAN dan berbaqai instansi lain seperti Winrock International, Windguard, Soluziona, Nispa, dll. Pengukuran dilakukan minimal selama 1 tahun dengan menggunakan anemometer dan sensor arah angin dan dilengkapi dengan data logger. Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan software antara lain ALWIN, WaSP, dll. Berdasarkan pengukuran yang diperoleh, kecepatan angin rata rata di Indonesia yang dapat dimanfaatkan adalah antara 3.0 – 8.0 m/detik di ukur pada ketinggian 24 m, 30 m dan 50 m. Lokasi monitoring data angin Indonesia diperlihatkan pada Gambar 6.

Tabel 3: Penakksiran dengan Metoda Bin (dalam 1 tahun)

BinKecepatan

angin,Vi (m/det)

Daya pada Vi; Pi(W )

Frekuensi relatif, fi (%)

Energi;Whfi*Pi*8760

3,0-4,0 3,5 P1 f1 fi*Pi*8760

4,0-5,0 4,5 P1 f1 fi*Pi*8760

5,0-6,0 5,5 P1 f1 fi*Pi*8760

6,0-7,0 6,5 P1 f1 fi*Pi*8760

7,0-8,0 7,5 P1 f1 fi*Pi*8760

8,0-9,0 8,5 P1 f1 fi*Pi*8760

9,0-10,0 9,5 P1 f1 fi*Pi*8760

10,0-11,0 10,5 P1 f1 fi*Pi*8760

11,0-12,0 11,5 P1 f1 fi*Pi*8760

12,0-13,0 12,5 P1 f1 fi*Pi*8760

13,0-14,0 13,5 P1 f1 fi*Pi*8760

14,0-15,0 14,5 P1 f1 fi*Pi*8760

15,0-16,0 15,5 P1 f1 fi*Pi*8760

Total Energi dari 3,0 m/det – 16,0 m/det(Sumber: Pakpahan, S, et.al.; Field Research to Investigate a possible Development of Windfarm to provide Electricity in Indonesia, LAPAN, 2008)

3.3. TURBIN

ANG

IN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


Gam

bar 3

.6. M

onito

ring

data

ang

in d

i Ind

ones

ia(S

umbe

r: Do

kum

enta

si M

onito

ring

Data

Ang

in, L

APAN

, 200

8)

92

MODUL

3ENERGI ANGIN


3.3. TURBIN

ANG

IN• Keuntungan dan kekurangan energi

angin sebagai sumber energi

Keuntungan energi angin sebagai sumber energi adalah:

• Tersedia secara melimpah dan tidak habis.

• Sumber energi bersih, non polusi (green energy).

• Pemanfaatan dapat disesuaikan dengan potensi yang ada

Kekurangan energi angin sebagai sumber energi adalah:

• Pemakaian spesifik tempat (site specific) yang memerlukan tersedianya pasokan dan pemakaian (supply and demand).

• Kecepatan dan arah angin berubah sepanjang hari.

• Sebagai sumber energi untuk pembangkit listrik, biaya pembangkitannya relatif mahal dibandingkan dengan sumber energi konvensional.

KETERANGAN GAMBAR

1. Lilidaura, SUMUT2. Elsiwa, Nias, SUMUT3. Kijangm RIAU4. Jambi, JAMBI5. Sipora Mentawai, SUMBA6. Tanjung Mulyo, BENGKULU7. Air Petai, BENGKULU8. P.Tikus, BENGKULU9. Nibung Putih, JAMBI

10. Penyak, BABEL11. Patratani ATP, M.Enim,

SUMSEL12. Bakung ATP, SUMSEL13. Kahyapu Enggano,

BENGKULU14. Apoho, BENGKULU15. Berundung, LAMPUNG16. Muara Wasalam, Lebak,

BANTEN17. Pandeglang, BANTEN18. P.Karya, DKI JAKARTA19. Cipularang, JABAR20. Gn.Selok Cilacap, JATENG21. Klaces, JATENG22. Purworejo, JATENG23. Gn.Merapi, JATENG24. Sri Gading Samas Bantul,

DIY25. Srunggo, DIY26. Kemadang, DIY27. Pantai Sundak, DIY28. Bulak Baru, JATENG29. Karimun Jawa, JATENG30. Parang, JATENG31. Nyamuk, JATENG32. Pacitan, JATIM33. Krajan, JATIM34. Bancamara Madura, JATIM35. Bali, BALI36. Giligede, NTB37. Kute, NTB38. Pangantap, NTB

39. Selayar, NTB40. Tembere, NTB41. Mengala, NTB42. Sajang, NTB43. Sembelia, NTB44. UPT Piong, NTB45. Doropeti, NTB46. Nangadoro, NTB47. UPT Oitoi, NTB48. Pai, NTB49. Bojo Pulau, NTB50. T.N.Komodo, NTT51. Papagarang, NTT52. Pasir Putih, NTT53. Ujung, NTT54. Macang Tanggar, NTT55. Nanggalili, NTT56. Robek, NTT57. Nangalabang, NTT58. Sibowuli, NTT59. Lena, NTT60. Egon, NTT61. Kolisia, NTT62. Ipier, NTT63. Denduka, NTT64. Hambapraing, NTT65. Watumbelar, NTT66. Kamanggih, NTT67. Lairoka, NTT68. Palakahembi NTT69. Kabaru, NTT70. Ledeana, NTT71. Nemberata, NTT72. Maubesi, NTT73. Ds.Suliran, Tulakadi,

Atambua74. Suarangan, KALSEL75. Semaras, KALSEL76. Sepagar 1, KALSEL

77. Appatanah, SULSEL78. Bungaiya, SULSEL79. Bontojai, SULSEL80. UPT.Punaga, SULSEL81. Patirong Jeneponto,

SULSEL82. LAPAN Pare-pare, SULSEL83. Jalang, SULSEL84. Galesom SULBAR85. Kaimbulawa, SULTRA86. Gerak Makmur, SULTRA87. Lawela, SULTRA88. Sampuabalo, SULTRA89. Langgara Laut, SULTRA90. Tinobu, SULTRA91. Abason, SULTENG92. Bulungkobit, SULTENG93. Dongin, SULTENG94. Besusu Tengah, SULTENG95. Palu, SULTENG96. Wakai, Tojo Una-una,

SULTENG97. Parigi, SULTENG98. Palasa Tangki SULTENG99. Tanjung Keramat

GORONTALO100. Paudean, SULUT101. Libas, SULUT102. Sondana, SULUT103. Leganeng, SULUT104. Malamenggu, SULUT105. Kuluwatu, SULUT106. Kalasuge, SULUT107. PLTD Mangarang, Talaut

SULUT108. Halmahera Tengah,

MALUKU UTARA109. UNPATI, MALUKU110. Aboru, MALUKU111. Namaelo, MALUKU112. Saleman, MALUKU113. Wasani, PAPUA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


• Prinsip dasar turbin angin

Pengubahan energi angin menjadi listrik

SKEA (Sistem Konversi Energi Angin) adalah sebuah sistem yang mengubah energi angin menjadi listrik (disebut SKEA listrik atau turbin angin) atau menjadi energi mekanik (disebut SKEA mekanik atau kincir angin).

Proses pengubahan energi adalah sebagai berikut :

• Pengubahan energi angin (dengan memutar sudu) menjadi putaran sudu (putaran rendah).

• Pengubahan putaran sudu yang digandeng ke poros unit transmisi menjadi putaran unit transmisi (roda gigi atau sabuk).

• Pengubahan putaran unit transmisi menjadi putaran generator (putaran tinggi).

• Pengubahan putaran generator menjadi energi listrik (tegangan DC atau AC).

Karena tiap komponen konversi memiliki efisiensi tersendiri, maka tidak semua energi yang diubah dapat dimanfaatkan. Efisiensi total terdiri atas:

Efisiensi rotor SKEA: Cp

(koefisien daya) maksimum 0,40; untuk poros tegak dan 0,50 untuk poros datar.

Efisiensi unit transmisi: ηr (≈ 0,95).

Efisiensi generator: ηG (≈ 0,50 - 0,95).

Dalam perhitungan praktis, efisiensi total sebuah turbin angin di ambil sebesar 30%.

Jenis dan klasifikasi

SKEA listrik atau turbin angin dapat dikelompokkan sebagai berikut:

a. Berdasarkan keluaran yang dihasilkan: SKEA listrik (turbin angin) dan SKEA mekanik (kincir angin).

b. Berdasarkan gaya-gaya aerodinamis dominan.

• Poros datar (HAWT - Horisontal Axis Wind Turbine): Gaya yang lebih dominan adalah gaya angkat (lift).

• Poros tegak (VAWT - Vertical Axis Wind Turbine): Gaya yang lebih dominan adalah gaya hambat/drag.

c. Berdasarkan posisi rotor

• Upwind: Posisi rotor turbin angin menghadap angin, atau rotor beroperasi di depan menara atau rotor berada pada sisi yang sama dengan arah angin.

• Downwind: Rotor berada pada sisi yang berlawanan dengan arah angin, atau rotor berada dibelakang menara dan arah angin.

3.3.TURBIN ANGIN

94

MODUL

3ENERGI ANGIN


d. Berdasarkan kapasitas

• Skala kecil : < 10 kW

• Skala menengah: 10 kW - 100 kW

• Skala besar : > 100 kW

e. Berdasarkan tipe jaringan terdiri atas 2 (dua) jenis, yakni:

(i). Sistem sentralisasi

Pemanfaatan SKEA sebagai pem-bangkit listrik terpusat guna memasok kebutuhan listrik untuk berbagai pemakaian disuatu daerah dengan menggunakan jaringan jaringan transmisi dan distribusi.

(ii). Desentralisasi

Pemakaian SKEA sebagai pemasok listrik bagi sejumlah atau sekelompok pemakai tanpa dihubungkan langsung oleh jaringan transmisi atau distribusi, tetapi para pengguna mengambil listrik dari pusat pemasok listrik. Misalnya pemanfaatan untuk pengisi baterai (battery station) dimana tiap pengguna datang ke stasiun pengisian untuk mengisi baterai masing-masing. Dengan cara ini masing-masing pengguna harus memiliki paling sedikit dua set baterai agar secara bergantian dapat dipakai untuk memasok listrik di tiap rumah.

Perbedaan turbin angin skala kecil dan besar pada dasarnya ditentukan oleh kapasitas dan diameter rotor (D) serta komponen komponen lainnya. Makin besar kapasitas turbin angin, maka komponen nya juga akan makin besar; misalnya rotor, generator, nasel dan roda gigi; demikian juga

menara yang makin besar dan berat untuk turbin angin besar. Ciri lain adalah bahwa turbin angin kecil pada umumnya mempunyai ekor pengarah sebagai subsistem orientasi: sedangkan turbin angin besar tidak memiliki ekor pengarah dan untuk pengontrolan dilakukan dengan rotor bergeleng ke kiri dan ke kanan terhadap poros datar (yawing) atau lainnya.

• Komponen turbin angin dan fungsi

Sebuah SKEA listrik atau turbin angin terdiri atas: rotor (naf dan sudu), kepala rotor, unit transmisi, generator, unit kontrol, unit pengaturan mekanis dan menara. Beberapa jenis turbin angin poros datar dengan menara tubular dan lattis diperlihatkan pada pada Gambar 3.7. dan poros tegak pada Gambar 3.8.

(a). 2500W

3.3. TURBIN

ANG

IN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


(b) 10 kW

(c). SKEA nelayan, 80W

Gambar 3.7. Beberapa contoh turbin angin poros datar (a,b,c) (Sumber:

Katalog Hasil Riset dan Rekayasa Turbin Angin, LAPAN, 2008)

Fungsi masing-masing komponen turbin angin adalah sbb :

(i) Rotor

Rotor terdiri dari sudu (rotor blade) dan naf (hub) yang berfungsi untuk menerima dorongan angin dan mengubah energi angin menjadi putaran rotor. Prestasi rotor dinyatakan oleh koefisien daya rotor (Cp), yang dihasilkan oleh bentuk sudu, jumlah sudu dan konfigurasi sudu yang dinyatakan oleh bentuk airfoil dengan standar NACA ( National Advisory Committee for Aeronautics), Gottingen, Clark Y dan lain-lain.

Posisi rotor sebuah turbin angin/SKEA dinyatakan dalam posisi upwind atau downwind. Rotor terdiri atas beberapa sudu (dua, tiga atau empat) atau banyak sudu (multiblades - sudu majemuk).

(ii) Unit transmisi,

Berfungsi untuk mengubah putaran rotor(umumnya memperbesar) agar sesuai dengan putaran generator (pada turbin angin) atau untuk unit engkol mekanik (pada kincir angin mekanik). Jenis unit transmisi adalah roda gigi (gearbox) dan sabuk (pully). Perbandingan putaran roda gigi terhadap roda gigi lainnya disebut

Gambar 3.8. Turbin angin poros tegak

(Sumber: Manual Pemanfaatan SKEA, LAPAN, 1995)

96

MODUL

3ENERGI ANGIN


rasio transmisi. Sebagian turbin angin dapat juga tidak memiliki unit transmisi dan rotor digandengkan langsung dengan generator. Sistem ini disebut transmisi langsung dan rasio transmisi adalah 1.

(iii) Generator.

Sebagai pembangkit listrik (dc atau ac) yang digandengkan ke unit transmisi. Poros unit transmisi memutar poros generator pada putaran yang sesuai dengan putaran nominal generator. Pada kincir mekanik, unit ini analog dengan engkol.

(iv) Unit kontrol/pengatur mekanis dan listrik .

Berfungsi untuk mengontrol kondisi operasi SKEA /turbin angin yakni :

• Pengaturan tegangan lebih.

• Pengaturan tegangan baterai (regulator baterai).

• Pengereman secara manual, elektris atau otomatis.

• Pengaturan distribusi listrik ke pemakai.

• Pengamanan dan proteksi

(v) Menara

Bagian SKEA yang berfungsi untuk menahan/menopang unit-unit lain, seperti generator, nasel, unit transmisi, rotor, ekor pengarah, dan lain-lain.

Menara harus mampu menahan beban statis dan dinamis yang dihasilkan oleh dorongan angin (gaya-gaya aerodinamik).

Tipe menara terdiri atas menara kerangka (lattis, lattice) atau berbentuk pipa (tubular) yang bervariasi pada beberapa ketinggian (10 m, 15 m, 24 m, 30 m,50 m dst) dan diperlihatkan pada Gambar 3.9.

Untuk melengkapi turbin angin sebagai pemasokan listrik,subsistem berikut dapat ditambahkan yaitu:

a. Baterai penyimpan untuk penyimpanan listrik yang dinyatakan oleh tegangan nominal (12 V, 24 V), kapasitas (Ah) serta karakteristik pengisian (charging) dan pengosongan muatan ( discharging).

b. Inverter: untuk mengubah tegangan searah (dc 12 V atau 24 V) menjad

Gambar 3.9. Tipe menara(Sumber: Tony Burton; Wind Energy Handbook, John Wiley, NY, 2001)

3.3. TURBIN

ANG

IN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


bolak-balik (220 V, 50 Hz). Karakteristik dinyatakan oleh efisiensi dan kapasitas (dalam W atau VA).

c. Beban pembuangan (dummy load):

Suatu beban resistif (untuk turbin angin) yang digunakan untuk menampung energi lebih dari unit penyimpan (baterai); atau berupa saluran pembuangan pada kincir mekanik untuk pemompaan air.

d. Panel monitor: untuk memonitor kondisi operasi SKEA setiap saat yang dilengkapi dengan peralatan monitoring untuk arus, tegangan, daya.

• Seleksi, rancangan dan perhitungan energi turbin angin

Tahapan seleksi

Tahapan umum dalam pemilihan turbin angin sebagai sumber energi untuk pembangkit listrik adalah sbb:

(1) Menentukan jenis penggunaan

Turbin angin dapat digunakan dalam modus operasi berikut:

a. Berdiri sendiri (stand-alone)

SKEA listrik yang tidak tersambung dengan jaringan listrik. Boleh memiliki unit penyimpan listrik (baterai) atau tidak; tapi kebanyakan pemakaian stand-alone membutuhkan baterai atau bentuk penyimpanan lainnya.

b. Sistem hibrida (hybrid system)

Sistem hibrida adalah kombinasi dari dua atau lebih sumber energi, yang bila dipadukan berisi suatu sistem daya hibrida; atau kombinasi suatu sumber

energi terbarukan dengan sumber energi konvensional guna memberikan kemampuan terkontrol yang diperlukan untuk pemakaian sehari-hari.

c. Sistem angin-diesel (wind-diesel system).

Sistem angin-diesel adalah setiap sistem pembangkit listrik otonomous yang menggunakan turbin angin dengan pemakaian generator diesel untuk memasok sebagian energi. Unit penyimpan sendiri umumnya bukanlah suatu cara yang ekonomis untuk meningkatkan availabilitas sistem keseluruhan; dan dengan demikian, suatu bentuk pembangkit lain yang lebih dapat dikontrol diperlukan, yakni generator diesel.

d. Sistem interkoneksi dengan jaringan (grid interconnection)

Pengoperasian sebuah turbin angin secara pararel dengan suatu jaringan listrik lokal guna meningkatkan kualitas pemasokan listrik kepada pengguna dan mengurangi biaya pemakaian listrik pada pemilik turbin angin yakni dengan cara sebagai berikut: pada waktu angin kencang maka listrik yang dihasilkan oleh turbin angin dapat dijual ke pemilik jaringan (misalnya PLN) dan pada saat angin kurang, kebutuhan listrik diperoleh dari jaringan. Salah satu fungsi utama pemakaian ini adalah mengurangi biaya pemakaian listrik dari jaringan yang tersedia.

98

MODUL

3ENERGI ANGIN


(2) Menentukan kapasitas dan ukuran turbin angin

Ditentukan berdasarkan analisis pasokan dan penggunaan (supply and demand analysis) untuk suatu daerah atau lokasi,dengan hubungan :

A = (energi yang dibutuhkan dalam 1 tahun, kWh) /(energi yang dihasilkan dalam 1 tahun, kWh/m2 ) atau

A = demand ( kWh)/ supply (kWh/m2) (7)

dengan A adalah luas sapuan rotor turbin angin, A = (π/4) D2, dan

D = diameter rotor turbin angin dalam m

Metoda praktis untuk menentukan kapasitas sebuah turbin angin adalah dengan mengambil efisiensi total 30%, sehingga:

Demand (dalam kWh) = 0,3 P x 8,760 (8)

Misalnya jika diperlukan suplai energi sebesar 10 MWh dalam 1 tahun, maka:

10 MWh = 10.103 kWh = 0,3 x P x 8,760, atau P = 3,805 kW

Dengan demikian kapasitas turbin angin

yang diperlukan adalah yang paling mendekati kapasitas turbin angin yang ada yaitu 4.0 kW atau 5,0 kW.

(3). Pemilihan berdasarkan produk yang tersedia

Tahap lanjut adalah pemilihan tipe dan kapasitas turbin angin berdasarkan rancangan dan produk yang tersedia yaitu pemasok, kapasitas, tipe, kurva daya, biaya atau harga, ketersediaan lokal, pengadaan dan purna jual, garansi penyediaan suku cadang, dll.

Petunjuk pemilihan turbin angin untuk suatu penggunaan adalah sebagai berikut:

Sistem Rancangan

Rancangan sebuah turbin angin akan menghasilkan karakteristik daya yaitu kurva daya yang memberikan hubungan antara daya dan kecepatan angin (Gambar 10). Hubungan tersebut dinyatakan oleh 5 parameter utama berikut:

a. Kecepatan asut (starting speed)

Kecepatan angin minimal yang dibutuhkan agar sebuah turbin/kincir angin mulai

KelasPemanfaatan

Kec angin,m/s

Daya Spesifik,W/m2

Turbin Angin,

kW

Aplikasi

1.Skala kecil 2,5 – 4,0 < 75 < 10-Stand alone-Hibrida angin-PV

2.Skala Menengah 4,0 – 5,0 75 - 150 10 - 100-Hibrida angin-

genset

3.Skala Besar 5,0 > 150 > 100Interkoneksi

(Sumber: Sahat Pakpahan, Pemanfaatan Energi Angin untuk Listrik dan Mekanik, LAPAN, 2007)

3.3. TURBIN

ANG

IN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


berputar

b. Kecepatan cut-in ( cut in speed),Vi

Kecepatan angin minimal yang dibutuhkan agar sebuah turbin angin mulai menghasilkan listrik. Nilai kecepatan ini adalah dari 2,0 m/detik – 4,0 m/detik

c. Kecepatan rencana (rated speed) ,Vr

Kecepatan angin yang dibutuhkan agar sebuah turbin angin mencapai daya rencana (juga disebut daya nominal). Mulai kecepatan ini, daya yang dihasilkan pada berbagai kecepatan sebelum mencapai “cut-out” adalah konstan. Kecepatan rencana sebuah turbin angin adalah kecepatan angin di mana turbin tersebut menghasilkan daya terpasang, yakni yang tertulis pada data teknis. Nilai kecepatan ini bervariasi antara 9 m/detik sampai dengan 15 m/detik.

d. Kecepatan cut-out,Vo

Kecepatan angin yang mengakibatkan turbin angin berhenti menghasilkan daya, dan hal ini biasanya di hasilkan

oleh pengontrolan terhadap turbin angin tersebut.

e. Kecepatan maksimum (furling speed)

Kecepatan angin di mana sebuah turbin angin mampu menahan beban aerodinamis agar turbin angin tersebut tidak rusak.

Perhitungan energi yang dihasilkan oleh turbin angin

Energi sebuah turbin angin dapat diperkirakan dengan beberapa cara seperti berikut ini:

a. Dari daya rencana turbin angin dihitung dengan persamaan berikut:

AKWH = (CF) P (8760) (9)

AKWh = produksi energi tahunan (Annual kWh), CF = faktor kapasitas atau faktor efisiensi yakni perbandingan antara daya rata-rata (produksi energi per satuan waktu) dengan daya nominal untuk sembarang perioda waktu (CF= 0,2 - 0,25),

Gambar 3.10. Contoh karakteristik daya turbin angin(Sumber: Sahat Pakpahan, Pemanfaatan Energi Angin untuk Listrik dan Mekanik,

LAPAN, 2007)

100

MODUL

3ENERGI ANGIN


P = daya rencana turbin angin (misal 25 kW pada 10 m/detik); 8760 = jumlah jam dalam satu tahun.

b. Berdasarkan diameter rotor;

Jika η = efisiensi total (0,30) dan

WPD = daya spesifik di lokasi (W/m2),

maka Energi turbin angin dalam kWh,

E = η.(WPD).A.t

= η. ½ ρ V3 .A . 8,760 (10)

dengan t = jumlah jam dalam 1 tahun = 8760, sedangkan A = luas sapuan rotor (m2), yakni : untuk sumbu datar, A = (π/4) D2 , Giromill, Ar = DH, Savonious, Ar = HD

dan Darrieus, Ar = 0,65 HD (11)

c. Berdasarkan Kurva daya yang diberikan oleh pabrikan

Beberapa pabrikan menganggap distribusi Rayleigh (k=2) untuk kecepatan-kecepatan angin di suatu lokasi.

Ukuran kinerja turbin angin

Kinerja sebuah turbin angin dinilai berdasarkan:

a. Faktor kapasitas (CF - capacity factor)

CF = daya rata – rata/ daya rencana (12)

Perioda pengukuran = 1 tahun

CF ≥ 0,3 = baik dan CF ≈ 0,10 = jelek

Umumnya, CF ditentukan dari kWh yang dihasilkan dalam suatu perioda waktu.

b. Umur pakai (life time)

Umur pakai turbin angin umumnya dirancang untuk 15-25 tahun.

c. Availabilitas merupakan ukuran keandalan, yakni persentase waktu turbin angin untuk beroperasi selama 1 tahun. Nilai yang baik adalah 0,95-0,98.

d. Waktu sambung (connect time).

Adalah jumlah waktu atau persentase waktu turbin angin membangkitkan daya secara aktual (baik dengan nilai 60% atau lebih).

e. Keandalan (reliability).

f. Keluaran spesifik tahunan. Dinyatakan dalam kWh/m2 atau kWh/kW.

• Pengoperasian dan pemeliharaan sistem

Turbin angin skala kecil lebih mudah di operasikan dan dipasang dibandingkan dengan skala besar dan juga memerlukan pemeliharaan yang lebih kecil. Waktu khas pemeliharaan SKEA skala kecil adalah 0-2 hari per tahun; sedangkan skala besar memerlukan 2-5 hari per tahunnya. Untuk skala kecil, pengoperasian cukup dengan mengaktifkan turbin angin (bila sebelumnya dimatikan) dan melakukan pengereman darurat bila terjadi angin yang sangat kencang yang mungkin merusak tubin angin; sedangkan pemeliharaan yang umum adalah pergantian komponen yang aus atau rusak, pengecekan terhadap debu atau kotoran yang melekat terutama di bagian yang berputar atau bergerak, pemeriksaan ekor pengarah, pemeriksaan karat, dll. Hal ini sebaiknya dilakukan secara berkala tergantung pada tingkat pengaruh terhadap operasi turbin angin.

3.3. TURBIN

ANG

IN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


• Biaya investasi, operasi dan pemeliharaan

Investasi sebuah atau beberapa turbin angin sebagai pembangkit terdiri atas biaya berikut:

(1) EPC (Equipment, Procurement and Construction), yang mancakup:a. Turbin angin, panel dan menara

(sampai ke lokasi).b. Pembuatan pondasi dan rumah

operator (termasuk soil test)c. Pemasangan di lokasi.

(2) Biaya operasi dan pemeliharaan (OM) dalam 1 tahun, terdiri atas:a. Upah Operator dan teknisi.b. Biaya operasional.c. Biaya pemeliharaan dan pengadaan

suku cadang.

(3) Biaya sambungan ke jaringan umum (grid) kalau ada.

(4) Biaya pengembangan (development cost), terdiri dari:a. Pembebasan dan penyediaan lahanb. Rancangan teknis (engineering

design).c. Pengurusan surat dan ijin.d. Biaya lain: start up dan

comissioning.

Biaya EPC bergantung pada jenis , jumlah dan kapasitas turbin angin terpasang karena akan mempengaruhi biaya pembuatan pondasi, menara, komponen serta pengiriman dan pemasangan di lokasi; dan hal ini juga akan mempengaruhi biaya operasi dan pemeliharaan (OM).

Pemanfaatan turbin angin skala kecil adalah dalam modus stand alone atau

hibrida dengan PV dan/atau genset sehingga pada dasarnya tidak memerlukan interkoneksi dengan grid.

Untuk listrik rumah tangga dan keperluan lainnya, turbin angin skala kecil yang disarankan adalah dari kapasitas 80 W, 250 W, 1.000 W, 2.500 W, 3.500 W dan 10.000 W. Investasi yang diperlukan untuk turbin angin 3.500 W adalah sekitar 180-200 juta rupiah.

Investasi untuk kincir angin terdiri dari EPC, OM untuk 1 tahun serta biaya pengembangan. Karena aplikasi pada umumnya adalah untuk pemompaan, maka dalam EPC juga termasuk biaya pembuatan tangki penyimpan, pemasangan pompa dan pipa saluran serta kelengkapannya. Beberapa jenis kincir angin dapat di produksi lokal, sehingga biaya EPC pada umumnya lebih rendah dari turbin angin. Sebagai kasus, biaya pembuatan sebuah kincir angin 18 sudu untuk pemompaan tidak melebihi dari 100 juta rupiah.

• Pemilihan dan applikasi turbin angin di Indonesia

Pemilihan turbin angin di Indonesia didasarkan pada potensi yang tersedia dan jenis pemakaian di suatu daerah/lokasi. Pemakaian adalah dalam modus stand alone, hibrida dengan PV atau/dan genset/diesel atau interkoneksi dengan jaringan PLN setempat (on grid); sedangkan jenis pemakaian turbin angin antara lain adalah untuk listrik rumah tangga, mengisi baterai, pemompaan, alat pendingin, pengawet makanan, catu

102

MODUL

3ENERGI ANGIN


daya untuk peralatan komunikasi di daerah terpencil, pemakaian di perahu nelayan, dll dengan kapasitas yang bervariasi.

Hingga saat ini, sekitar 2 MW telah terpasang di berbagai daerah di Indonesia, yakni dalam sistem stand alone, hibrida maupun on-grid. Sesuai dengan produk yang tersedia dan kondisi lokasi Indonesia, tipe SKEA yang lebih sesuai adalah SKEA poros datar dengan kapasitas 50W; 1.000W; 2.500 W; 2,5 kW; 5 kW dan 10 kW untuk skala kecil; 30 kW dan 50 kW hingga 100 kW untuk sistem hibrida; sedangkan untuk skala interkoneksi adalah dari kapasitas terpasang 300 kW hingga 1 MW per unit.

1. Penyediaan listrik dan Sistem Pemopaan Tenaga Angin

▪ Lokasi : Dusun Kuwaru, Kecamatan Srandakan, Bantul DIY▪ Konfigurasi dan spesifikasi sistemTerdiri dari: - 1 unit turbin angin 3 sudu (diameter

rotor 3,0 m), 230 V, 50 Hz, 1 kW untuk pemasokan listrik

- 2 unit turbin angin 3,5 kW masing-masing 6 sudu (diameter rotor 4,5m), 3 fasa. 380V untuk pemompaan dengan menggunakan pompa submersibel 1,1 kW dan 0,75 kW.

- Kecepatan angin rata rata di lokasi adalah 5,7 m/detik. Tinggi menara turbin angin pemompaan adalah 9 m sedangkan turbin angin pemasok listrik adalah 18 m.

▪ PembangunanDibangun oleh LAPAN bekerjasama dengan Pemerintah Kabupaten Bantul DIY mulai 2003-2004 dan dioperasikan sejak tahun 2004

▪ Aplikasi :- Penyediaan listrik untuk penerangan

setempat termasuk kandang sapi- Penyediaan air untuk penduduk di

sekitar lokasi- Penyediaan air minum ternak (sapi)- Pengairan lahan pertanian (kacang

kacangan)Sistem dibangun atas kerjasama LAPAN dan Pemerintah Kabupaten Batul DIY dalam rangka penyediaan listrik dan peyediaan air untuk membantu masyarakat setempat. Pengadaan dan pemasangan turbin angin dilakukan oleh LAPAN, sedangkan sistem penyaluran air (pipa, tangki, sumur) oleh Pemerintah Kabupaten. Pengoperasian dan pemeliharaan dilakukan bersama oleh LAPAN dan Pemerintah Kabupaten.

▪ Hasil EvaluasiTurbin angin kapasitas 1 kW menghasilkan kinerja yang baik dan berputar kencang. Turbin angin pemompaan walaupun dengan menara yang cukup rendah yakni

Turbin Pompa

3.3. TURBIN

ANG

IN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


Konfigurasi pemasokan listrik dan sistem pemompaan

Turbin PompaTurbin Listrik

2003 2004

1. Sumur & Saluran 7. T.Angin 3 Sudu, Listrik

2. Rumah Operator 8. T.Angin (SPTA 2)

3. Pipa Air 9. Sumur Air& Saluran ke Sungai

4. Bak Utama 10. Bak Penampung & Distribusi

5. Sumur Distribusi 11. Panel Monitor

6. T.Angin (SPTA1) 12. Jaringan Listrik / tiang

104

MODUL

3ENERGI ANGIN


9 m mampu menghasilkan debit air yang cukup besar. Kedua jenis turbin ini dapat dibuat lokal.

2. Turbin angin 50 -80 W untuk nelayan

▪ Lokasi Uji coba: Pelabuhan Ratu Sukabumi, Jawa Barat.

▪ Aplikasi- Penerangan di perahu nelayan dan

mengisi baterai.- Penerangan di lokasi perkemahan.

▪ KonfigurasiTurbin angin kecil 6 sudu kapasitas 80 W dengan keluaran listrik 12 V DC dan dapat dihubungkan dengan inverter untuk menghasilkan 220 Vac. Diameter rotor D = 0,9 m dengan kecepatan cut-in 2,2 m/detik.

Turbin angin ini cocok digunakan di perahu nelayan untuk penerangan di malam hari. Dengan kapasitas yang relatif kecil dan dimensi turbin cukup kecil turbin angin ini juga ringan dan dapat diangkat dengan tangan. Tinggi menara cukup 1,5m; sehingga mudah dipasang dalam perahu dan akan berputar lebih kencang bila

perahu bergerak. Kecepatan cut-in hanya 2,0 m/detik dan cut-out bisa mencapai hingga 50 m/detik.Uji coba pemanfaatan turbin ini telah dilakukan dalam perahu nelayan di Pelabuhan Ratu, Sukabumi Jawa Barat.Selain untuk perahu nelayan, turbin ini dapat juga digunakan untuk mengisi baterai, penerangan di lokasi perkemahan dll atau untuk catu daya komunikasi di daerah terpencil. Untuk perahu nelayan, turbin ini dirancang menghasilkan daya 80 W.

3. Turbin angin untuk penyediaan listrik

▪ Lokasi: Samas, DIY dan Sundak, Jawa Tengah.

▪ Aplikasi - Penerangan di area perikanan Dinas

Pertanian DIY. - Penyediaan air untuk tambak udang.

▪ Konfigurasi sistem- Kapasitas 10 kW dengan rotor 3 sudu dan diameter 7,0 m.

-Menara lattis tinggi 24 m.- Listrik yang dihasilkan 230V/380V, 3 fasa, 50 Hz.

Pemasangan turbin ini dilaksanakan oleh LAPAN bekerjasama dengan Dinas Pertanian DIY, sedangkan pengelolaannya oleh Dinas Perikanan, DIY, Sistem terdiri dari 1 unit turbin angin 10 kW, 3 sudu, diameter rotor 7,0 m dengan menara 24 – 30 m, lattis atau tubular. Turbin angin menghasilkan listrik mulai dari kecepatan angin 3,0 m/det dan listrik

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


yang dihasilkan adalah 220 V, 3 fasa, 50Hz. Sistem dapat di hibrida dengan PV dan genset sebagai back up.

Turbin angin 10 kW di Samas Bantul.

Turbin angin 10 kW untuk pengairan, Dinas Perikanan DIY, Sundak, Jawa Tengah.

106

MODUL

3ENERGI ANGIN


A. Sistem Pemompaan Tenaga Angin (SPTA)

• Prinsip Dasar Sistem Pemompaan

SPTA adalah sistem pemompaan yang terdiri dari turbin angin, pompa listrik dan unit kontrol, subsistem pemipaan untuk mengalirkan air dari sebuah sumber air (misalnya sumur) ke bak/tangki dan tangki penyimpan. Turbin angin dengan kapasitas / ketinggian menara dan head tertentu akan menghasilkan debit air tertentu (liter/menit) yang selanjutnya di distribusikan ke pengguna. Konfigurasi SPTA diperlihatkan pada Gambar 11a dan 11b.

Untuk pemompaan mekanis, sistem terdiri dari kincir angin (SKEA mekanik) yang digandeng (dikopel) dengan pompa mekanik melalui unit transmisi mekanik. Rotor kincir angin dapat terdiri dari sudu majemuk atau tipe Savonious; dan yang paling umum adalah kincir angin sudu majemuk.

Salah satu keuntungan penting sistem pemompaan dengan menggunakan turbin angin adalah bahwa penempatan turbin angin dapat jauh dari sumber air, dengan demikian turbin angin dapat ditempatkan pada tempat yang potensi anginnya lebih baik dan kemudian dihubungkan ke motor pompa dengan kabel listrik.

3.4.PEMANFAATAN ENERGI ANGIN

Gambar 3.11. Sistem Pemompaan Tenaga Angin (SPTA) (a) Turbin angin, sumber air, pemipaan, tangki, distribusi (b) Jenis pompa

( Sumber: Sahat Pakpahan, et.al., Sosialisasi Sistem Pemompaan Tenaga Angin (SPTA) di dusun Kuwaru, Bantul, DIY; 2005)

11a 11b

3.4. PEMAN

FAATAN EN

ERGI AN

GIN

- SPTA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


• Tipe dan komponen sistem pemompaan tenaga angin

Sistem pemompaan terdiri dari tipe elektris dan mekanik. Tipe elektris menggunakan pompa listrik sebagai unit pompa yang digerakkan oleh turbin angin; sedangkan tipe mekanik menggunakan pompa mekanik (misalnya pompa piston) yang digerakkan oleh kincir angin secara mekanik melaui unit transmisi mekanik.

Komponen sistem pemompaan elektris terdiri dari:

a. Turbin angin dengan kapasitas dan keluaran listrik tertentu.

b. Pompa listrik: sentrifugal, pompa benam (submersble) atau jack pump.

c. Kabel daya dan distribusi.

d. Unit kontrol dan monitor.

e. Pemipaan, tangki, distribusi dan katup pengatur.

Sedangkan sistem pemompaan mekanis terdiri dari:

a. Kincir angin dengan kapasitas dan keluaran listrik tertentu.

b. Pompa mekanik: piston,dll

c. Unit transmisi mekanik.

d. Pemipaan, tangki, distribusi dan katup pengatur.

• Seleksi , rancangan dan perhitungan SPTA

Seleksi SPTA

Seleksi sistem pemompaan mencakup:

• Pemilihan turbin angin dilakukan dengan mengacu pada potensi angin yang tersedia di lokasi dalam kWh/m2.

• Pemilihan pompa listrik dilakukan berdasarkan kedalaman sumber air, efisiensi pompa dan debit yang di inginkan, misalnya pompa sentrifugal, pompa benam (submersible) atau jack pump. Jack-type piston pump menghasilkan efisiensi yang lebih rendah dengan penyesuaian turbin angin dan beban yang tidak baik. Pompa sentrifugal sumbu datar digunakan untuk ketinggian hidraulik yang rendah dan untuk sumber air permukaan.

• Pemilihan pipa saluran ditentukan berdasarkan debit aliran, kuat getaran, dll.

• Kapasitas atau ukuran tangki penyimpan dihitung berdasarkan kemampuan untuk menampung volume aliran air dalam waktu yang telah dirancang.

• Rancangan dan perhitungan SPTA

Langkah umum untuk merancang sistem pemompaan adalah sbb:

• Memperkirakan kebutuhan atau pemakaian air yang akan di pompakan

108

MODUL

3ENERGI ANGIN


selama 1 tahun (dalam m3/hari); misalnya untuk air minum, pertanian, air minum ternak, dll.

• Menilai potensi energi angin yang tersedia di lokasi dalam 1 tahun ( AkWh - Annual kilo Watt-hour) berdasarkan hasil monitoring kecepatan angin atau ekstrapolasi.

• Menentukan ukuran dan kapasitas turbin angin (diameter rotor dan daya nominal).

• Menentukan komponen sistem pemompaan (turbin angin, menara, pompa, kontrol, tangki, kabel daya, pemipaan, dll).

• Menaksir keluaran yang akan di hasilkan oleh SPTA (dengan memperhitungkan efisiensi masing masing komponen dan subsistem).

Parameter SPTA

Parameter utama untuk rancangan dan perhitungan SPTA adalah:

a. Tinggi hidraulik total (Total Head), H dalam m.

b. Perkalian debit dan tinggi hidraulik (qH) dalam m4/hari atau debit q (dalam m3/hari) dikalikan dengan head H (dalam m).

c. Ukuran turbin angin (kapasitas dalam W, kW) dan diameter rotor (m).

d. Kebutuhan air, q (m3/hari).

e. Pemilihan tipe pompa: sentrifugal, jack pump atau pompa benam (submersible).

Parameter SPTA diperlihatkan pada Gambar 12.

Gambar 3.12. Parameter sistem pemompaan

(Sumber: Alan Wyatt, Wind Electric Pumping Systems, AWEA, USA, 1992)

3.4. PEMAN

FAATAN EN

ERGI AN

GIN

- SKEA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


Berdasarkan hal ini, rancangan turbin angin untuk pemompaan dapat dilakukan dengan menetapkan keseimbangan antara energi yang dihasilkan oleh turbin angin pada kecepatan angin rata rata di suatu lokasi dan energi yang dihasilkan oleh pompa di lokasi tersebut, dengan hubungan:

D = ( C.q.H/ V3 ) 1/2 (13)

dengan D = diameter rotor turbin angin (m); q = debit air (m3/hari), H = head (m), V = kecepatan angin rancangan bulanan (m/s) dan C = konstanta≈ 0,97

Maka dengan mengetahui C, q, H dan V, diameter rotor turbin angin dapat ditentukan; atau sebaliknya dengan mengetahui D, C, H dan V maka debit air q dapat ditentukan.

• Pengoperasian dan pemeliharaan sistem SPTA

Sebagai suatu sistem pemompaan yang lengkap dan menyeluruh, pengoperasian dan pemeliharaan sistem pemompaan akan mencakup turbin atau kincir angin dan unit pompa serta kelengkapan dan sub-sistem pendukungnya. Pengoperasian dan pemeliharaan lebih diutamakan pada turbin atau kincir angin dan unit pompa sebagai bagian yang paling banyak bergerak dan berputar.

Pengoperasian SPTA terdiri dari:

a. Menghidupkan turbin angin.

b. Operasi dalam keadaan normal dalam julat (range) kecepatan angin operasional.

c. Melakukan monitoring operasional

serta pencatatan keluaran dan efisiensi pemompaan.

d. Mematikan dalam keadaan darurat, misalnya kecepatan lebih (overspeed) atau pemeliharaan dan perbaikan.

Pemeliharaan rutin dan berkala diperlukan sesuai dengan manual operasional. Pemeliharaan rutin antara lain adalah pemeriksaan menara, pemeriksaan kotoran atau debu, dll; sedangkan pemeriksaan berkala antara lain pengecekan sambungan dan baut yang longgar, pembersihan dan pelumasan, dll.


Biaya Investasi

Biaya investasi untuk sistem pemompaan terdiri dari:

a. Pengadaan turbin angin, unit kontrol , monitor dan pompa.

b. Pembuatan pondasi dan rumah operator/control.

c. Penyediaan lahan serta pengurusan ijin-ijin.

d. Pengiriman dan pemasangan di lokasi.

e. Pembuatan sumur air atau sumber air.

f. Pemasangan pompa dan instalasi pemipaan.

g. Pembuatan tangki penyimpanan, pemipaan, sambungan, pengaturan distribusi, dll.

h. Start up dan comissioning.

110

MODUL

3ENERGI ANGIN


Biaya operasi dan pemeliharaan (OM), terdiri dari:

a. Operator dan teknisi lapangan.

b. Operasional lokasi termasuk material operasional.

c. Pelaporan berkala.

d. Pemeliharaan rutin dan berkala.

e. Suku cadang.

Biaya operasi meliputi gaji/upah operator dan teknisi di lokasi selama 1 tahun, bahan bahan atau material operasional misalnya untuk surat menyurat, laporan, alat kantor, sedangkan dalam pemeliharaan antara lain pengecatan, kebersihan sistem terpasang, penggantian bagian bagian yang rusak. Suku cadang biasanya perlu disediakan minimal untuk 2 tahun pertama.

• Pemilihan dan pemakaian SPTA di Indonesia

Kebutuhan air di Indonesia banyak diperlukan untuk pengadaan air minum, pengairan lahan pertanian atau perkebunan dan juga untuk air minum ternak. Hal ini khususnya di daerah daerah pedesaan yang memiliki sumber air yang jauh dari pemukiman atau berada jauh di kedalaman tertentu sehingga sulit dimanfaatkan, misalnya di daerah pedesaan di Lombok, NTT dan daerah lainnya atau di daerah terpencil. Untuk keperluan ini, penggunaan energi angin sebagai penggerak pompa baik elektris maupun mekanis adalah potensial dan kapasitasnya bergantung pada potensi angin yang tersedia di lokasi. Pemilihan sistem pemompaan dapat dilakukan sebagai berikut:

a. Kecepatan angin rata-rata minimal 3,5 m/detik.

b. Tinggi jatuh (head total) hingga 30 – 40 m.

c. Kapasitas pompa per unit hingga 1,5 atau 2,0 kW.

d. Pilihan pompa (deepwell, sentrifugal atau jack pump) bergantung pada kondisi sumber air, head, lokasi serta penempatan pompa dan tangki penyimpan.

Studi Kasus

1. Kincir angin untuk pemompaan dangkal

▪ Lokasi: Jepara Jawa Tengah, Indramayu Jawa Barat.

▪ Aplikasi

- Menaikkan air untuk pengairan lahan pertanian atau perkebunan.

- Pembuatan garam di tambak garam.

Pemasangan kincir angin yang cukup mudah

▪ Konfigurasi :

- 4 sudu dengan diameter rotor 3 m, dan sudu terbuat dari kayu atau pelat besi.

3.4. PEMAN

FAATAN EN

ERGI AN

GIN

- SKEA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


- Kecepatan operasional dari 2,5 – 15,0 m/detik dengan kecepatan rencana 7,0 m/detik.

- Kapasitas pemompaan 250 l/menit dengan head 0,5 – 1,0 m dan cocok untuk mengangkat air misalnya di tambak ikan atau pembuatan garam.

B. Kincir angin ( SKEA mekanik - Windmill)

Prinsip dasar Kincir Angin

Kincir angin (SKEA mekanik) adalah sistem konversi energi angin untuk mengubah energi angin menjadi putaran rotor dengan tujuan akhir sebagai penggerak mekanik melalui unit transmisi mekanik. Penggunaan yang paling umum adalah untuk pemompaan air secara mekanik dengan menggunakan pompa piston yang dimasukkan ke dalam sumur atau sumber air. Kincir angin ini umumnya disebut kincir angin sudu banyak/majemuk (multi blade) yang terdiri dari 6 - 36 sudu bergantung

pada kapasitas pemompaan. Penggunaan banyak sudu adalah karena kincir ini memerlukan torsi yang besar dengan putaran rendah untuk memompakan air secara mekanik.

Tipe kincir angin yang paling banyak digunakan adalah untuk menggerakkan pompa piston melalui transmisi mekanik. Kecepatan operasioal sebuah kincir angin berkisar antara 2,5–15 m/detik dengan kecepatan angin cut in ( yakni kecepatan agar turbin angin mulai menghasilkan listrik) sebesar 2,5 – 3,0 m/detik. Konfigurasi kincir angin sistem pemompaan mekanik diperlihatkan pada Gambar 13.

Tipe lain kincir angin adalah dengan menggunakan poros tegak untuk pemompaan mekanik, misalnya tipe Savonious dan Darrieus.

• Tipe dan Komponen Kincir Angin

Kincir angin digunakan untuk pemopaan air atau penggerak mekanik lain misalnya membuka tutup pengatur air, menumbuk padi dan penggerak mekanik lain yang sistemnya disesuaikan dengan pemakaian.

Tipe paling umum adalah kincir angin untuk pemompaan air yang dapat memiliki poros datar misalnya kincir angin sudu majemuk atau poros tegak, misalnya kincir angin Savonious.

Komponen utama kincir angin sudu majemuk terdiri atas: rotor, unit transmisi, ekor pengarah/orientasi dan proteksi kecepatan lebih (overspeed) dan menara.

Kincir angin 4 sudu dari pelat besi sedang di uji di terowongan angin LAPAN Rumpin.

112

MODUL

3ENERGI ANGIN


Gambar 3.13. Konfigurasi pemopaan dengan kincir angin

(sumber: Sarah Lancashire, Windpumping Handbook, IT Publ, London, 1987)

3.4. PEMAN

FAATAN EN

ERGI AN

GIN

- SKEA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


Beberapa contoh tipe kincir angin diperlihatkan pada Gambar 14a sampai dengan Gambar 14c.

(a) Kincir angin sudu majemuk 18 sudu

(b) Kincir angin sudu 4 (pelat baja) pemompaan air dangkal

(c) Kincir angin sudu 4 (kayu) untuk pembuatan garam

Komponen utama kincir angin diperlihatkan pada Gambar 15 a,b,c dand

(a) Rotor tradisional

(b) Rotor modern

(c) Unit transmisi mekanik

Sudu rotor

Ekor pengarah/orientasi

Pompa piston

Sumber air

Pondasi

Menara lattis

Gambar 3.14. Beberapa tipe kincir angin poros datar (Sumber: Bid Terapan,

Pemanfaatan Turbin Angin di berbagai wilayah Indonesia, LAPAN, 2000 )

114

MODUL

3ENERGI ANGIN


(d) Sistem tranmisi dari kincir ke pompa

Gambar 3.15. Komponen utama kincir angin (rotor, transmisi, pompa)

(sumber: Joop van Meel and paul Smulders, Windpumping A Handbook,

WB, Washington DC, 1989)

• Fungsi Komponen Kincir Angin

Fungsi komponen kincir angin sudu majemuk adalah:

(1) Rotor: untuk mengubah energi angin menjadi energi mekanik yang menghasilkan putaran dan daya tertentu bergantung pada diameter rotor dan jumlah sudu (jumlah sudu 6–36) yang selanjutnya diteruskan ke unit transmisi.

(2) Unit transmisi: berfungsi untuk mengubah putaran rotor menjadi putaran yang sesuai dengan gerak turun naiknya piston pompa (umumnya menurunkan putaran dengan faktor 3). Efisiensi unit transmisi adalah dari 70% - 90%.

(3) Sistem oientasi dan kontrol mekanik: berfungsi untuk mengontrol gerakan rotor agar menghadap ke arah angin dan melindungi kincir angin dari angin kencang.

Umumnya sistem orientasi dan kontrol mekanik adalah berupa ekor dan

daun ekor pengaman yang terpasang di bagian belakang kincir angin. Pada kecepatan kecepatan angin rendah, rotor diarahkan ke angin dan bila kecepatan angin bertambah, secara perlahan rotor berputar menjauhi angin sehingga akan membatasi kecepatan pompa dan gaya gaya yang bekerja pada struktur.

Fungsi sistem keselamatan didasarkan pada keseimbangan gaya-gaya aerodinamik (bekerja pada satu atau dua ekor dan rotor) dan gaya lain (kebanyakan pegas dan pemberat) yang berperan mengimbangi gaya-gaya aerodinamik. Biasanya, sistem keselamatan otomatik dapat dioperasikan secara manual guna menghentikan kincir angin

Sistem keselamatan lain adalah rem mekanik yang dipasangkan pada naf (komponen rotor tempat menempelnya pangkal sudu), yang biasanya dioperasikan oleh sistem keselamatan automatik dan mekanisme furling manual.

(4) Menara: berfungsi sebagai penopang kincir angin secara keseluruhan pada ketinggian tertentu dan harus mampu untuk menahan beban statis dan beban dinamis yang terjadi pada kincir angin.

Menara kincir angin biasanya adalah dari tipe lattis yang terdiri dari 3 atau 4 kaki, tinggi antara 6 m - 18 m dan tinggi yang umum adalah sekitar 10 m namun bisa lebih.

3.4. PEMAN

FAATAN EN

ERGI AN

GIN

- SKEA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


• Pemilihan, rancangan dan perhitungan

Penentuan jumlah sudu rotor merupakan bagian penting dalam rancangan sebuah kincir angin, dan kincir angin akan menghasilkan daya maksimium bila kecepatan ujung sudu mendekati sama dengan kecepatan angin. Untuk suatu kecepatan angin yang diketahui, daya maksimum akan diperoleh jika kecepatan ujung sudu sama dengan 1,5 – 2,0 kali kecepatan angin.

Rancangan kincir angin sekarang ini menghasilkan jumlah sudu yang lebih kecil yaitu 4, 6, 8 atau 12 sudu dan sudu rotor umumnya terbuat dari pelat baja lengkung dengan diameter rotor antara 1,5 – 8 m. Sebagai contoh, sebuah kincir angin dengan diameter rotor 1,5 m akan menghasilkan hingga 24 W daya mekanik dan dengan diameter 8 m menghasilkan 680W pada kecepatan 4 m/detik dan untuk keepatan angin 5 m/detik akan menjadi dobel ( 46 W ).

Energi potensial per satuan waktu (Joule/detik = W ) atau daya untuk menaikkan air dengan tinggi jatuh (head) H adalah

Ph = ρa g H q (14)

dengan massa jenis air ρa = 1000 kg/m3 , g = percepatan gravitasi = 9,8 m/detik2; H total head dalam m; dan q = debit aliran (dalam m3/detik).

Untuk kincir angin dengan efisiensi total η ( = 0,15 – 0,25),:daya yang dihasilkan (dalam W) pada suatu kecepatan angin V adalah, P = η. ½ ρ .V3.A (15)

dengan ρ = massa jenis udara (kg/m3 ) dan

A = luas sapuan rotor kincir angin (m2)

Selanjutnya dengan menyamakan kedua persamaan tersebut, maka nilai q dapat ditentukan untuk head yang diketahui.

Ukuran atau kapasitas sistem penyimpanan air (tangki) merupakan hal penting dalam sistem pemompaan. Untuk memperoleh ukuran yang optimal, pendekatan yang dilakukan adalah dengan memperhitungkan saat angin rendah atau kurang (lull condition) dan mengambil nilai faktor keselamatan (SF-Safety Factor) misalnya = 2.

• Operasi dan pemeliharaan sistem

Pengoperasian kincir angin relatif lebih mudah dari pada turbin angin karena dengan sistem yang telah terintegrasi, dapat dihidupkan dengan melepas rem dan selanjutnya akan beroperasi dalam julat kecepatan angin yang telah dirancang.

Pemelihaaran yang umum untuk sebuah kincir angin mencakup:

a. Pemeriksaan bagian bagian yang bergerak (bagian mekanik) secara regular/berkala, mis setiap 3 – 6 bulan, misalnya bagian rotor, engkol, pompa.

b. Pengecekan pompa piston, terutama bagian piston

c. Pengecekan kondisi menara tehadap pengaruh karat, aus, sambungan sambungan

d. Pengecatan berkala e. Pemeriksaan pipa saluran dari kincir

angin ke tangki dan ke pengguna

116

MODUL

3ENERGI ANGIN



Biaya investasi kincir angin sebagai sistem pemompaan terdiri dari:

a. Pengadaan/pembuatan kincir angin bersama komponen komponen termasuk menara.

b. Penyediaan lahan untuk pemasangan dan rumah operator dan kontrol.

c. Pengiriman dan pemasangan di lokasi.

d. Pembuatan pondasi.

e. Pembuatan sumur atau sumber air.

f. Pembuatan saluran transmisi terdiri dari pipa dan sambungan, katup katup pengatur, tangki penyimpan dan distribusi ke pengguna.

g. Start up dan komisioning.

Sedangkan biaya operasi dan pemeliharaan terdiri dari:

a. Biaya operator dan teknisi lapangan.b. Biaya operasional di lokasi termasuk

material operasional bulanan atau 1 tahun.

c. Biaya pemeliharaan rutin dan berkalad. Suku cadang dan material

operasional.

Biaya EPC bergantung pada jenis , jumlah dan kapasitas turbin angin terpasang karena akan mempengaruhi biaya pembuatan pondasi, menara, komponen serta pengiriman dan pemasangan di lokasi; dan hal ini juga akan mempengaruhi biaya operasi dan pemeliharaan (OM).

Pemanfaatan turbin angin skala kecil adalah dalam modus stand alone atau

hibrida dengan PV dan/atau genset sehingga pada dasarnya tidak memerlukan interkoneksi dengan grid.

Untuk listrik rumah tangga dan keperluan lainnya, turbin angin skala kecil yang disarankan adalah dari kapasitas 80 W, 250 W, 1.000 W, 2.500 W, 3.500 W dan 10.000 W. Dengan mengambil turbin angin 3.500 W sebagai kasus, investasi adalah sekitar 180-200 juta rupiah. Sebagai pendekatan, harga turbin angin sekitar Rp 100 jt; menara 15m (Rp 40 jt), pemompaan (Rp 20 jt – 40 jt), pondasi dan penunjang (Rp 20 jt- 40 jt), belum termasuk pemasangan, bergantung lokasi. Baterai tidak ada untuk sistem pemompaan.

Pemberian harga /biaya dalam rupiah sulit dilakukan karena harga real komponen selalu berubaah dan tergantung pada tipe dan spesifikasi; namun sebagai pendekatan diberikan dalam persen.

Investasi untuk kincir angin terdiri dari EPC, OM untuk 1 tahun serta biaya pengembangan; dan karena aplikasi pada umumnya adalah untuk pemompaan, maka dalam EPC juga termasuk biaya pembuatan tangki penyimpan, pemasangan pompa dan pipa saluran serta kelengkapannya. Beberapa jenis kincir angin dapat di produksi lokal, sehingga biaya EPC pada umumnya lebih rendah dari turbin angin. Sebagai kasus, biaya pembuatan sebuah kincir angin 18 sudu untuk pemompaan dapat kurang dari 100 juta rupiah.

3.4. PEMAN

FAATAN EN

ERGI AN

GIN

- SKEA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


• Pemilihan dan aplikasi kincir angin untuk Indonesia

Kincir angin di Indonesia telah dikembangkan dalam pemompaan skala kecil baik untuk penyediaan air minum,penyediaan air untuk ternak di beberapa daerah dan juga untuk pengairan skala kecil. Aplikasi yang lebih sesuai adalah dengan kecepatan angin rata rata dari 2.5 m/detik – 4.0 m/detik untuk penyediaan air minum di daerah daerah terpencil dan juga untuk pembuatan garam, dengan tinggi jatuh (head) total hingga 30 - 40 m. Berbagai prototip yang telah dikembangkan, diuji coba dan dimafaatkan antara lain sebagai berikut:

Tipe/Sudu/diameter sudu(m)

Kapasitas, l/mnt

Tinggi menara (m) Penggunaan Lokasi

SM4-G;4 sudu; 3m 250 3,0 Pembuatan garam Jepara; Indramayu

SM12/12/3,2 42,0 10 - 15 Pemompaan sumur dangkal Lombok Timur

SM18/18/6,0 150 10-15 Pemompaan air sungai untuk irigasi

Serang/Banten;Praipaha/NTT

(Sumber: Katalog Hasil Riset dan Rekayasa Turbin Angin, LAPAN, 2008)

118

MODUL

3ENERGI ANGIN


• Studi Kasus

1. Kincir angin mekanik untuk pengairan

▪ Lokasi: Serang, Banten Jawa Barat.

▪ Konfigurasi:

- Kincir angin terdiri atas 18 sudu dari pelat baja atau alauminium pelat lengkung dengan diameter rotor 6,0 m.

- Menara tipe lattis dengan tinggi 10 – 15m.

- Kecepatan operasional dari 2,5 – 15 m/detik.

- Tipe pompa: pompa torak/piston.

- Kapasitas pemompaan: 150 l/menit pada tinggi pemompaan(head) 25 m dan kecepatan rencana 8,0 m/detik.

Kincir angin pemompaan di Serang, Banten

▪ Aplikasi

- Pemompaan air bersih sumur dangkal.

- Pengairan lahan pertanian, misalnya sawah.

Kincir angin ini dibangun oleh LAPAN bekerjasama dengan Pemerintah Daerah Serang untuk mengairi lahan persawahan dengan memompakan air dari sungai yang berada di seberang sawah. Untuk sumber air pemompaan, air sungai dialihkan dan ditampung dalam satu kolam.

Kincir angin ini cocok digunakan di lokasi dengan kecetan angin rendah (< 4 m/detik) dengan pemeliharaan yang mudah. Ukuran lain dari kincir angin jenis ini adalah dengan jumlah sudu 6, 10, 12 dan 16 dengan diameter rotor dan kapasitas pemompaan yang berbeda, dan telah dimanfaatkan di beberapa lokasi di Lombok Timur, NTB.

3.5. RING

KASAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


3.5. RINGKASAN

Pemanfaatan energi angin di Indonesia dapat dilakukan dalam skala kecil, menengah maupun besar bergantung pada potensi suatu daerah dan pemanfaatannya, yaitu untuk pembangkit listrik atau penggerak mekanik. Ukuran turbin angin atau kincir angin ditentukan berdasarkan analisis pasokan (supply) dan pemakaian (demand) di daerah tersebut yang akan menentukan kapasitas daya, tipe dan jumlah untuk pemakaian yang direncanakan, misalnya listrik rumah tangga, mengisi baterai dan pemompaan. Dengan demikian, untuk implementasi yang optimal diperlukan pengukuran data angin secara kontinu minimal selama 1 tahun dan juga perhitungan ekonomis guna menghasilkan investasi yang paling menguntungkan dalam pengoperasian dan pemelihaaan sistem terpasang.

Turbin angin skala kecil di pasaran tersedia dalam kapasitas 50 W hingga 10 kW; skala menengah dari kapasitas 30 kW, 50 kW dan 100 kW dan skala besar dari kapasitas 250 kW, 300 kW atau 500 – 750 kW atau bahkan dalam orde MW.

Pemakaian kincir angin paling umum adalah pemompaan air untuk penyediaan air minum atau air minum ternak, pengairan lahan pertanian dan pembuatan garam. Kincir angin yang tersedia umumnya dengan kapasitas 150 l/menit hingga 250 l/menit.

Pemanfaatan energi angin sebagai pembangkit listrik maupun mekanik cukup potensial di beberapa wilayah Indonesia. Untuk pembangkit listrik

(SKEA), diperlukan kecepatan rata rata minimal 3,5 – 4,0 m/detik sedangkan untuk kincir angin minimal 2,5 m/detik. Wilayah potensial untuk turbin angin antara lain adalah Nusa Tenggara Timur, Sulawesi Selatan, Pantai Utara dan Selatan Jawa,Lombok Timur. Sedangkan untuk kincir angin pemompaan (SPTA) antara lain adalah Indramayu, Jawa Tengah, Jepara, Lombok Timur, NTT.

120

MODUL

3ENERGI ANGIN


3.6. REFERENSI UTAMA

1. AWS Scientific,Inc. (1996), Wind Resource Assessment Handbook, NREL, USA.

2. E.H.Lysen (1982), Introduction to Wind Energy, SWD, The Netherlands.

3. Gary L.Johnson (2006), Wind Energy System, Mahattan,KS.

4. Jop Van Meel and Paul Smulders (1989), Wind Pumping , A Handbook, The World Bank, Washington, DC.

5. L.L.Frereis (1990), Wind Energy Conversion Systems, Prentice Hall, NY USA.

6. Pusterapan LAPAN (2007), Dokumen Teknis dan Rancangan dan Kajian Pembuatan SKEA 300 kW, Jakarta

7. R.Gasch,J.Twele (2002), Wind Power Plants: Fundamental ,Design Construction and Operation, Solarpraxis, Berlin,Germany.

8. Sarah Lancashire, Jeff Kenna and Peter Fraenkel (1987), Windpumping Handbook; IT Publications, London, UK.

9. Tony Burton,Cs. (2001), Wind Energy Handbook, John Wiley & Sons, New York, USA.

10. Vaughn Nelson (1994), Wind Energy and Wind Turbines, Alternative Energy Institute, West Texas A & M University, USA.

3.7. EVALUASI KEMAMPUAN



1. Yang termasuk energi baru dan terbarukan (EBT) tetapi bukan energi terbarukan (ET) adalah:a. Biomasa b. Energi Surya c. Energi Nuklir d. Energi Angin

2. Energi angin: a. Bertiup sepanjang hari b. Adalah juga energi matahari c. Selalu dapat dimanfaatkan untuk

pembangkit listrik d. Bukan energi baru dan terbarukan

3. Data primer untuk energi angin adalah: a. Kecepatan angin b. Arah angin c. Kecepatan dan arah angin d. Daya angin

4. Daya angin adalah: a. Kecepatan angin rata rata selama 1

tahun b. A kWh c. Energi yang dihasilkan oleh angin d. Energi angin yang dihasilkan per

satuan waktu

5. A kWh adalah: a. Energi yang dihasilkan oleh angin b. Energi yang dihasilkan oleh angin dalam 1 tahun c. Energi tahunan yang dihasilkan oleh angin dalam kWh d. Energi angin per satuan waktu

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


6. WPD adalah:a. Daya angin total dalam 1 bulan b. Daya angin spesifik selama 1 tahun c. Daya angin persatuan luas d. Daya angin dalam 1 tahun

7. EPD adalah: a. Energi angin rata rata dalam 1 tahun b. Energi angin total dalam satu

tahun c. Energi angin spesifik d. Energi angin pada kecepatan angin

tertentu

8. Kecepatan angin rata rata adalah: a. Kecepatan angin rata rata tahunan b. Kecepatan angin rata rata jam jam

an c. Kecepatan angin sesaat d. Kecepatan angin rata rata dari

berbagai pengukuran kecepatan angin

9. Anemometer adalah: a. Alat untuk mengukur kecepatan

angin rata rata di suatu tempat b. Alat untuk mengukur kecepatan dan

arah angin c. Alat untuk mengukur kecepatan angin d. Alat untuk mengukur ketinggian

suatu tempat

10. Untuk mengukur arah angin digunakan: a. Barometer b. Hygrometer c. Potensiometer yang digerakkan

karena perubahan arah angin d. Termograph

11. Arah acuan(nol) untuk pengukuran arah angin adalah:

a. Timur b. Selatan c. Barat d. Utara

12. Nilai WPD untuk kecepatan angin rata rata sebesar 5,0 m/detik di sebuah lokasi adalah: a. 70,60 W/m2

b. 81.25 W/m2 c. 76,56 W/m2 d. 125,50 W/m2

13. Untuk menentukan jumlah jam dalam 1 tahun, yang digunakan adalah nilai:a. 8,760 jam b. 8760 jam c. 8670 jam d. 7860 jam

14. Contoh data statistik adalah: a. Nilai puncak b. Nilai minimum c. Nilai rata rata d. Nilai sesaat kecepatan angin

15. Wind rose adalah diagram yang menggambarkan: a. Kecepatan angin rata rata di suatu

lokasi b. Arah angin rata rata c. Distribusi kecepatan d. Distribusi arah angin di suatu

lokasi

16. Jika nilai k (faktor Weibull) makin besar, maka energi yang dihasilkan di suatu lokasi akan: a. Makin besar b. Makin kecil c. Tetap d. Berbading langsung dengan pangkat

tiga kecepatan angin

122

MODUL

3ENERGI ANGIN


17. Jika kecepatan angin di suatu lokasi berubah dari 3.0 m/detik menjadi 6.0 m/detik,maka energi yang dihasilkan akan menjadi ... kali dari energi mula mula:a. 2 kali b. 8 kali c. 18 kali d. 9 kali

18. Jika kecepatan angin di suatu lokasi pada ketinggian 10m adalah 4,5 m/detik, maka pada ketinggian 30m, kecepatan adalah sekitar: a. 5,0 m/detik b. 4,8 m/detik c. 5,3 m/detik d. 13,5 m/detik

19. Beban statik yang bekerja pada turbin angin adalah beban atau gaya yang bekerja:a. Pada kecepatan angin maksimum b. Pada kecepatan angin rata rata c. Pada kecepatan angin minimum d. Pada kondisi tanpa menyertakan

pengaruh angin atau pengaruh luar lainnya

20. Rotor turbin angin terdiri dari: a. Semua sudu b. Sudu dan naf c. Sudu dan ekor d. Sudu dan nasel

21. Kapasitas daya yang dihasilkan oleh sebuah turbin angin ditentukan oleh:a. Diameter rotor b. Diameter dan kecepatan angin c. Diameter, kecepatan angin dan

efisiensi total d. Kecepatan angin dan efisiensi total

22. Komponen utama sebuah turbin angin skala besar adalah: a. rotor, generator, nasel, kontrol,

unit transmisi, menara, dan ekor pengarah

b. rotor, sudu, generator, nasel, kontrol, unit transmisi, dan menara

c. rotor, generator, nasel, drive train, kontrol, dan menara

d. rotor,generator dan menara

23. Salah satu komponen sistem pemompaan yang banyak digunakan dalam SPTA adalah:a. Pompa piston b. Pompa angin c. Pompa benam d. Pompa isap

24. Analisis ekonomi pemanfaatan turbin angin dapat digunakan untuk mengestimasi:a. Nilai IRR b. Harga energi per kWh c. Proyek tersebut bankable atau tidak d. Nilai NPV dan IRR

25. Analisis finansial pemanfaatan energi angin digunakan untuk mengestimasi:a. Kelaikan ekonomi b. Payback period c. Kelaikan dibiayai oleh bank d. Menentukan biaya EPC

26. Kincir angin sudu majemuk lebih sesuai untuk pemompaan mekanik daripada turbin angin karena memiliki: a. Torsi yang lebih rendah b. Torsi yang lebih tinggi c. Torsi yang konstan d. Torsi yang maksimum

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AN

GIN


27. Sistem kontrol turbin angin berfungsi untuk: a. Mengerem turbin angin agar tidak

berputar b. Menggerakkan rotor agar senantiasa

mengarah ke angin c. Mengatur putaran rotor dalam

daerah/julat yang di inginkan d. Semua fungsi tersebut

28. Jika sebuah turbin angin dilengkapi dengan generator arus bolak balik, maka informasi yang kita perlukan dari generator tersebut adalah:a. Tegangan yang dihasilkan b. Tegangan dan frekuensi c. Kapasitas,tegangan dan frekuensi d. Masih ada selain itu

29. Soil test diperlukan untuk mengetahui: a. Kondisi topografi sebuah dataran b. Struktur dan kekuatan tanah c. Apakah tanah tersebut rata atau tidak d. Kelembaban tanah

30. EPF digunakan untuk mengetahui:a. Energi angin aktual di suatu lokasi b. Kecepatan angin rata rata di suatu

lokasi c. Wind Power Density (WPD) d. Daya total di suatu lokasi

31. Distribusi kecepatan angin di suatu lokasi menggambarkan:a. Hubungan antara daya dan

kecepatan b. Hubungan antara energi dan

kecepatan angin c. Hubungan antara daya dan

kecepatan angin rata rata

d. Hubungan antara frekuensi kecepatan angin dengan kecepatan angin

32. Metoda ekstrapolasi merupakan cara yang dapat digunakan untuk menaksir besarnya:a. Energi angin di suatu lokasi b. Turbulensi kecepatan angin di

lokasi tersebut c. Daya per satuan luas d. Energi angin pada suatu posisi yang

lebih tinggi dengan membadingkan terhadap ketinggian tertentu

33. Menara turbin angin yang lebih tinggi akan menghasilkan:a. Kecepatan angin yang lebih tinggi b. Daya angin yang lebih tinggi c. Energi yang lebih tinggi d. Ketiganya benar

34. Untuk rancangan sistem kontrol sebuah turbin angin, parameter kecepatan angin yang digunakan adalah: a. Kecepatan angin cut-in b. Kecepatan angin nominal (rated) c. Kecepatan angin cut- out d. Kecepatan angin maksimum

35. Kurva daya sebuah turbin angin memberikan hubungan antara:a. Daya dan waktu b. Daya dan kecepatan c. Daya dan kecepatan rata rata d. Daya dan energi

124

MODUL

3ENERGI ANGIN


II. Soal isian


1.Turbin angin poros datar adalahturbinanginyangbekerjaberdasarkan……………………; sedangkan poros tegakberdasarkan………………………………

2.Elemenelementopografiterdiridari3jenisyaitu:……………………………………

3.Posisi rotor turbin angin dapat dibagidalam2 (dua) tipeyaitu ...................dan....................

4.Berdasarkan keluaran yang dihasilkan,sistemkonversienergianginterdiridari2jenisyaitu...................dan...................

5.Pengelompokan turbin anginmenurutkapasitasadalah...........................

6.Contoh data anginsekunder adalah (sebutkanbeberapa).........................................

7.Pengolahan data angin untuk sebuahlokasi akan menghasilkan informasiyang bermanfaat untuk pemanfaatanenergiangin.Informasitersebutadalah(sebukanminimal3)....................................................

8.Kecepatan angin operasional sebuahturbin angin dinyatakan oleh 4parameterutamayaitu:...........,....................................,.....................................,....................................

9.Duaparameterutamadalammerancangkinciranginuntukpemopaanmekanikadalah......................................

10.Empatparameteryangmempengaruhidalam menentukan energi yangdihasilkan oleh sebuah turbin angin,berturut turut adalah (tuliskanmulaidari pengaruh yang paling besar):............, ..................., ...............,..................

ENERGI BIOMASSAMODUL

4ENERGI BIOMASSA

126

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


4.2.Pengenalan Energi Biomassa

Biomassa adalah produk fotosintesis yang menyerap energi surya dan mengubah karbon dioksida, dengan air ke campuran karbon, hidrogen dan oksigen. Biomassa adalah material biologis yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar, baik secara langsung maupun setelah diproses melalui serangkaian proses yang dikenal sebagai konversi biomassa. Biomassa juga meliputi sampah bio yang dapat diuraikan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Biomassa tidak termasuk material organik yang telah diubah dengan proses geologis ke dalam zat seperti batubara atau petroleum.

• Bahan Baku Biomassa

Bahan Baku (feedstock) energi biomassa sangat beragam jenisnya yang pada dasarnya merupakan hasil produksi dari makhluk hidup. Biomassa dapat berasal dari tanaman perkebunan atau pertanian, hutan, peternakan atau bahkan sampah. Bioenergi adalah energi yang berasal dari tanaman hidup (biomassa) yang terdapat di sekitar kita. Energi itu biasa disebut sebagai bahan bakar hayati atau biofuel. Energi ini tidak akan pernah habis selama tersedia tanah, air, dan matahari masih memancarkan sinarnya ke muka bumi. Selama mau menanam, membudidayakan, serta mengolahnya menjadi produk bermanfaat seperti bahan bakar.

Saat ini, Indonesia merupakan negara yang paling kaya dengan energi hijau. Menurut BPPT Kita memiliki minimal

4.1. TUJUAN : Setelah mempelajari Modul ini, peserta pelatihan diharapkan dapat:• Memiliki pemahaman yang baik tentang energi

biomassa• Mengenali potensi energi biomassa• Mampu mendesain dan merencanakan sistem

pemanfaatan energi biomassa• Mampu memperkirakan biaya investasi untuk pe-

manfaatan energi biomassa• Memiliki pemahaman yang baik tentang berbagai

aplikasi energi biomassa

MODUL PELATIHAN ENERGI BIOMASSA

4.2. PENG

ENALAN

ENERG

I BIOM

ASSA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A

127Modul Pelatihan Energi Biomassa

49 jenis tanaman bahan baku biofuel yang tersebar secara spesifik di seluruh pelosok Nusantara. Kelapa sawit tumbuh di wilayah basah dengan curah hujan tinggi.

Selain itu, ada tanaman tebu yang menghendaki beda musim yang tegas antara hujan dan kemarau. Singkong mampu berproduksi baik di lingkungan sub-optimal dan toleran pada tanah dengan tingkat kesuburan rendah. Jarak pagar mampu berproduksi optimal di daerah terik dan gersang. Kelapa terdapat di pantai-pantai, bahkan di pulau- pulau terpencil. Ditambah tanaman lainnya, seperti sagu, nipah, nyamplung, bahkan limbah-limbah pertanian, seperti sekam padi, ampas tebu, tongkol jagung, dan biji-bijian sangat mudah didapatkan di Indonesia.

• Potensi Energi Biomassa di Indonesia

Indonesia, Sebagai negara agraris yang beriklim tropis memiliki beberapa sumber energi terbarukan yang berpotensi besar, antara lain : energi hidro dan mikrohidro, energi geotermal, energi biomassa, energi surya dan energi angin.

Potensi energi biomassa Indonesia, secara teori diperkirakan mencapai sekitar 49.810 MW. Angka ini diasumsikan dengan dasar kadar energi dari produksi tahunan sekitar 200 juta ton biomassa dari residu pertanian, kehutanan, perkebunan dan limbah padat perkotaan. Jumlah potensi yang besar tidak sebanding dengan kapasitas terpasang sebesar 302.4 MW atau 0,64 persen yang dimanfaatkan. Bila kita maksimalkan potensi yang ada dengan menambah jumlah kapasitas terpasang, maka akan membantu bahan bakar fosil yang selama ini menjadi tumpuan dari

Sumber: Presentasi KESDMGambar 4.1. Potensi Pengembangan Komoditas Penghasil Bio Energi Indonesia

128

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


penggunaan energi. (KESDM 2008)

Total areal hutan di Indonesia adalah yang ketiga terbesar setelah mereka di Brazil dan Zaire. Meskipun menghasilkan sejumlah besar residu hutan, residu dari penebangan dan pabrik terlihat secara potensial ketersediaan bahan bakar untuk pembangkit energi. Residu dari kayu lapis dan pulp / industri kertas daur ulang dan produk turunan saat ini dapat dimanfaatkan untuk atau sebagai sumber energi. Dengan hutan tropis Indonesia yang sangat luas, setiap tahun diperkirakan terdapat limbah kayu sebanyak 25 juta ton yang terbuang dan belum termanfaatkan. Jumlah energi yang terdapat pada kayu sangat besar yaitu 100 milyar Kkal pertahun.

Diperkirakan bahwa Indonesia memproduksi 146.700.000 ton biomassa per tahun, setara dengan sekitar 470 GJ/tahun. Sumber utama energi biomassa di Indonesia dapat diperoleh dari residu padi yang memberikan potensi energi terbesar teknis 150 / tahun GJ, karet kayu dengan 120 / tahun GJ, gula residu dengan 78 / tahun GJ, kelapa minyak residu, 67 GJ / tahun, dan beristirahat dengan lebih kecil dari 20 GJ / tahun berasal dari residu kayu lapis dan veneer, penebangan residu, residu kayu gergajian, residu kelapa, dan limbah pertanian. (ZREU, 2000). Sumber-sumber biomassa dapat membantu dalam penyediaan baik panas dan listrik untuk rumah tangga dan industri pedesaan.

Indonesia juga memiliki banyak perkebunan seperti karet, kelapa sawit, kelapa dan tebu. Mereka menghasilkan jumlah berlimpah biomassa dan jumlah

ini meningkat secara bertahap setiap tahun khususnya untuk minyak sawit. Sumber daya lainnya dari biomassa yang memiliki potensi besar sebagai bahan baku untuk menghasilkan listrik adalah limbah pertanian dan sampah kota kota.

Energi biomassa menjadi penting bila dibandingkan dengan energi terbarukan karena proses konversi menjadi energi listrik memiliki investasi yang lebih murah bila di bandingkan dengan jenis sumber energi terbarukan lainnya. Hal inilah yang menjadi kelebihan biomassa dibandingkan dengan energi lainnya. Proses energi biomassa sendiri memanfaatkan energi matahari untuk merubah energi panas menjadi karbohidrat melalui proses fotosintesis yang selanjutnya diubah kembali menjadi energi panas.

Dapat dilihat dari Gambar 1, daerah-daerah yang sangat berpotensi mengembangkan biomassa penghasil bioenergi di Indonesia, selain kelapa sawit yaitu jarak pagar, singkong, tebu, kapas dan sagu.

• Klasifikasi Biomassa sebagai Bioenergi

Berdasarkan jenisnya, Bahan Baku Biomassa dikelompokan menjadi beberapa jenis yaitu kayu, buah, biji-bijian, akar dan limbah sisa biomassa. Semua jenis bahan tersebut merupakan bahan-bahan yang bisa dirubah menjadi bahan baku bioenergi.

Berdasarkan proses pengolahannya menjadi bioenergi, pengubahan (konversi) biomasa dikelompokkan menjadi :

4.2. PENG

ENALAN

ENERG

I BIOM

ASSA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


▪ konversi termo-kimia

pengubahan bentuk biomasa menjadi bioenergi yang melibatkan panas dan reaksi kimia

▪ konversi fisika-kimia

pengubahan bentuk biomasa menjadi bioenergi yang melibatkan proses fisika dan reaksi kimia

▪ konversi biologi

pengubahan bentuk biomasa menjadi bioenergi yang melibatkan proses biologi

Berdasarkan sifat fisiknya, biomasa sebagai bahan baku bioenergi dikelompokkan menjadi bahan bakar padatan (arang, briket, pelet), bahan bakar gas (syngas, biogas) dan bahan bakar cair (biodiesel, biooil, bioetanol)

Berdasarkan pemanfaatan biomassa sebagai bahan baku bioenergi dibagi menjadi

▪ pemanfaatan panas

Panas yang dihasilkan oleh pembakaran biomasa, dimanfaatkan sebagai sumber energi seperti memasak dan memanaskan boiler.

▪ pemanfaatan listrik

Listrik dapat dihasilkan melalui proses konversi dari bahan baku menjadi bahan bakar pembangkit listrik, listrik dimanfaatkan untuk aktivitas manusia

▪ pemanfaatan Transesterifikasi

Biodiesel yang dihasilkan secara transesterifikasi dimanfaatkan sebagai bahan bakar penggerak mesin seperti kendaraan dan mesin diesel.

Sumber: PNPM Database 2010Gambar 4.2. Pohon Energi Biomassa

130

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


• Pengenalan Biogas

Biogas merupakan sebuah proses produksi gas bio dari material organik dengan bantuan bakteri. Proses degradasi material organik ini tanpa melibatkan oksigen disebut anaerobik digestion Gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50 % ) berupa metana. material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraiakan menjadi dua tahap dengan bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama material orgranik akan didegradasi menjadi asam asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana. Sedangkan asifdifikasi yaitu pembentukan asam dari senyawa sederhana.

Setelah material organik berubah menjadi asam asam, maka tahap kedua dari proses anaerobik digestion adalah pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus, methanosarcina, methano bacterium. Kandungan utama dalam biogas adalah kombinasi methane (CH4), karbon dioksida (CO2), Air dalam bentuk uap (H20), dan beberapa gas lain seperti hidrogen sulfida (H2S), gas nitrogen (N2), gas hidrogen (H2) dan jenis gas lainnya dalam jumlah kecil.

Tabel 4.1.Komposisi Biogas

Substansi Simbol PersenMetane CH4 50-70Karbon Dioksida CO2 30-40Hidrogen H2 5-10Nitrogen N2 1-2Uap Air H2O 0.3Hidrogen Sulfida H2S trace

Sumber: Yadav and Hesse 1981

• Bahan Baku Biogas

Berdasarkan definisi diatas, yang dapat dijadikan bahan baku biogas adalah bahan-bahan material organik seperti kotoran ternak, sampah organik, limbah-limbah biomassa.

Tabel 4.2: Potensi Produksi Gas dari Kotoran

Kotoran Produksi Gas / kg(m3)

Sapi, Kerbau 0.023 - 0.040Babi 0.040 - 0.059Unggas 0.065 - 0.116Manusia 0.020 - 0.028

sumber: Guidebook of Biogas Development 1984

Selain hewan dan kotoran manusia, bahan tanaman juga dapat digunakan untuk menghasilkan biogas dan biomanure. Sebagai contoh, satu kg limbah tanaman mentah dan eceng gondok memiliki potensi dapat memproduksi masing-masing 0,037 dan 0,045 m3 biogas. Bahan organik yang berbeda memiliki

4.3.BIOGAS

4.3. BIOG

AS

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


karakteristik bio-kimia yang berbeda, potensi mereka untuk produksi gas juga bervariasi. Dua atau lebih dari bahan tersebut dapat digunakan bersama dengan ketentuan bahwa beberapa persyaratan dasar untuk produksi gas atau untuk pertumbuhan normal methanogen terpenuhi.

Beberapa karakteristik masukan-masukan yang memiliki dampak signifikan pada tingkat produksi gas yang dijelaskan di bawah ini.

Rasio C/N: Hubungan antara kandungan jumlah karbon dan nitrogen dalam bahan organik yang dinyatakan dalam Rasio Carbon / Nitrogen (C/N) . Rasio C/N berkisar dari 20 sampai 30 dianggap optimum untuk pencernaan anaerobik. Jika rasio C/N sangat tinggi, nitrogen akan dikonsumsi secara cepat oleh methanogen untuk memenuhi kebutuhan protein mereka dan tidak akan lagi bereaksi menyisakan konten karbon dari bahan tersebut. Akibatnya, produksi gas akan rendah. Di sisi lain, jika rasio C/N sangat rendah, nitrogen akan dibebaskan dan terakumulasi dalam bentuk amonia (NH4), NH4 akan meningkatkan nilai pH konten dalam digester. pH lebih tinggi dari 8,5 akan mulai menunjukkan efek toksik pada populasi metanogen. Kotoran hewan, terutama kotoran sapi, memiliki rata-rata rasio C/N sekitar 24. Bahan tanaman yang seperti jerami dan serbuk gergaji mengandung persentase yang lebih tinggi dari karbon. kotoran manusia memiliki rasio C/N serendahnya 8. Rasio C/N dari beberapa bahan yang biasa digunakan disajikan pada Tabel berikut.

Tabel 4.3 :

Rasio C/N (karbon/nitrogen)

No Bahan Baku Rasio C/N1 Kotoran Bebek 82 Kotoran Manusia 83 Kotoran Ayam 104 Kotoran Kambing 125 Kotoran Babi 186 Kotoran Domba 197 Kotoran Sapi/kerbau 248 Enceng Gondok 259 Kotoran Gajah 4310 Batang Jagung 6011 Jerami Padi 7012 Batang Gandum 9013 Serbuk Gergaji diatas 200

Sumber : Karki dan Dixit, 1984

Pengenceran dan Konsistensi Umpan:

Sebelum pengumpanan digester, kotoran, terutama kotoran sapi segar, harus dicampur dengan air pada rasio 1:1 berdasarkan satuan volume (volume yang sama yaitu air untuk volume kotoran). Namun, jika kotoran tersebut dalam bentuk kering, jumlah air harus ditingkatkan sesuai untuk mencapai konsistensi yang diinginkan dari input (misalnya rasio bisa bervariasi dari 1:1.25 bahkan 1:2). pengenceran yang harus dilakukan untuk mempertahankan padatan total dari 7 sampai 10 persen. Jika kotoran tersebut terlalu encer, partikel-partikel padat akan tenang masuk ke digester dan jika terlalu tebal, partikel menghalangi aliran gas yang terbentuk di bagian bawah dari digester. Dalam kedua kasus, produksi gas akan kurang dari optimal.

132

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


Volatile Solids: Berat padatan organik yang terbakar bila dipanaskan sampai sekitar 538 oC didefinisikan sebagai volatile solids. Potensi produksi biogas dari bahan organik yang berbeda, yang diberikan dalam Tabel 4.1, juga dapat dihitung berdasarkan kandungan volatile solid mereka.. Semakin tinggi kandungan volatile padat dalam satuan volume kotoran segar, semakin tinggi produksi gas. Misalnya, kg padatan volatile dalam kotoran sapi akan menghasilkan sekitar 0,25 m3 biogas (Sathianathan. 1975).

• Tahapan Pembentukan Biogas

Tahapan yang terjadi selama proses pembentukan bahan baku menjadi biogas adalah :

Tahap 1 Hidrolisis

Limbah yang berasal dari tumbuhan dan hewan terdiri dari karbohidrat, lipid, protein dan bahan anorganik. Besarnya molekul zat kompleks dilarutkan ke dalam pelarut sederhana dengan bantuan enzim ekstraseluler yang dikeluarkan oleh bakteri. Tahap ini juga dikenal sebagai tahap pemecahan polimer. Misalnya, selulosa yang terdiri dari polimerisasi glukosa dipecah menjadi dimerik, dan kemudian berubah menjadi molekul monomer gula (glukosa) oleh bakteri selulolitik.

Tahap 2 Pengasaman

Monomer seperti glukosa yang diproduksi di Tahap 1 adalah fermentasi dalam kondisi anaerob menjadi berbagai asam dengan bantuan enzim yang dihasilkan

oleh bakteri pembentuk asam. Pada tahap ini, bakteri pembentuk asam memecah molekul dari enam atom karbon (glukosa) menjadi molekul dengan atom karbon lebih kecil (asam). Asam utama yang dihasilkan dalam proses ini adalah asam asetat, asam propionat, asam butirat dan etanol.

Tahap 3 Metanisasi

Prinsipnya asam yang dihasilkan dalam Tahap 2 diproses oleh bakteri metanogen untuk menghasilkan metana. Reaksi yang terjadi dalam proses produksi metana disebut Metanisasi dan dinyatakan oleh persamaan berikut (Karki dan Dixit 1984.).

• Proses Pembuatan Biogas

Proses pembuatan biogas dengan langkah langkah sebagai berikut:

1. Mencampur kotoran sapi dengan air sampai terbentuk lumpur dengan perbandingan 1:1 pada bak penampung sementara. Bentuk lumpur akan mempermudah pemasukan kedalam digester

2. Mengalirkan lumpur kedalam digester melalui lubang pemasukan. Pada pengisian pertama kran gas yang ada diatas digester dibuka agar pemasukan lebih mudah dan udara yang ada didalam digester terdesak keluar. Pada

CH3COOH → CH4 + CO2

Asam Asetat Metane Karbon Dioksida

2CH3CH2OH + CO2 → CH4 + 2CH3COOH

Etanol C.Dioksida Metane Asam Asetat

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Karbon Dioksida Hidrogen Metane Air

4.3. BIOG

AS

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


CH3COOH → CH4 + CO2

Asam Asetat Metane Karbon Dioksida

2CH3CH2OH + CO2 → CH4 + 2CH3COOH

Etanol C.Dioksida Metane Asam Asetat

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Karbon Dioksida Hidrogen Metane Air

pengisian pertama ini dibutuhkan lumpur kotoran sapi dalam jumlah yang banyak sampai digester penuh.

3. Melakukan penambahan starter (banyak dijual dipasaran) sebanyak 1 liter dan isi rumen segar dari rumah potong hewan (RPH) sebanyak 5 karung untuk kapasitas digester 3,5 - 5,0 m2. Setelah digester penuh, kran gas ditutup supaya terjadi proses fermentasi.

4. Membuang gas yang pertama dihasilkan pada hari ke-1 sampai ke-8 karena yang

terbentuk adalah gas CO2. Sedangkan pada hari ke-10 sampai hari ke-14 baru terbentuk gas metan (CH4) dan CO2 mulai menurun. Pada komposisi CH4 54% dan CO2 27% maka biogas akan menyala.

5. Pada hari ke-14 gas yang terbentuk dapat digunakan untuk menyalakan api pada kompor gas atau kebutuhan lainnya. Mulai hari ke-14 ini kita sudah bisa menghasilkan energi biogas yang selalu terbarukan. Biogas ini tidak

Gambar 4.3. Alur Proses Biogas

134

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


berbau seperti bau kotoran sapi. Selanjutnya, digester terus diisi lumpur kotoran sapi secara kontinu sehingga dihasilkan biogas yang optimal

• Peralatan Produksi Biogas

Sebagaimana telah diterangkan diatas, membuat biogas dengan kotoran sapi cukup mudah. Hanya dengan memasukkan kotoran sapi kedalam digester anaerob, dan mendiamkannya beberapa lama, Biogas akan terbentuk. Hal ini bisa terjadi karena sebenarnya dalam kotoran sapi yang masih segar terdapat bakteri yang akan men-fermentasi kotoran tersebut. Tanpa dimasukkan ke dalam digester pun biogas sebanarkan akan terbentuk pada proses dekomposisi kotoran sapi, namun prosesnya berlangsung lama dan tentu saja biogas yang dihasilkan tidak dapat kita gunakan.

Ada tiga jenis digester yang telah dikembangkan selama ini, yaitu:

1. Fixed dome plant, yang dikembangkan di china,

2. �Floating�drum�plant, yang lebih banyak dipakai di India dengan varian plastic cover biogas plant, dan

3.��Plug-flow�plant�atau�balloon�plant yang banyak digunakan di Taiwan, Etiopia, Kolombia, Vietnam dan Kamboja. Jenis ini juga yang banyak digunakkan oleh petani kita di daerah Lembang dan Cisarua.

Bagian-bagian pokok digester gas bio adalah:1. Bak penampung kotoran ternak,2. Digester,3. Bak slurry,4. Penampung gas,5. Pipa gas keluar,6. Pipa keluar slurry,7. Pipa masuk kotoran ternak.

Fixed dome plant

Pada fixed dome plant, digesternya tetap. Penampung gas ada pada bagian atas digester. Ketika gas mulai timbul, gas tersebut menekan slurry ke bak slurry. Jika pasokan kotoran ternak terus menerus, gas yang timbul akan terus menekan slurry hingga meluap keluar dari bak slurry.

Gambar 4.4.Fix Dome Plant

4.3. BIOG

AS

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


Gas yang timbul digunakan/dikeluarkan lewat pipa gas yang diberi katup/kran. Reaktor ini disebut juga reaktor china. Dinamakan demikian karena reaktor ini dibuat pertama kali di china sekitar tahun 1930 an, kemudian sejak saat itu reaktor ini berkembang dengan berbagai model. Pada reaktor ini memiliki dua bagian yaitu digester sebagai tempat pencerna material biogas dan sebagai rumah bagi bakteri,baik bakteri pembentuk asam ataupun bakteri pembentu gas metana. bagian ini dapat dibuat dengan kedalaman tertentu menggunakan batu, batu bata atau beton. Strukturnya harus kuat karna menahan gas aga tidak terjadi kebocoran. Bagian yang kedua adalah kubah tetap (fixed-dome). Dinamakan kubah tetap karena bentunknya menyerupai kubah dan bagian ini merupakan pengumpul gas yang tidak bergerak (fixed). Gas yang dihasilkan dari material organik pada digester akan mengalir dan disimpan di bagian kubah.

Keuntungan: tidak ada bagian yang bergerak, awet (berumur panjang), dibuat di dalam tanah sehingga terlindung

dari berbagai cuaca atau gangguan lain dan tidak membutuhkan ruangan (diatas tanah). Biaya konstruksi lebih murah daripada menggunaka reaktor terapung, karena tidak memiliki bagian yang bergerak menggunakan besi yang tentunya harganya relatif lebih mahal dan perawatannya lebih mudah

Kerugian: Kadang-kadang timbul kebocoran, karena porositas dan retak-retak, tekanan gasnya berubah-ubah karena tidak ada katup tekanan.

Floating drum plant

Floating drum plant terdiri dari satu digester dan penampung gas yang bisa bergerak. Penampung gas ini akan bergerak keatas ketika gas bertambah dan turun lagi ketika gas berkurang, seiring dengan penggunaan dan produksi gasnya. Reaktor jenis terapung pertama kali dikembangkan di india pada tahun 1937 sehingga dinamakan dengan reaktor India. Memiliki bagian digester yang sama dengan reaktor kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas

Gambar 4.5. Floating Drum Plant

136

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


menggunakan peralatan bergerak menggunakan drum. Drum ini dapat bergerak naik turun yang berfungsi untuk menyimpan gas hasil fermentasi dalam digester. Pergerakan drum mengapung pada cairan dan tergantung dari jumlah gas yang dihasilkan.

Keuntungan: Tekanan gasnya konstan karena penampung gas yang bergerak mengikuti jumlah gas. Jumlah gas bisa dengan mudah diketahui dengan melihat

naik turunya drum.

Kerugian: Konstruksi pada drum agak rumit. Biasanya drum terbuat dari logam (besi), sehingga mudah berkarat, akibatnya pada bagian ini tidak begitu awet (sering diganti). Bahkan jika digesternya juga terbuat dari drum logam (besi), digeseter tipe ini tidak begitu awet. Biaya material konstruksi dari drum lebih mahal. faktor korosi pada drum juga menjadi masalah sehingga bagian pengumpul gas pada reaktor ini memiliki umur yang lebih pendek dibandingkan menggunakan tipe kubah tetap.

Balloon plant

Konstruksi balloon plant lebih sederhana, terbuat dari plastik yang pada ujung-ujungnya dipasang pipa masuk untuk kotoran ternak dan pipa keluar peluapan slurry. Sedangkan pada bagian atas dipasang pipa keluar gas. Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. reaktor ini terdiri dari satu bagian yang berfungsi sebagai digester dan penyimpan gas masing masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat. Material organik terletak dibagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas.

Keuntungan: biayanya murah, mudah diangkut, konstruksinya sederhana, mudah pemeliharaan dan pengoperasiannya.

Gambar 4.6.Balloon Plant

Gambar 4.7. DigesterSumber foto: DEPTAN 2010

4.3. BIOG

AS

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


Kerugian: tidak awet, mudah rusak, cara pembuatan harus sangat teliti dan hati-hati (karena bahan mudah rusak), bahan yang memenuhi syarat sulit diperoleh.

• Estimasi Penentuan Kapasitas

Gas methan yang dihasil kan oleh kotoran sapi dapat diketahui dari :(Arinal Hamni, 2005)

1. Satu ekor sapi menghasilkan rata-rata 23.59 kg kotoran per hari

2. Tabung gas yang digunakan adalah tabung gas berukuran 25 liter

3. Volume tabung gas adalah : O.032153 M kubik

4. Tekanan gas dalam tabung berkisar 0.40 Kg/ Cm2

5. Tekanan gas dalam satuan pascal menjadi : P = 140500 pascal

6. Hitung nilai ρ = P/ RT = 0.903769 Kg/m kubik

7. Massa Gas Methan diperoleh dengan menggunakan rumus : 0,03 K

8. Massa gas methane ini diperoleh setelah proses pengumpulan berlangsung selama 7Jam, sehingga laju aliran masanya dapat dihitung dengan menggunakan rumus : 0.00428 kg/jam

9. Selama satu hari gas methan campuran didapat sebesar : 0.10285 kg

10. Gas methan murni dapat dikumpulkan setiap hari dengan asumsi 60% dari gas total, maka diperoleh : 0.061714 Kg.

11. Gas methane yang dihasilkan dari satu ekor sapi per hari 23.5 kilogram kotoran sapi di atas dapat digunakan untuk memanaskan kompor selama 3 jam.

• Biaya Investasi, Operasional dan Perawatan

Beberapa pilihan biaya Investasi Instalasi Biogas dapat dilihat pada tabel 4.4.

Tabel 4.4. Harga Digester

Jumlah sapi Digester Harga (Rp)1-2 ekor Plastik 6

meter1.500.000

2-3 ekor Plastik 8 meter

2.000.000

1-2 ekor Pipa PVC portabel 6 meter

3.500.000

2-3 ekor Pipa PVC portabel 8 meter

4.000.000

kotoran 1 rit truk/minggu

Fix Dome 5 meter kubik

11.250.000

(Sumber Ir.Sri Sumarsih, UPNVY, 2010) untuk contoh rincian biayanya dapat dilihat di tabel 4.5.

Tabel 4.5. Rincian Biaya Peralatan

Kebutuhan Harga (Rp)Bak Mixer 57.500Digester 81.250Outlet gas 6.000Peneduh 378.000Outlet slurry 100.000Bak Penampung gas 275.000Upah 200.000TOTAL 1.000.750

(Sumber: PNPM-LMP kendari 2009)

138

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


Sedangkan untuk biaya perawatan dan operasional sangat lah kecil, dengan asumsi perawatan dan operasional hanya dikerjakan sendiri. Perawatan dan operasional yang harus dilakukan adalah

1. Hindarkan digester biogas dari gangguan anak-anak, tangan jahil, ataupun dari ternak yang dapat merusak digester dengan cara memagar dan memberi atap supaya air tidak dapat masuk ke dalam galian digester.

2. Pada sistem pengolahan biogas yang menggunakan digester dan penampung gas dari plastik, isilah selalu pengaman gas dengan air sampai penuh. Jangan biarkan sampai kosong karena gas yang dihasilkan akan terbuang melalui pengaman gas.

Apabila digester keras tetapi gasnya tidak mengisi penampung gas, maka luruskan selang dari pengaman gas sampai reaktor, karena uap air yang ada di dalam selang dapat menghambat gas mengalir ke penampung gas. Lakukan hal tersebut sebagai pengecekan rutin.

3. Pada digester skala rumah tangga, digester biogas dapat digoyang-goyang sehingga terjadi penguraian yang sempurna dan gas yang terbentuk di bagian bawah naik ke atas. Lakukan setiap pengisian bahan biogas.

4. Cegah air masuk ke dalam digester dengan menutup lubang pengisian disaat tidak ada pengisian digester.

5. Pada sistem yang menggunakan penampung gas dari plastik, berikan pemberat di atas penampung gas (misalnya dengan karung-karung bekas) supaya mendapatkan tekanan di saat

pemakaian.

6. Selalu bersihkan kompor biogas dari kotoran atau minyak.

• Contoh Aplikasi Biogas di Indonesia

Pemanfaatan Biogas didesa Cisurupan-Garut. (KHARISTYA, 2004)

Sapi perah merupakan hewan yang umum dipelihara sebagai salah satu sumber mata pencaharian di Kecamatan Cisurupan Kabupaten Garut. Menurut data populasi KUD Mandiri Cisurupan tahun 2003, jumlah sapi perah mencapai 5800 ekor dari 1400 peternak. Dengan asumsi setiap sapi mengeluarkan 22 kg kotoran/hari total kotoran yang dikeluarkan sapi adalah 127 ton. Kotoran sapi dengan jumlah ini dapat menghasilkan gas bio 1.719 – 5.670 m3/hari.

Keterangan teknis dibawah ini untuk kebutuhan memasak 1 KK dengan 4 anggota keluarga, dengan kapasitas sapi 3-5 sapi.

1. Biodigester yang dibuat memiliki konstruksi yang sederhana. Biaya pembangunan biodigester plastik polyethilene dapat dikatakan murah bila dibandingkan dengan biodigester yang berkonstruksi beton.

2. Produksi gas bio mencapai 1,44 m3/hari atau dapat digunakan memasak 3–4 jam. Dapat mencukupi kebutuhan memasak nasi sejumlah 1,5 kg dan memasak air minum 12 liter.

3. Model ini memiliki laju produksi gas bio sebesar 0,16 m3/ kg VS.

4.3. BIOG

AS

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


Gambar 4.8.Digester dan penampung Biogas, desa Cisurupan, Garut

4. Investasi pembangunan biodigester sebesar Rp 720.000.

5. Model biodigester yang dibangun memiliki spesifikasi sebagai berikut:

a. Volume total biodigester 11 m3

b. Volume efektif 8,8 m3

c. Waktu proses 40 hari

d. Jumlah sapi 5 ekor

e. Isian /hari 220 liter

f. Volume penyimpan gas 2.5 m3

g. Tekanan yang digunakan untuk memasak adalah 0,8 cm air

Lesson learnedKondisi geografis penempatan Biodigester sangat berpengaruh terhadap kecepatan pembentukan gas. Temperatur lingkungan mempengaruhi kecepatan reaksi biokimiawi sehingga pengaruh lingkungan perlu diperhitungkan

140

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


• Pengenalan Bioetanol

Bioetanol adalah etanol (C2H5OH) yang dibuat dari biomassa yang mengandung komponen pati atau selulosa, seperti singkong, talas dan tetes tebu. Etanol bentuknya berupa cairan yang tidak berwarna dan mempunyai bau yang khas. Berat jenis pada 15 oC adalah 0,7937 dan titik didihnya 78,32 oC pada tekanan 76 mmHg. Sifatnya yang lain adalah larut dalam air dan eter, serta mempunyai panas pembakaran 328 kkal.

Ketika harga BBM merangkak semakin tinggi, bioetanol diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar pensubstitusi BBM untuk motor bensin. Sebagai bahan pensubstitusi bensin, bioetanol dapat diaplikasikan dalam bentuk bauran dengan minyak bensin, misalnya 10 % etanol dicampur dengan 90 % bensin (gasohol E10) atau digunakan 100 % (E100) sebagai bahan bakar (Hambali dkk., 2007). Etanol absolut memiliki angka oktan (ON) 117, sedangkan Premium hanya 87 – 88. Gasohol E10 secara proporsional memiliki Oktan Number 92 atau setara Pertamax (lihat tabel 2). Pada komposisi ini bioetanol dikenal sebagai octan enhancer (aditif) yang paling ramah lingkungan dan di negara-negara maju telah menggeser penggunaan Tetra Ethyl Lead (TEL) maupun Methyl Tertiary Buthyl Ether (MTBE). Pencampuran sampai dengan 24 % masih dapat menggunakan mobil bensin konvensional. Di atas itu,

diperlukan mobil khusus yang telah banyak diproduksi di AS maupun Brazil (Chemiawan, 2007).

Etanol (C2H5OH) merupakan suatu senyawa kimia berbentuk cair, jernih tak berwarna, beraroma khas, berfase cair pada temperatur kamar, dan mudah terbakar. Etanol memiliki karakteristik yang menyerupai bensin karena tersusun atas molekul hidrokarbon rantai lurus.

Dalam dunia industri, etanol umumnya digunakan sebagai pelarut, pembuatan asetaldehid, serta bahan baku farmasi dan kosmetik. Berdasarkan kadar alkoholnya, etanol dibagi menjadi tiga grade sebagai berikut.

a. Grade industri dengan kadar alkohol 90–94 %

b. Netral dengan kadar alkohol 96 – 99,5%, umumnya digunakan untuk minuman keras atau bahan baku farmasi.

c. Grade bahan bakar dengan kadar alkohol di atas 99,5 %.

Tabel 4.6 Perbandingan Kandungan Energi

Bahan Bakar

Nilai Kalor AngkaOktanMJ/L MJ/Kg

Etanol 23.5 31.1 129Metanol 17.9 19.9 123Bensin 34.8 44.4 Min 91Biomassa 15-19Batu Bara 25-35

4.4.BIOETANOL

Sumber: KESDM 2008

4.4. BIOETAN

OL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


• Bahan Baku Bioetanol

Bio-ethanol dikenal sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan, karena bersih dari emisi bahan pencemar. Bio-ethanol dapat dibuat dari bahan baku tanaman yang mengandung Nira bergula (sukrosa) seperti nira tebu, nira nipah, nira sorgum manis, nira kelapa, nira aren, nira siwalan, sari-buah mete. Bahan-bahan berpati antara lain tepung-tepung sorgum biji (jagung cantel), sagu, singkong/gaplek, ubi jalar, ganyong, garut, umbi dahlia.

Bahan-bahan berselulosa (lignoselulosa) seperti kayu, jerami, batang pisang, bagas, dll juga bisa dimanfaatkan sebagai sumber ethanol meskipun bahan tersebut sekarang belum ekonomis, namun teknologi proses yang efektif diperkirakan akan komersial pada dekade ini

Selain tetes atau mollase, tanaman lain yang dapat dipergunakan sebagai bahan baku produksi ethanol (bio-ethanol) adalah ubi kayu, ubi jalar, dan jagung. Dari semua jenis bahan baku tersebut, di Indonesia ubi kayu mempunyai potensi lebih besar sebagai bahan baku pembuatan ethanol. Hal ini disebabkan ubi kayu dapat ditanam hampir di semua jenis tanah mulai dari lahan yang subur sampai ke lahan kering, bahkan lahan kritis sekalipun. Disamping itu intensitas produksi ubi kayu per hektar dalam satu tahun relative cukup tinggi yaitu antara 15 sampai 27 ton per hektar.

Secara umum, semua wilayah di Indonesia dapat ditanami ubi kayu, walaupun Pulau Sumatra dan Jawa mempunyai perkembangan produksi ubi

kayu yang sangat baik. Mengingat semua wilayah Indonesia dapat ditanami ubi kayu, sehingga bio-ethanol plant yang berbahan baku ubi kayu berpotensi untuk dikembangkan di Indonesia. Rata-rata untuk produksi 1 liter bio-ethanol diperlukan 6,5 kg ubi kayu.

Tabel 4.7.Perolehan Alkohol dari karbohidrat

Sumber Karbohidrat

Hasil Panen Ton/ha/th

Perolehan AlkoholLiter/ton Liter/ha/th

Singkong 25 (236) 180 (155) 4500 (3658)Tetes 3,6 270 973Sorgum Bici 6 333,4 2000Ubi Jalar 62,5* 125 7812Sagu 6,8$ 608 4133Tebu 75 67 5025Nipah 27 93 2500Sorgum Manis 80** 75 6000

*) Panen 2 ½ kali/th; $ sagu kering; ** panen 2 kali/th. Sumber: Villanueva (1981); kecuali sagu, dari Colmes dan Newcombe (1980); sorgum manis, dari Raveendram; dan Deptan (2006) untuk singkong; tetes dan sorgum biji (tu-lisan baru) [DJHPP, Kementan]

Singkong

Tebu Ubi-Ubian

Sorgum

Gambar 4.9. Bahan Baku Bioetanol

142

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


Berdasarkan jenisnya bahan baku bioetanol dikelompokkan menjadi :

1. Zat tepung

Zat tepung (berupa bubur) oleh enzim diatase dari mount (kecambah) dapat dirubah menjadi maltosa (golongan gula) melalui tingkatan dekstrin. Temperatur optimumnya 50-60 oC, kemudian diberi ragi yang juga dapat mengeluarkan enzim maltase. Enzim ini merubah maltosa menjadi glukosa. Glukosa oleh enzim dirubah menjadi etanol dan CO2

Reaksi

(C6H10O5)n + ½ n H2O → ½ n C12H22O11

Amylum Maltase dari ragi

C12H22O11 + H2O → 2C6H12O6

Maltosa Glukosa

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

Konsentrasi etanol yang terjadi tidak boleh melewati 15%. Dari hasil destilasi diperoleh etanol 96% (R.Soepomo, 1998)

2. Molase

Molase merupakan hasil samping proses pembuatan gula. Molase mengandung sejumlah besar gula baik sukrosa maupun gula pereduksi. Spesies ragi yang telah dikenal mempunyai daya konversi gula menjadi etanol yang sangat tinggi adalah saccharomyces cerevisiae

Reaksinya

C12H22O11 + H2O → C6H12O6

Sukrosa Glukosa

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

Dalam pembuatan etanol tersebut, molase dimurnikan terlebih dahulu dengan menyaringnya kemudian diencerkan

dengan air sehingga molase menjadi 12 oBrix untuk mendapatkan kadar gula yang optimum. Jika kadar gula terlalu tinggi, maka waktu fermentasinya lebih lama dengan sebagian gula tidak terkonversi, sehingga tidak ekonomis (Judoamidjojo, 1992)

3. Cairan Buah-buahan yang manis

Cairan buah-buahan yang manis mengandung glukosa dan fruktosa sehingga mengalami peragian etanol.

C6H12O6 → 2C2H5OH + H2O

Dengan proses ini, cairan buah-buahan berubah menjadi minimum yang sehari-hari disebut dengan anggur, dengan kadar etanol yang relatif lebih rendah. (R.Soepomo, 1998)

• Proses Pembuatan Bioetanol

Glukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu Hydrolisa asam dan Hydrolisa enzyme. Berdasarkan kedua jenis hydrolisa tersebut, saat ini hydrolisa enzyme lebih banyak dikembangkan, sedangkan hydrolisa asam (misalnya dengan asam sulfat) kurang dapat berkembang, sehingga proses pembuatan glukosa dari pati-patian sekarang ini dipergunakan dengan hydrolisa enzyme. Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air dilakukan dengan penambahan air dan enzyme; kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi.

4.4. BIOETAN

OL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


Secara singkat teknologi proses produksi ethanol/bio-ethanol tersebut dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu:

A. Persiapan Bahan Baku

Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman, baik yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane), gandum manis (sweet sorghum) atau yang menghasilkan tepung seperti jagung (corn), singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping bahan lainnya.

Persiapan bahan baku beragam bergantung pada bahan bakunya, tetapi secara umum terbagi menjadi beberapa proses, yaitu:

• Tebu dan Gandum manis harus digiling untuk mengektrak gula

• Tepung dan material selulosa harus dihancurkan untuk memecahkan susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik

• Pemasakan, Tepung dikonversi menjadi gula melalui proses pemecahan menjadi gula kompleks (liquefaction) dan sakarifikasi (Saccharification) dengan penambahan air, enzyme serta panas (enzim hidrolisis). Pemilihan jenis enzim sangat bergantung terhadap supplier untuk menentukan pengontrolan proses pemasakan.

Tahap Liquefaction memerlukan penanganan sebagai berikut:

• Pencampuran dengan air secara merata hingga menjadi bubur

• Pengaturan pH agar sesuai dengan kondisi kerja enzim

• Penambahan enzim (alpha-amilase) dengan perbandingan yang tepat

• Pemanasan bubur hingga kisaran 80 sd 90 C, dimana tepung-tepung yang bebas akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly) seiring dengan kenaikan suhu, sampai suhu optimum enzim bekerja memecahkan struktur tepung secara kimiawi menjadi gula komplek (dextrin). Proses Liquefaction selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses menjadi lebih cair seperti sup.

Tahap sakarifikasi (pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana) melibatkan proses sebagai berikut:

• Pendinginan bubur sampai suhu optimum enzim sakarifikasi bekerja

• Pengaturan pH optimum enzim • Penambahan enzim (glukoamilase)

secara tepat • Mempertahankan pH dan

temperature pada rentang 50 sd 60 C sampai proses sakarifikasi selesai (dilakukan dengan pengetesan gula sederhana yang dihasilkan)

B. Fermentasi

Proses fermentasi dimaksudkan untuk mengubah glukosa menjadi ethanol/bio-ethanol (alkohol) dengan menggunakan yeast.

Pada tahap ini, tepung telah sampai pada titik telah berubah menjadi gula

144

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa) dimana proses selanjutnya melibatkan penambahan enzim yang diletakkan pada ragi (yeast) agar dapat bekerja pada suhu optimum. Proses fermentasi ini akan menghasilkan etanol dan CO2.

Bubur kemudian dialirkan kedalam tangki fermentasi dan didinginkan pada suhu optimum kisaran 27 sd 32 C, dan membutuhkan ketelitian agar tidak terkontaminasi oleh mikroba lainnya. Karena itu keseluruhan rangkaian proses dari liquefaction, sakarifikasi dan fermentasi haruslah dilakukan pada kondisi bebas kontaminan.

Selanjutnya ragi akan menghasilkan ethanol sampai kandungan etanol dalam tangki mencapai 8 sd 12 % (biasa disebut dengan cairan beer), dan selanjutnya ragi tersebut akan menjadi tidak aktif, karena kelebihan etanol akan berakibat racun bagi ragi.

C. Distilasi

Distilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari beer (sebagian besar adalah air dan etanol). Titik didih etanol murni adalah 78 C sedangkan air adalah 100 C (Kondisi standar). Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78 - 100 C akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap.

• Peralatan Produksi Bioetanol

Adapun rangkaian peralatan proses adalah sebagai berikut: 1 Peralatan penggilingan

untuk menggiling bahan baku agar

menjadi tepung sehingga mudah diproses

2 Pemasak, termasuk support, pengaduk dan motor, steam line dan insulasiuntuk proses persiapan bahan baku dan proses liquifikasi pada suhu 80-90oC. dimana tepung-tepung yang bebas akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly) seiring dengan kenaikan suhu, sampai suhu optimum enzim bekerja memecahkan struktur tepung secara kimiawi menjadi gula komplek (dextrin). Proses Liquefaction selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses menjadi lebih cair seperti sup.

3 External Heat Exchanger sebagai penukar panas untuk pendukung peralatan pemasak.

4 Pemisah padatan - cairan (Solid Liquid Separators) memisahkan padatan dengan cairan

5 Tangki Penampung Bubur tempat terjadinya proses sakarifikasi bertujuan mempertahankan pH dan temperature pada rentang 50 sd 60 oC sampai proses sakarifikasi selesai (dilakukan dengan pengetesan gula sederhana yang dihasilkan)

6 Unit Fermentasi (Fermentor) dengan pengaduk serta motor didalam alat ini, tepung telah sampai pada titik telah berubah menjadi gula sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa) dimana proses selanjutnya melibatkan penambahan enzim yang diletakkan pada ragi (yeast) agar dapat bekerja pada suhu optimum. Proses fermentasi ini akan menghasilkan etanol dan CO2.

4.4. BIOETAN

OL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


7 Unit Distilasi, termasuk pompa, heat exchanger dan alat kontrol digunakan untuk memisahkan etanol dari cairan berdasarkan titik didihnya

8 Boiler, termasuk system feed water dan softener sebagai sarana pendukung unit destilasi, penghasil panas yang digunakan untuk penguapan etanol.

9 Tangki Penyimpan sisa, termasuk fitting untuk menyimpan sisa bahan baku yang telah didestilasi

• Estimasi Kapasitas Produksi

Fermentasi etanol adalah proses perombakan gula oleh mikroba (bisa yast/khamir atau bakteri) menjadi etanol (Isroi, 2010).

Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut:

C6H12O6 –> CH3CH2OH + CO2

Persamaan reaksi yang telah disetarakan adalah:

C6H12O6 –> 2CH3CH2OH + 2CO2

Jadi setiap 1 mol glukosa akan dihasilkan 2 mol etanol. Berat molekul (BM) Glukosa adalah 180,16 gr/mol, BM etanol adalah 46,07 gr/mol, Jadi kalau kita memfermentasi 1 gr glukosa, etanol yang dihasilkan kurang lebih adalah

= (2 x 46,07)/180,16= 0,511gr (etanol absolute)

Atau bisa disimpukan faktor konversinya adalah 51%.

Berat jenis etanol pada kondisi standard adalah 0,789 gr/cm3 , sehingga volumenya

adalah= 0,511 gr x 0,789 gr/cm3= 0,403 cm3

Kadar gula = 10%Volume = 100 liter

maka total etanol teoritis yang bisa diperoleh adalah:

= 10% x 100 liter x 0,511= 5,11 kg

Volume etanolnya adalah= 5,1 kg x 0,789= 4,03 liter.

Karena efisiensi distilasi tidak pernah 100%, maka perlu dikoreksi dengan efisiensi hidrolisisnya. Misalkan saja 95%. Jadi volume etahnol absolute yang bisa didapat adalah:

= 4,03 liter x 95%= 3,83 liter

Kalau kadar etanolnya 95%, maka volumenya adalah:

= (100%/95%) x 3,83 liter= 4,03 liter

Kalau kadar etanolnya 60%, bisa dihitung dengan cara yang sama:

= (100%/60%) x 3,83 litere= 6,38 liter

Agar lebih mudah kita pakai contoh lagi. Misalkan saja di sebuah kebun pepaya. Potensi buah afkir yang bisa diolah menjadi etanol adalah:

= 0.25 ton buah per minggu per ha atau

= 2 ton buah per ha per bulan

Sari buah yang bisa kita peroleh sekitar 80% dari beratnya, jadi volumenya:

= 2000 kg x 80% = 1600 liter

146

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


Andaikan kadar gulanya 10%, efisiensi hidrolisisnya 95%, dan kadar etanol yang dihasilkan 95%, maka volume etanol yang dihasilkan adalah

= 10% x 1600 liter x 0,511 x 0.789 x 95% x (100%/95%)

= 64,408 liter per ha per bulan


Untuk memproduksi bio-ethanol plant berkapasitas 60 kl/hari dari ubi kayu diperlukan biaya investasi sebesar 7.380.000 US $ (Rp. 66.420.000,-)(B2TP-BPPT), dengan catatan 1 US$ = Rp 9000, sehingga dengan harga minyak mentah sebesar 55 US$/barel diasumsikan bio-ethanol dapat bersaing dengan BBM. Biaya tersebut sudah termasuk biaya investasi pengolahan limbah dan pembangkit listrik. Untuk memperoleh biaya produksi ethanol selain biaya investasi juga harus diperhitungkan biaya operasi dan perawatan termasuk biaya bahan baku. Parameter lain yang diperhitungkan ialah umur dari bioethanol plant adalah 25 tahun, dengan lamanya operasi dalam satu tahun sebesar 350 hari,bunga bank 12% per tahun.

Dengan harga Ethanol di tingkat pabrik sebesar Rp. 2612 per liter adalah layak secara ekonomi, tetapi harga diatas belum memperhitungkan pajak alcohol yang cukup tinggi dan penggunaannya sebagai bahan bakar belum diatur dalam undang-undang atau peraturan dibawahnya.

Selain itu ada beberapa parameter yang perlu diperhitungkan yaitu pertama, harga

ubi kayu yang dapat berubah setiap saat, terutama bila bersaing dengan pabrik tepung, atau pada saat musim kemarau yang berkepanjangan sehingga produksi menurun sedangkan ubi kayu yang ada menjadi makanan pokok masyarakat. Kedua, proses pembuatan bio-ethanol membutuhkan jenis energy lain seperti solar, kayu bakar dan lain-lain, sehingga perlu dilakukan perhitungan neraca energi secara cermat untuk melihat potensi substitusi yang sebenarnya terhadap BBM, serta perlu dicari jenis energi terbarukan lainnya yang dapat menggantikan penggunaan BBM di pabrik ethanol.

Tabel 4.8. menunjukkan rincian biaya investasi Pabrik bio-ethanol yang berkapasitas 60 kl/hari menggunakan Bahan Baku Ubi Kayu.

Tabel 4.8. Rincian Biaya Investasi Pabrik Bio-Ethanol Anhydrous dengan Kapasitas 60 KL/Hari

No Parameter Nilai (US$)1 Total Biaya Investasi

Peralatan Utama

Peralatan Pengumpanan

Unit Pengolah Limbah

Tanah (min 30 Ha)

Power Plant

Bangunan Pabrik dan Kantor

7.380.000

5.580.000

690.000

400.000

60.000

450.000

200.0002. Umur Hidup

Hari Produks

Bunga / Interest

25 Tahun

365 hari

12% per

Tahun(sumber : B2TP,BPPT 2005)

4.4. BIOETAN

OL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


Tabel 4.9.Perhitungan Biaya total

Parameter BiayaRp/liter

Biaya Modal- Bahan Baku Ubi Kayu 1625.00Bahan Pembantu-Alpha Amylase, Kg-Gluko Amylase,Kg-Asam Sulfat, L-Na OH, L-Urea, Kg-NPK- Antifoam, ml

36.0078.00

0.1312.50

4.804.508.75

Utilitas-Air, L-Uap Air, Kg-Listrik, kwh

15.00867.00195.00

Biaya :a. Bahan Baku dan Utilitas b. Operasi dan Perawatan c. Investasi (straight line)

2846.6862.03

106.87A. Produksi (a + b + c) B. Penyimpanan 2,5% C. Keuntungan 15% Prod. D. Lain-lain 2,5%

3015.5854.41

326.4954.41

Total Harga Ethanol Pabrik 3450.89

• Contoh aplikasi Bioetanol di

Indonesia

Koperasi Serba Usaha (KSU) Agro Makmur yang berkedudukan di desa Doplang, Kecamatan Karangpandan, Kabupaten Karanganyar, Jawa Tengah KSU. Agro makmur disamping memproduksi dan menjual bioethanol juga memproduksi peralatan produksi bioethanol (untuk kapasitas UMKM dan rumah tangga ) dan

kompor- kompor bioethanol berbagai tipe. Kegiatan lain yang dilakukan terkait dengan produksi bioethanol adalah pendidikan dan pelatihan membuat bioethanol, jasa konsultasi, dan alih teknologi ke masyarakat.

Gambar 4.10. Alat Suling Bioetanol KSU Agromakmur

Lesson Learned

Pembuatan bioetanol yang dilakukan oleh KSU Agro Makmur berasal dari limbah pasar tradisional, tetes tebu dan singkong. Mampu menghasilkan Bioetanol hingga kadar 95% dengan peralatan yang sederhana.

(sumber : B2TP,BPPT 2005)

148

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


A. Briket Arang

Briket bioarang adalah gumpalan-gumpalan atau batangan-batangan arang yang terbuat dari bioarang (bahan lunak). Bioarang yang sebenarnya termasuk bahan lunak yang dengan proses tertentu diolah menjadi bahan arang keras dengan bentuk tertentu. Kualitas dari bioarang ini tidak kalah dengan batubara atau bahan bakar jenis arang lainnya. “Briquetting” terhadap sesuatu material merupakan cara mendapatkan bentuk dan ukuran yang dikehendaki agar dipergunakan untuk keperluan tertentu.

• Bahan Baku Briket

Bioarang adalah arang (salah satu jenis bahan bakar) yang terbuat dari aneka macam bahan hayati atau biomassa seperti kayu, ranting, dedaunan, rumput, jerami dan limbah pertanian lainnya. Pembuatan briket arang dengan menggunakan limbah dari arang aktif juga merupakan salah satu upaya menggali sumber energi yang potensial.

Beberapa sumber bahan baku yang dapat dipergunakan dalam pembuatan bioarang ini antara lain :

Sampah : sampah adalah barang-barang atau benda-benda yang sudah tidak berguna lagi dan harus dibuang. Sampah kadang-kadang harus dimusnahkan (dibakar) karena dianggap mengotori dan sarang penyakit. Sampah dapat bersifat benda-benda alami dan benda-benda yang tidak alami. Sampah yang dapat dijadikan bahan baku bioarang adalah sampah yang bersifat alami, yakni benda-benda hayati atau biomassa

Kayu: kayu termasuk benda hayati atau biomassa, tetapi kayu umumnya memiliki nilai ekonomis cukup tinggi. Selain dapat dijadikan arang, kayu dapat dijadikan barang-barang konsumsi lain yang memiliki nilai ekonomis lebih tinggi. Oleh karena itu, meskipun dapat dijadikan bioarang, penggunaannya tidak disarankan, kecuali kalau kayu tersebut sudah tidak dapat digunakan untuk keperluan yang lebih penting.

Remukan arang : remukan arang atau arang kayu dapat langsung diolah menjadi briket bioarang. Karena wujudnya sudah arang, maka pengolahannya tidak memerlukan proses pembakaran, bahan dari remukan arang hanya disarankan bagi orang-orang yang hendak membuat briket dan menguji efektifitas atau efisiensi pembakarannya.

4.5.BRIKET DAN KOMPOR BIOMASSA

4.5. BRIKET DAN KO

MPO

R BIOM

ASSA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


• Proses pembuatan briket

bioarang

a. Karbonisasi

Adalah proses pengkarbonan/pengarangan/pembakaran bahan baku (umpan) didalam tungku pembakaran (incenerator). Selama proses karbonisasi perlu diperhatikan asap yang ditimbulkan selama proses tersebut :

- Jika asap tebal dan putih berarti bahan sedang mengering

- Jika asap tebal dan kuning, berarti pengkarbonan sedang berlangsung. Pada fase ini sebaiknya tungku ditutup dengan maksud agar oksigen pada ruang pengarangan serendah-rendahnya.

- Jika asap semakin menipis dan berwarna biru berarti pengarangan hampir selesai kemudian drum dibalik dan proses pembakaran selesai.

b. Penghalusan

Penghalusan bertujuan mengecilkan ukuran partikel arang agar lebih seragam, agar lebih mudah dicampur dengan material lain dan agar lebih mudah dibentuk sesuai dengan cetakan.

c. Penyaringan

Bertujuan untuk memisahkan arang yang sudah halus dengan padatan yang masih besar.

d. Pencampuran dengan perekat

Proses ini dilakukan untuk mencampurkan material biomasa lain dengan tujuan meningkatkan nilai kalor dan menambahkan perekat alami yang digunakan untuk membentuk gumpalan atau padatan yang lebih besar.

e. Pencetakan

Setelah material arang tercampur merata dengan perekatnya, lalu diisikan kedalam cetakan-cetakan briket untuk kemudian dipadatkan/dimampatkan dengan cara menekannya dengan bantuan alat press/dongkrak.

Gambar 4.11. Proses Pembuatan Briket Arang

Gambar 4.12. Hasil Cetak Briket

150

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


• Peralatan Produksi Briket Arang

Peralatan yang digunakan untuk pembuatan briket bioarang adalah:

a. Incenerator : tungku yang digunakan untuk proses karbonisasi atau pembakaran bahan baku, bisa berupa drum pembakaran

b. Grinder : alat untuk mengecilkan atau menghaluskan ukuran partikel arang, bisa menggunakan mesin penghalus atau mengunakan alu dengan menumbuk secara manual.

c. Saringan : saringan digunakan untuk memisahkan padatan kasar dengan padatan yang telah halus.

d. Mixer : pengaduk yang digunakan untuk mencampur bahan-bahan baku lainnya dengan perekatnya.

e. Alat cetak-tekan: digunakan untuk membentuk padatan besar dengan mencetak hasil campuran bahan baku dengan perekat dengan cara memasukannya kedalam cetakan-cetakan yang kemudian dimampatkan dengan cara ditekan/press.

B. Kompor Biomassa

• Prinsip pembuatan Kompor

Biomassa

Ada 10 prinsip dalam pembuatan kompor biomassa secara umum (Dr. Larry Winiarski’s 1982)

1. Jika dimungkinkan, insulasi sekitar ruang api dengan bahan yang ringan dan tahan panas. Usahakan tidak menggunakan bahan yang berat seperti pasir dan tanah liat, insulasi sebaiknya ringan dan penuh dengan pori2 udara. Contoh insulasi alami adalah batu apung dan abu kayu.

2. Buat ruang pembakaran tepat diatas ruang apinya. Tinggi ruang pembakaran sebaiknya tiga kali lebih besar dari diameter ruang api. Tinggi ruang pembakaran lebih dari tiga kali diameter ruang api akan menghilangkan jumlah asap yang keluar, tetapi terlalu tinggi juga menyebabkan terlalu banyaknya udara dingin yang masuk sehingga menurunkan panas. Ruang pembakaran yang lebih rendah memiliki keuntungan tingginya jumlah panas yang dipindahkan namun jumlah asap yang dikeluarkan juga terlalu banyak.

3. Ruang Api hanya membakar biomassa yang masuk kedalamnya saja. Usahakan biomassa yang berada diluar ruang api

Sumber foto: PT.TRIJAYA SANTIKA BHAKTI

4.5. BRIKET DAN KO

MPO

R BIOM

ASSA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


tidak terbakar. T u j u a n n y a memaksimalkan api dari dalam ruang api saja agar lebih efektif dan tidak telalu banyak asap.

4. Tinggi rendahnya panas dirancang hanya

tergantung kepada jumlah biomasa yang masuk saja.

5. Atur jumlah udara yang masuk kedalam ruang api. Jumlah lubang udara yang cukup akan menjaga kesetabilan temperatur yang tinggi didalam kompor.

6. Jumlah udara masuk yang terlalu kecil menyebabkan timbulnya asap dan sisa arang. Tetapi terlalu banyak udara yang masuk juga mendinginkan api. Perancangan lubang udara yang baik merupakan suatu faktor yang penting untuk efisiensi pembakaran.

7. Ruang masuk udara melalui pintu bahan bakar harus memiliki ukuran yang sama dengan ukuran ruang pembakaran. Agar ada keseimbangan antara udara yang terbakar dengan udara yang masuk. Udara yang masuk hanya udara yang dibutuhkan untuk pembakaran saja.

8. Gunakan tatakan dibawah api. Jangan meletakan bahan bakar dilantai, dibutuhkan aliran udara melalui bawah api yang naik keatas arang menuju api. Udara yang berasal dari bawah telah mengalami pemanasan sebelumnya ketika melewati bahan bakar, menyebabkan udara mudah

terbakar.

9. Lindungi insulator dengan selubung agar panas insulator terjaga oleh udara luar. Jika insulator ruang bakar terjaga temperaturnya maka proses penyalaan api akan lebih mudah.

10. Maksimalkan perpindahan panas dari api menuju panci masakan dengan menyesuaikan ukuran jarak antara kompor dan panci. Jarak antara kompor dan panci yang kecil menyebabkan panas yang dipindahkan semakin tinggi, tetapi jika terlalu kecil maka aliran udara yang keatas juga semakin kecil sehingga hanya sedikit panas yang naik keatas. Tetapi jika jarak terlalu besar maka udara panas akan melewati tengah-tengah ruang antara.

152

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


• Membuat Kompor Sekam

Alat yang dibutuhkan dalam membuat kompor sekam antara lain, seng (zn), besi, tang, palu, gunting, gergaji besi, alat las, klamp.(PhilRice 1995)

Pembuatan kompor sekam:

A. Membuat wadah, cerobong dan ruang bakar

1. Buat Mal/gambar pola wadah, cerobong dan ruang bakar pada permukaan lembaran seng. Seperti gambar berikut

2. Potong ketiga pola tersebut

3. Lalu lubangi gambar lubang dengan menggunakan bor

4.5. BRIKET DAN KO

MPO

R BIOM

ASSA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


4. Tekuk dan bentuk kerucut dengan mempertemukan kedua tepi plat

5. Sambung kedua tepi plat dengan dengan cara dilas

B. Membuat penyangga dudukan panci/wajan

1. Potong bahan berikut

a. 3 besi bundar, @ 7 cm

b. 1 besi bundar, 35 cm

c. 1 besi bundar, 60 cm

2. Bengkokkan besi (a) 95o seperti pada gambar

3. Bentuk besi (b dan c) menjadi lingkaran, kemudian sambung ujungnya dengan pengelasan

4. Ambil cerobong lalu las besi (b) pada lingkaran bagian atas

5. Pasang bantalan kayu setebal 5 cm, letakkan diatas cerobong, lalu letakkan besi (c) diatasnya

6. Lakukan penyambungan besi (c) dan

besi (b) dengan menggunakan besi (a), atur jarak antara besi (a) agar seimbang

154

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


C. Membuat penyangga kompor

1. Potong besi sebagai berikut:

d. 3 besi bundar, @ 19 cm

e. 1 besi bundar, 78 cm

2. Tekuk besi (d) seperti pada gambar

3. Bentuk besi (e) menjadi lingkaran kemudian sambung ujungnya dengan menggunakan las

4. Sambungkan ketiga besi (d) pada besi (e) dengan jarak yang sama.

D. Membuat tatakan abu

1. Buat pola lingkaran (f) diameter 13cm pada lembaran seng

2. Potong pipa besi diameter 2 cm sepanjang 4 cm

3. Potong 2 batang plat (h) masing-masing lebar 2 cm dengan panjang 7 cm, lalu tekuk salah satu ujungnya seperti pada gambar

4. Lubangi plat (f) pada pusat lingkaran sesuai dengan diameter pipa besi, lalu sambung pipa besi pada plat (f) tepat ditengah lingkaran

4.5. BRIKET DAN KO

MPO

R BIOM

ASSA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


5. Sambung dengan las plat batang (h) diplat (f) secara berseberangan.

6. Ambil wadah, balikkan kemudian sambungkan plat batang (h) tatakan abu diatasnya. Jarak antara wadah dan tatakan abu adalah 2.5 cm.

E. Membuat penyangga pendukung

1. Potong bahan berikut:

i. 3 batang plat, @ 5 cm

j. 3 batang plat, @ 8 cm

k. 3 besi bundar, @ 12 cm

2. Tekuk seperti gambar berikut

3. Ambil dudukan kompor dan letakkan wadah diatasnya

4. Las plat (i) pada wadah dengan jarak yang seimbang

5. Ambil plat ruang bakar kemudian sambungkan plat (j) pada bibir plat ruang bakar dengan jarak yang seimbang satu dengan yang lain.

156

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


6. Sambung ruang bakar dengan wadah seperti gambar, jarak antara ruang bakar dan wadah adalah 3-4 cm.

7. Ambil plat cerobong yang telah disambung dengan dudukan panci, lalu balik. Sambukan besi (k) pada cerobong dengan jarak yang sama.

F. Merakit Kompor Sekam

1. L e t a k k a n dudukan kompor dibagian bawah

2. Letakkan wadah diatas dudukan kompor

3. L e t a k k a n cerobong diatas wadah dan ruang bakar

G. Cara menggunakan kompor sekam

1. Lepaskan cerobong dari atas wadah, kemudian tuangkan sekam padi secara merata pada wadah, setelah itu pasang cerobong kembali ketempatnya.

2. Bakar kertas lalu masukkan ketengah-tengah cerobong, pastikan api kontak dengan sekam.

4.5. BRIKET DAN KO

MPO

R BIOM

ASSA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


3. Ketika kompor mulai menyala, letakkan teko (alat memasak) pada dudukannya.

4. Jika api mulai redup dan abu mulai penuh pada bagian bawah, bersihkan tatakan abu dan dorong sekam kebawah dengan batang kayu.

5. Setelah memasak pastikan tidak ada sisa abu dan bara pada kompor, simpan kembali sisa sekam.

Gambar 4.13. KOMEK (Kompor Ekonomis) Pengrajin JEPARA, JATENG

158

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


C. Biaya Investasi, Operasional dan Perawatan

• Briket Arang

(sumber: Balitbang DEPTAN) Investasi

Peralatan yang dibutuhkan adalah

a. Incenerator : bisa menggunakan DRUM besi bekas minyak, kapasitas 200 Liter seharga Rp.40.000,-

b. Grinder : Material Plat MS, Penggerak : Elektromotor 1 HP, Kapasitas : 50 – 70 Kg/jam, Harga : 9.800.000,-(ASAKA Mesin)

c. Saringan, kawat ayakan halus 70 mesh, Rp.10.000/meter

d. Mixer, Kapasitas: 20 kg/batch, Mate-rial Mild Steel, Pengerak Elektromotor 1,5 Hp, Harga :Rp. 7.000.000,- (ASAKA Mesin)

e. Alat cetak-tekan; alat pencetak otoma-tis, mampu menghasilkan bermacam2 bentuk briket, harga Rp.16.000.000,-

Tabel 4.10. Biaya Operasional

Perawatan

Perawatan terhadap mesin perlu dilaku-kan dengan cara selalu memberika oli/pe-lumas pada mesin-mesin bergerak.

• Kompor sekamInvestasi peralatan

peralatan yang dibutuhkan untuk pem-buatan kompor sekam adalah tang, palu, gunting, gergaji besi, alat las, klamp.

Operasional

Material yang dibutuhkan untuk pembua-tan kompor adalah plat seng, dan besi. serta bahan bakar berupa sekam kering. (Kompor sekam ini dijual dengan harga Rp.50.000 untuk berbahan seng, dan Rp.150.000 untuk yang berbahan plat baja oleh pengrajin Jepara, Jawa tengah)

Perawatan

tindakan perawatan berupa pembersihan dan pemisahan antara sekam segar den-gan abu sekam.

D. Contoh aplikasi Briket Arang dan Kompor Sekam di Indonesia.

• Aplikasi Briket Arang

Novi Setiawan, perajin briket tempurung kelapa di Jurug, Bangunharjo, Sewon, Bantul, Yogyakarta. Briket yang diproduksi nya adalah briket dengan kualitas ekspor. Briket tempurung kelapa ini berkalori tinggi, dan diminati konsumen dari Arab Saudi yang digunakan pada pembakaran shisa atau rokok arab. Melalui eksportir, secara periodik satu container di ekspor ke Arab Saudi. Briket tempurung kelapa

A Pembuatan arang sekam Biaya (Rp.)

1 Harga sekam kering (Rp/kg) 5002 Rendemen arang sekam (70%) (70 kg)3 Upah tenaga kerja (Rp/proses) 10.0004 Biaya Produksi (Rp/kg) 142.865 Harga arang sekam (belum termasuk keuntun-

gan) (Rp/kg)147,86

B Pembuatan Briket Arang Sekam1 Harga 1 kg arang sekam 147.862 Kapasitas mencetak briket (kg/hari) (50 kg)3 Upah kerja (Rp/hari/org) 20.0004 Upah pembuatan briket arang sekam (Rp/kg) 1.3335 Harga briket arang sekam (belum termasuk ke-

untungan) (Rp/kg)1.480

Sumber: Balitbang Pertanian, DEPTAN 2005

4.5. BRIKET DAN KO

MPO

R BIOM

ASSA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


yang diproduksi berkualitas baik dan dike-mas secara eksklusif sehingga harganya lebih mahal”

Briket yang dijual ke pasar lokal lebih fle-ksibel dari segi ukuran maupun kualitas. Untuk briket yang dijual ke pasar luar negri, ukuran yang diminati yaitu 2,3 x 2,3 x 2,3 cm dengan standar kualitas terbaik. Sedangkan untuk pasar lokal, umumnya briket berukuran 3 x 3 x 2,5 cm. Hal terse-but mempermudah proses produksi un-tuk briket untuk segmen lokal.

Lesson learned

Industri Briket biomassa memiliki prospek yang baik, selain ketersediaan bahan baku yang mudah didapat, dengan penanganan dan kemasan yang baik mampu menem-bus pasar luar negeri.

• Aplikasi kompor sekam

Prototipe Kompor Sekam Segar Karawang (KOMSEKAR) merupakan hasil penelitian Instalasi Penelitian Karawang yang mulai dikembangkan pada tahun 1990. Kompor sekam tersebut pernah disosialisasikan

kepada para petani didaerah pengrajin makanan tradisional (Opak) di Desa Ci-buaya Kabupaten Karawang dan bahkan telah dikirim satu unit ke IRRI Los Banos

Gambar 4.14. Kompor Sekam

Lesson learned

Kompor sekam dapat diaplikasikan untuk daerah-daerah yang dekat dengan Huller atau UPTD pengggilingan padi, dimana terdapat sisa sekam yang sangat berlim-pah. jika terlalu jauh maka biaya yang dikeluarkan untuk bahan bakar menjadi tinggi.

Sumber foto : LITBANG DEPTAN 2006

Sumber foto : HARIAN JOGJA 2010

160

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


4.6.GASIFIKASI BIOMASSA• Pengenalan Gasifikasi Biomassa

Gasifikasi adalah proses pengubahan materi yang mengandung karbon seperti batubara, minyak bumi, maupun biomassa kedalam bentuk karbon monoksida (CO) dan hidrogen (H2) dengan mereaksikan bahan baku yang digunakan pada temperatur tinggi dengan jumlah oksigen yang diatur. Tujuan proses gasifikasi adalah mengubah unsur-unsur pokok dari bahan bakar yang digunakan kedalam bentuk gas yang lebih mudah dibakar, sehingga hanya menyisakan abu dan sisa-sisa material yang tidak terbakar (inert).

Gasifikasi berbeda dengan pirolisis dan pembakaran. Ketiga dibedakan berdasarkan kebutuhan udara yang diperlukan selama proses. Jika jumlah udara/bahan bakar (AFR, air fuel ratio) sama dengan 0, maka proses disebut pirolisis. Jika AFR yang diperlukan selama proses kurang dari 1.5, maka proses disebut gasifikasi. Jika AFR yang perlukan selama proses lebih dari 1.5, maka proses disebut pembakaran.

Mesin gasifikasi dapat dibedakan berdasar:

a. Berdasar mode fluidisasi.b. Berdasar arah aliran.c. Berdasar gas yang perlukan untuk

proses gasifikasi.

Berdasar mode fluidisasi, mesin gasifikasi dapat dibedakan menjadi gasifikasi unggun tetap (fixed bed gasification), gasifikasi unggun bergerak (moving bed gasification), gasifikasi unggun terfluidisasi (fluidized bed gasification), dan entrained bed. Jenis gasifikasi tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.

Berdasar arah aliran, mesin gasifikasi dapat dibedakan menjadi gasifikasi aliran searah (downdraft gasification) dan gasifikasi aliran berlawanan (updraft gasification). Pada gasifikasi downdraft, arah aliran gas dan arah aliran padatan adalah sama-sama ke bawah. Pada gasifikasi updraft, arah aliran padatan ke bawah sedangkan arah aliran gas ke atas.

Gambar. 4.15. Perbedaan pirolisis, gasifikasi dan pembakaran.

Gambar 4.16. Perbedaan pirolisis, gasifi-kasi dan pembakaran.

4.6. GASIFIKASI BIO

MASSA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


Berdasar gas yang perlukan untuk proses gasifikasi, terdapat gasifikasi udara dan gasifikasi uap. Gafisikasi udara, dimana gas yang digunakan untuk proses gasifikasi adalah udara. Gasifikasi uap, gas digunakan untuk proses adalah uap.

• Bahan Bakar Gasifikasi

Bahan bakar yang cocok untuk gasifikasi biomassa adalah bahan biomassa kering seperti kayu kering, daun kering, sekam padi, arang, ampas tebu, bongkol jagung dan batok kelapa. Perbedaan mendasar antara gasifikasi biomassa dan produksi biogas adalah bahwa dalam bahan baku produksi biogas adalah bahan organic basah seperti kotoran hewan yang bekerja oleh mikroba untuk menghasilkan gas metana.

Nilai kalor rendah (LHV) biomass (15-20 MJ/kg) lebih rendah dibanding nilai kalor batubara (25-33 kJ/kg) dan bahan bakar minyak (gasoline, 42,5 MJ/kg). Artinya untuk setiap kg biomas hanya mampu menghasilkan energi 2/3 dari energi 1 kg batubara dan ½ dari energi 1 kg gasoline.

Nilai kalor berhubungan langsung dengan

Gambar 4.17. Perbandingan Mode Fluidisasi

Gambar 4.18. Perbandingan Arah Aliran

162

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


kadar C dan H yang dikandung oleh bahan bakar padat. Semakin besar kadar keduanya akan semakin besar nilai kalor yang dikandung. Menariknya dengan proses charing (pembuatan arang), nilai kalor arang yang dihasilkan akan meningkat cukup tajam. Sebagai gambaran, dari hasil proses pembuatan arang batok kelapa pada temperatur 750oC dapat dihasilkan arang dengan nilai kalor atas (HHV) 31 MJ/kg. Nilai ini setara dengan nilai kalor batubara kelas menengah ke atas. Coba bandingkan dengan arang batubara yang mempunyai nilai kalor atas 35 MJ/kg.

Nilai kalor rendah (LHV, lower heating value) adalah jumlah energi yang dilepaskan dari proses pembakaran suatu bahan bakar dimana kalor laten dari uap air tidak diperhitungkan, atau setelah terbakar, temperatur gas pembakaran dibuat 150oC. Pada temperatur ini, air berada dalam kondisi fasa uap.

Jika jumlah kalor laten uap air diperhitungkan atau setelah terbakar,

temperatur gas pembakaran dibuat 25oC, maka akan diperoleh nilai kalor atas (HHV, higher heating value). Pada temperatur ini, air akan berada dalam kondisi fasa cair.

Karena biomas mempunyai kadar volatil yang tinggi (sekitar 60-80%) dibanding kadar volatile pada batubara, maka biomas lebih reaktif dibanding batubara. Perbandingan bahan bakar (fuel ratio, FR) dinyatakan sebagai perbandingan kadar karbon dengan kadar volatil. Untuk batubara, FR ~ 1 - 10. Untuk gambut, FR ~ 0.3. Untuk biomass, FR ~ 0.1. Untuk

Gambar 4.20. Definisi analisis ultimat dan proximat

4.6. GASIFIKASI BIO

MASSA

Gambar.4.19. Analisis proximat untuk beberapa jenis bahan bakar padat.

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


plastik, FR ~ 0. Analisis proximat untuk beberapa jenis bahan bakar padat dapat dilihat pada gambar berikut.

Diluar analisis proximat, biomass juga mengandung abu dan air (lihat Gambar di bawah). Perlu ditekankan disini bahwa umumnya hasil analisis ultimat dan proximat akan diberi tambahan keterangan daf. Arti dari daf (dry ash free) adalah hasil analsisnya tidak mengikutkan abu dan air. Masa biomass awal umumnya diistilahkan sebagai as received (mengandung air, abu, volatil, dan karbon). Kadar abu dari biomass berkisar dari 1% sampai 12% untuk kebanyakan jerami-jeramian dan bagas. Abu dari biomass lebih ramah dibandingkan abu dari batubara karena banyak mengandung mineral seperti fosfat dan potassium. Pada saat pembakaran maupun gasifikasi, abu dari biomas juga lebih aman dibandingkan abu dari batubara. Dengan temperature operasi tidak lebih dari 950oC atau 1000oC, abu dari biomassa tidak menimbulkan terak.

Abu biomasa mempunyai jumlah oxida keras (silica dan alumina) yang lebih rendah.

• Proses Gasifikasi

Proses gasifikasi biomassa dilakukan dengan cara melakukan pembakaran secara tidak sempurna didalam sebuah ruangan yang mampu menahan temperatur tinggi yang disebut dengan reaktor gasifikasi. Agar pembakaran tidak sempurna dapat terjadi, maka udara dengan jumlah yang lebih sedikit dari kebutuhan stokiometrik pembakaran dialirkan kedalam reaktor

untuk mensuplai kebutuhan oksigen menggunakn fan/blower. Proses pembakaran yang terjadi menyebabkan reaksi termo-kimia yang menghasilkan CO, H2, dan gas metan (CH4). Selain itu, dalam proses ini juga dihasilkan uap air (H2O) dan karbon dioksida (CO2) yang tidak terbakar.

Proses gasifikasi biomassa terdiri dari beberapa tahapan. Tahapan pertama adalah pyrolysis yang terjadi ketika biomassa mulai mengalami kenaikan temperatur. Pada tahap ini volatil yang terkandung pada biomassa terlepas dan menghasilkan arang (char).

Gambar 4.21. Struktur Gasifikasi

164

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


Tahapan kedua adalah terjadinya proses pembakaran (combustion). Pada tahapan ini volatil dan sebagian arang yang memiliki kandungan karbon (C) bereaksi dengan oksigen membentuk CO2 dan CO serta menghasilkan panas yang digunakan pada tahap selanjutnya yaitu tahap gasifikasi, reaksi yang terjadi pada tahap ini adalah:

Reaksi pembakaran C + ½ O2 = CO

Reaksi Boudouard C + CO2 = 2 CO

Tahap berikutnya adalah tahap reduksi. Tahapan ini terjadi ketika arang bereaksi dengan CO2 dan uap air yang menghasilkan CO dan H2 yang merupakan produk yang diinginkan dari keseluruhan proses gasifikasi. Reaksi kimia yang terjadi pada tahap ini adalah:

Reaksi water gas C + H2O = CO + H2

Tahapan tambahan dalam proses ini adalah tahap water shift reaction. Melalui tahapan ini, reaksi termo-kimia yang terjadi didalam reaktor gasifikasi mencapai keseimbangan. Sebagian CO yang terbentuk dalam reaktor bereaksi

dengan uap air dan membentuk CO2 dan H2. Reaksi kimia yang terjadi pada tahap ini adalah:

Reaksi water shift reaction

CO + H2O = CO2 + H2

Jika proses gasifikasi dapat dikendalikan sehingga temperatur reaksi terjadi dibawah 1000oC, maka akan terjadi reaksi pembentukan CH4. Hal ini terjadi ketika C bereaksi dengan H2, sesuai dengan reaksi:

Reaksi metana C + 2 H2 = CH4

• Peralatan GasifikasiPeralatan yang digunakan dalam sistem gasifikasi adalah

1. Peralatan sistem transportasi bahan baku

Bahan baku memerlukan sistem transportasi untuk mengangkut bahan dari gudang menuju sistem pengumpanan (misal dilengkapi unit dosing, sistem pembersih kotoran, unit pengering dan lain-lain). Sistem bisa berjenis konveyor ataupun manual seperti lori.

Sumber: Gasification Guide 2007 (www.gasification-guide.eu)

Gambar 4.22. Peralatan Proses Gasifikasi

4.6. GASIFIKASI BIO

MASSA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


2. Peralatan sistem pengumpanan bahan baku

Sistem pengumpanan bahan baku kedalam reaktor biasanya berjalan melalui pengaturan sistem keseluruhan. Bahan baku dimasukkan saluran yang sangat rapat, untuk mencegah kebocoran gas dan masuknya udara berlebih kedalam reaktor. Sistem dapat berupa konveyor yang dilengkapi sistem katup buka-tutup.

3. Reaktor gasifikasi

Reaktor ini tempat terjadinya proses konversi thermo-kimia dari biomassa padat menjadi gas producer. Secara umum biomassa terkonversi melalui beberapa tahap pengeringan, pirolisis, oksidasi parsial dan reduksi, mengubah aliran umpan biomassa menjadi aliran gas dengan produk yang diinginkan adalah gas (H2,CO,CxHy, CO2,N2) dan produk yang tidak diingikan seperti material partikulat, debu, jelaga, polutan inorganik dan polutan organik (tar) juga sisa abu.

4. Peralatan sistem pembersih gas

Tujuan sistem pembersih gas adalah untuk menjaga kekonstanan kualitas gas producer terhadap perubahan-perubahan yang disebabkan karena proses yang tidak berkesinambungan dan proses pengumpanan. Pembersih gas berfungsi untuk menghilangkan debu dan tar yang terbawa oleh gas. Sistem pembersih gas bisa berupa rangkaian siklon (penangkap debu) atau filter.

5. Peralatan sistem pendinginan gas

Tujuan dari pendinginan gas adalah untuk menurunkan temperatur gas producer untuk memenuhi kebutuhan proses berikutnya. Tujuan lain dari pendinginan gas adalah untuk mencairkan tar yang terbentuk dan uap air yang terbawa oleh gas sehingga gas dingin yang dikeluarkan lebih bersih dan lebih kering. Sistem pendingin gas bisa berupa scruber atau unit kondensor.

• Estimasi Penghitungan Kapasitas Gasifier

Contoh 1 :

Perancangan gasifier berbahan sekam padi untuk thermal kapasitas setara 5 ltr minyak tanah per jam (Industri makanan minuman, pengeringan dll).

- Energy 5 ltr minyak tanah setara dengan 15 sd 17,5 kg sekam padi.

- Volume 17,5 kg sekam padi kurang lebih 160 liter ( bd +/- 0.11 kg/ltr).

- Laju pirolisa / pembakaran sekam padi 1 mtr/jam (tiap material berbeda).

- Penampang reaktor untuk membakar 160 ltr/jam = 160/10 = 16 dm2

- Apabila di rencanakan bentuk persegi ukurannya 4 dm2 ( 40 cm x 40 cm),

- Kebutuhan udara theoritis 30 sd 40% stochiometry (bisa didapat dengan uji coba).

- Blower udara yang diperlukan model centrifugal 40 sd 60 watt.

Contoh 2

Perancangan gasifier untuk thermal terapan untuk ketel kecil kap uap 100 kg/jam bahan cangkang sawit. (Indutri tahu, krupuk dll)

- Untuk menghasilkan 100 kg uap perjam diperlukan 7 liter minyak bakar.

- Energy 7 liter minyak bakar setara dengan energy 17,5 kg energy cangkang sawit.

- Volume 17,5 kg cangkang sawi kurang lebih 35 liter ( bd +/- 0.5 kg/ltr).

- Laju pirolisa / pembakaran cangkang sawi 0,25 mtr/jam (tiap material berbeda).

- Penampang reaktor untuk membakar 35 ltr/jam = 35/2,5 = 14 dm2

- Apabila di rencanakan bentuk persegi ukurannya 3,75 dm2 ( bulatkan 40 cm x 40 cm),

166

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


Tabel 4.12. Investasi peralatan gasifikasi

ModelUPDRAFT DOWNDRAFT MODELS

RG-200 DG-100 DG-200 DG-400 DG-500*

Gasifier Output KWth 360 150 360 1000 2000

Gasifier Output Kcal 3,10,000 1,30,000 3,10,000 8,60,000 17,00,000

Fuel Oil Equivalent lph 32 12 32 85 170

Price of Gasifer Rs(INR) 6,00,000 6,00,000 13,50,000 19,50,000 37,50,000Wood consumption -Max (<12% moisture content)

kg/h 110 45 120 315 600

Wood consumption -Max (40% moisture content)

kg/h 150 60 160 425 850

Gas Cleaning System NA Dry Dust Collection only

Connected Load * hp 7.0 4.0 10 20 35Sumber : www.infiniteenergyindia.comKonversi, 1 INR = 200 IDR

Tabel 4.13. Spesifikasi Teknis Peralatan GasifikasiNo. Item 400KW 800 KW 1MW 1.5MW 2.0MW 3.0MW 1 Building are (m2) 350 400 480 550 600 7402 Main building height (m) 6 6 6 6 6 63 Cooling pool - L x W, Depth 3m 12×5 15×5 18×5 22×5 25×5 27 x54 Total units weight (T) 22 28 32 40 50 615 “Syngas” production rate (Nm3/h) 1,400 2,800 3,500 5,300 7,000 10,500

6 Raw material (biomass) consumption (kg/h) 800 1,600 2,000 3,000 4,000 6,000

7 Acceptable material moisture content (%) 16 16 16 16 16 16

8 Gasifying efficiency (%) 65 65 65 65 65 659 Self consumption (kW) 22 40 48 60 80 97

10 Gasifier dimensions (m) Φ1.4,H=7.5

Φ2.0,H=10.0

Φ2.2,H=12.0

Φ3.0,H=12.0

Φ3.7,H=14.0

Φ3.7,H=14.0

11 Ash discharging type Dry Dry Dry Dry Dry DrySumber : PT. Indo Asia Energy Developments 2009

4.6. GASIFIKASI BIO

MASSA

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


- Kebutuhan udara theoritis 30 sd 40% stochiometry (bisa didapat dengan uji coba).

- Blower udara yang diperlukan model centrifugal 40 sd 60 watt.


Biaya investasi yang dibutuhkan pada unit gasifikasi terdiri dari biaya pembuatan gasifier dan unit-unit pendukungnya. Besarnya presentasi perbandingan unit-unit peralatan dapat dilihat dari tabel berikut.

PeralatanGasifikasi

Atmosferik Bertekanan% total biaya

Unit Penampungan dan penanganan bahan baku

15.4 11.1

Unit Pencacahan dan pen-yaringan

7.7 5.6

Unit Pengeringan 19.2 13.9Unit Gasifier 38.5 55.5Unit Pembersih gas 19.2 13.9Total 100 100

Tabel 4.11. Komponen biaya investasi pada peralatan gasifier adalah (GIRRALD, 2007)

168

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


• Contoh Aplikasi Gasifikasi Biomasa

Gasifikasi yang dibuat oleh Bapak Slamet Sulaiman (Surabaya Jawa Timur) dapat dili-hat pada gambar berikut ini:

4.7. RING

KASAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


Biomassa adalah produk fotosintesis yang menyerap energi surya dan mengubah karbon dioksida, dengan air ke campuran karbon, hidrogen dan oksigen. Biomassa adalah material biologis yang dapat digu-nakan sebagai sumber bahan bakar, baik secara langsung maupun setelah diproses melalui serangkaian proses yang dikenal sebagai konversi biomassa.

Potensi energi biomassa Indonesia, se-cara teori diperkirakan mencapai sekitar 49.810 MW. Angka ini diasumsikan den-gan dasar kadar energi dari produksi ta-hunan sekitar 200 juta ton biomassa dari residu pertanian, kehutanan, perkebunan dan limbah padat perkotaan. Jumlah po-tensi yang besar tidak sebanding dengan kapasitas terpasang sebesar 302.4 MW atau 0,64 persen yang dimanfaatkan.

Biogas merupakan sebuah proses produksi gas bio dari material organik dengan ban-tuan bakteri. Proses degradasi material organik ini tanpa melibatkan oksigen dis-ebut anaerobik digestion Gas yang dihasil-kan sebagian besar (lebih 50 % ) berupa metana(CH4), karbon dioksida (CO2), Air dalam bentuk uap (H20), dan beberapa gas lain seperti hidrogen sulfida (H2S), gas nitrogen (N2), gas hidrogen (H2) dan jenis gas lainnya dalam jumlah kecil.

Bioetanol adalah etanol (C2H5OH) yang dibuat dari biomassa yang mengand-ung komponen pati atau selulosa, sep-erti singkong, talas dan tetes tebu. Etanol bentuknya berupa cairan yang tidak ber-warna dan mempunyai bau yang khas. Berat jenis pada 15 oC adalah 0,7937 dan

titik didihnya 78,32 oC pada tekanan 76 mmHg. Sifatnya yang lain adalah larut dalam air dan eter, serta mempunyai panas pembakaran 328 kkal.

Briket atau Bioarang adalah arang (salah satu jenis bahan bakar) yang terbuat dari aneka macam bahan hayati atau biomassa seperti kayu, ranting, dedaunan, rumput, jerami dan limbah pertanian lainnya. Pem-buatan briket arang dengan menggunakan limbah dari arang aktif juga merupakan salah satu upaya menggali sumber energi yang potensial.

Gasifikasi adalah proses pengubahan materi yang mengandung karbon seperti batubara, minyak bumi, maupun biomas-sa kedalam bentuk karbon monoksida (CO) dan hidrogen (H2) dengan mereak-sikan bahan baku yang digunakan pada temperatur tinggi dengan jumlah oksigen yang diatur.

4.7. RINGKASAN

170

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


1. Andrias Wiji Setio Pamuji (2008), Pembuatan Biogas dari Kotoran Sapi sebagai Alternatif untuk Mencapai Swadaya Energi, Teknik Kimia ITB.

2. Balai Besar Teknologi Pati-BPPT (27 Januari 2005), Kelayakan Tekno-Ekonomi Bio-Ethanol Sebagai Bahan Bakar Alternatif Terbarukan.

3. Balitbang Pertanian (2005), Sekam Padi Sebagai Sumber Energi Alternatif dalam Rumah Tangga Petani, Departemen Pertanian.

4. Chemiawan,Tata. (2007). Membangun Industri Bioetanol Nasional Sebagai Pasokan Energi Berkelanjutan dalam Menghadapi Krisis Energi Global. [online]. Kimia ITB Tersedia: http://mahasiswanegarawan.wordpress.com/. [Diakses tanggal 20 Agustus 2010]

5. DJPPHP, KEMENTAN, Peluang Agribisnis Menjadi Sumber Devisa Negara yang Utama [Online], tersedia di http://agribisnis.deptan.go.id. [diakses tanggal 20 Agustus 2010]

6. Gassification Guide (2009), Guideline for Safe and Eco-friendly Biomass Gasification, The project is co-funded by the European Commission.

7. Hambali, E. dkk. (2007), Teknologi Bioenergi, Agro Media Pustaka, Jakarta.

8. INFINITE ENERGY (P) Ltd. Price List For Solid Fuel Based Gasifier Model for Thermal Applications, tersedia di http://www.infiniteenergyindia.com/price-

list.htm [diakses tanggal 1 November 2010]

9. New York State Renewable Portfolio Standard (2006), Biomass Guidebook, Prepared by Antares Group, Incorporated.

10. Philippe GIRARD et all (2007), Biomass Gasification, Biomass Energy Reaserch Unit, DE JUNHO.

11. PhillRice, Rice Technology Bulletin (1995), Maligaya Rice Hull Stove, Departemen of Agriculture for Philipine

12. The Asian Biomass Handbook (2008), A Guide for Biomass Production and Utilization, The Japan Institute of Energy.


PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A





1. Yang bukan termasuk biomassa adalah

a. Batang dan ranting

b. Daun

c. Rerumputan

d. Plastik

2. Yang bukan termasuk bahan bakar nabati adalah

a. Minyak Tanah

b. Biodiesel

c. Bioethanol

d. Biogas

3. Yang paling banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel adalah

a. Singkong

b. Tebu

c. Kelapa sawit

d. Kotoran sapi

4. Yang tidak termasuk dalam jenis-jenis konversi biomassa menjadi bahan baku energi adalah

a. Konversi Termo-Kimia

b. Konversi Fisiko-Kimia

c. Konversi Fotosintesa

d. Konversi Biologi

5. Gas yang paling banyak dihasilkan dari pembentukan Biogas adalah

a. Oksigen

b. Nitrogen

c. Methana

d. Karbon dioksida

6. Proses pembentukan Biogas berdasar-kan proses

a. Kimia

b. Fisika

c. Fermentasi

d. Pembakaran

7. Hewan yang paling banyak menghasil-kan gas dari kotorannya adalah

a. Sapi

b. Unggas

c. Kerbau

d. Babi

8. Yang bukan termasuk dalam jenis-jenis digester adalah

a. Gasifier

b. Fixed dome

c. Floating dome

d. Plug flow

9. Tahapan pemecahan polimer menjadi monomer oleh bakteri dalam pemben-tukan biogas disebut tahapan

a. Methanisasi

b. Pengasaman

c. Hidrolisis

d. Fotosintesis

10. C2H5OH merupakan rumus kimia dari

a. Metanol

b. Etanol

c. Propanol

d. Butanol

172

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


11. Bahan bakar yang memiliki Angka Oktan yang paling tinggi adalah

a. Pertamak

b. Premium

c. Etanol

d. Metanol

12. yang bukan termasuk bahan baku pembuatan Bioetanol adalah

a. Tebu

b. Singkong

c. Kelapa Sawit

d. Jagung

13. Proses pemisahan etanol dari air disebut juga proses

a. Fermentasi

b. Destilasi

c. Hidrolisis

d. Liquifikasi

14. yang tidak bisa digunakan sebagai ba-han baku pembuatan briket bioarang adalah

a. Sampah plastik

b. Sampah sayuran

c. Sekam padi

d. Dedaunan

15. Proses pengarangan bahan baku pada pembuatan briket bioarang disebut

a. Gasifikasi

b. Fermentasi

c. Destilasi

d. Karbonisasi

16. Bahan bakar yang biasa digunakan untuk penggunaan kompor biomassa, kecuali

a. Kotoran Sapi

b. Sekam padi

c. Serbuk Gergaji

d. Briket bioarang

17. Pembakaran yang tidak membu-tuhkan udara selama prosesnya disebut

a. Gasifikasi

b. Combustion

c. Pirolisis

d. Destilasi

18. Yang paling sering digunakan sebagai bahan baku gasifikasi biomassa, kecuali

a. Ranting dan dahan

b. Kayu-kayuan

c. Kotoran sapi

d. Sekam padi

19. Berikut adalah proses yang terjadi dalam reaktor gasifikasi, kecuali

a. Liquifikasi

b. Pirolisis

c. Combustion

d. Reduksi

20. Produk utama yang dihasilkan dari proses gasifikasi adalah

a. Bahan bakar cair

b. Briket bioarang

c. Syngas

d. Bioetanol

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

BIO

MA

SS

A


II. Soal isianPetunjuk: Isilah Jawaban yang Tepat

1. Bagaimana iklim yang mempengaruhi produksi biogas?

2. Bagaimana Anda mengeluarkan materi sisa dari biodigester?

3. Apa manfaat menggunakan bioetanol?

4. Apa manfaat bagi lingkungan penggu-naan bahan bakar dicampur etanol?

5. Apa perbedaan antara etanol dan metanol?

6. Apakah gasifikasi biomassa akan men-jadi sebuah alasan untuk menebang pohon lebih banyak?

7. Untuk merebus air 750 liter dalam waktu 1 jam, secara theoritis diperlu-kan +/- 60.000 k cal untuk mendidi-hkan air dari 30 derajat celsius dengan bahan bakar batok kelapa. Dengan asumsi menggunakan alat sederhana dan thermal effisiensi 30% dan nilai ka-lor batok kelapa 4.000 kcal/kg, berapa kg batok kelapa yang dibutuhkan?

8. Lanjutan soal sebelumnya, Jika batok kelapa memiliki berat jenis (bd +/- 0.35 kg/ltr) dan Laju pirolisa / pembakaran batok kelapa 0,6 mtr/jam (tiap mate-rial berbeda), berapa

a. Jumlah volume

b. Luas penampang reaktor

c. Panjang dan lebar sisi jika reaktor berbentuk bujur sangkar

9. Apakah mesin dapat rusak jika meng-gunakan gas produk gasifikasi?

10. Gasifier Biomassa dapat digunakan dalam industri apa saja?

174

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


MIKROHIDRO

MODUL

5MIKROHIDRO

176

MODUL

5MIKROHIDRO


5.2. PENGENALAN TEKNOLOGI MIKROHIDRO

• Pengertian Umum

Tenaga air mempunyai perjalanan yang panjang dalam sejarah perkembangan teknologi. Kincir air pertama telah dikembangkan sejak jaman dahulu dan menjadi sumber energi utama selama abad pertengahan. Tenaga air masih menjadi sumber energi utama sampai abad ke 19, yang kemudian digantikan dengan mesin-mesin uap. Di beberapa negara sampai saat ini tenaga air masih berperan penting untuk penyediaan energi listrik. Dalam perkembangannya, kincir air telah digantikan dengan turbin air dengan berbagai jenis dengan efisiensi yang lebih baik. Pembangkit listrik tenaga air skala kecil (disebut juga Microhydro Power (PLTMH) atau Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLMTH), yang sering disebut Mikrohidro), adalah salah satu teknologi pemanfaatan energi yang handal dan hemat biaya, yang dapat dijadikan sebagai pertimbangan dalam penyediaan energi yang ramah lingkungan. Pembahasan tentang berbagai aspek dalam pengembangan PLTMH akan menjadi fokus dalam Modul ini.

Energi air, adalah salah satu jenis energi terbarukan, yang dapat diartikan sebagai: Energi yang dibangkitkan dari energi potensial atau energi kinetik air. Biasanya energi kinetik atau energi potensial air dikonversikan menjadi energi listrik, melalui alat konversi (turbin dan generator) yang kemudian di distribusikan

5.1. TUJUAN

• Memberikan pemahaman yang baik mengenai terminologi, parameter dan satuan dalam teknologi energi air

• Agar mampu melakukan pengukuran dan mengidentifikasi potensi energi air di suatu lokasi (tinggi jatuh dan debit air) dan melakukan perhitungan data sekunder (daya dan energi)

• Mampu melakukan pemilihan/seleksi, penilaian dan merencanakan penggunaan hydroelectricity di suatu lokasi

• Memberikan pemahaman mengenai komponen PLTMH : bangunan sipil, sistem elektrikal, dan aplikasi turbin.

• Agar mampu mengelola pembuatan, operasi, perawatan, dan pemeliharaan PLTMH

MODUL PELATIHAN MIKROHIDRO

5.2. PENG

ENALAN

MIKRO

HIDRO

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO

177Modul Pelatihan Mikrohidro

ke konsumen akhir, yang juga disebut Hydroelectricity. Daya listrik yang berasal dari putaran turbin air digunakan langsung untuk kebanyakan kegiatan produktif seperti untuk mengerakan mesin-mesin penggilingan.

Kebanyakan PLTMH dirancang sebagai sistem “run off the river”, yang berarti tidak diperlukan dam yang besar di sungai, tetapi hanya struktur saluran pengalihan aliran air biasa. Dalam beberapa kasus air disimpan untuk memenuhi beban puncak harian tetapi tidak ada air yang disimpan dalam jangka panjang. Oleh karena itu instalasi sistem run off the river tidak memiliki dampak negatif yang sama terhadap lingkungan dibandingkan dengan tenaga air skala besar (PLTA).

Teknologi air sebagai pembangkit tenaga air skala kecil adalah salah satu teknologi pemanfaatan energi yang handal dan hemat biaya, yang dapat dijadikan sebagai pertimbangan dalam penyediaan energi yang ramah lingkungan. Sejumlah kekurangan yang harus dipertimbangkan ketika membandingkan PLTMH dengan sumber energi lain, adalah sebagai berikut:

- Biaya investasi yang besar

- Memerlukan penguasaan penge-tahuan khusus yang kadang tidak dimiliki masyarakat setempat. PLTMH bukan merupakan PLTA yang dikecilkan, sehingga memerlukan perencanaan dan pembangunan yang unik dan berbeda.

- PLTMH memerlukan perhatian yang sederhana tetapi harus dilakukan

secara terus menerus terutama dalam operasional dan perawatannya, tetapi kadang masyarakat desa tidak dipersiapkan untuk melakukannya (kurang terorganisasi, kurangnya kesadaran) hal ini merupakan aspek yang harus diperhatikan dengan teliti dalam merencanakan sebuah PLTMH.

Dibandingkan dengan sumber energi terbarukan lainnya seperti angin, biomass, dan tenaga surya, PLTMH memiliki beberap keunggulan lain diantaranya;

- Efisiensi yang lebih tinggi (70 – 90 %), yang pada prinsipnya lebih baik daripada teknologi energi yang lain.

- Faktor kapasitas (capacity factor) yang tinggi, biasanya lebih besar dari 50% (tergantung aplikasi sistem), dibandingkan dengan PV 10% dan 30% untuk angin. Oleh karena itu lebih handal dalam sistem jaringan tersendiri (off grid).

- Lebih mudah diprediksi, biasanya berubah sesuai dengan pola curah hujan tahunan.

- Perubahan sistem yang lebih lambat, sumber dimana energi dibangkitkan (air) berubah secara berangsur-angsur dari hari ke hari (tidak dari menit ke menit).

- Keterkaitan dengan beban lebih baik, dimana output juga konstan pada malam ataupun siang hari. Dibeberapa wilayah bahkan permintaan beban meningkat ketika

178

MODUL

5MIKROHIDRO


air lebih besar dimana daya yang dihasilkan mencapai maksimum.

- Tahan lama dan handal: Sistem PLTMH dapat dipakai sampai 50 tahun bahkan lebih, dan cukup mudah untuk ditangani oleh penduduk desa.

• Potensi dan pemanfaatan tenaga air

Di Indonesia produksi energi kotor (gross energy production) yang dihasilkan oleh PLN dan anak perusahaannya selama tahun 2003 sebesar 92.481 GWh, 9% diantaranya diproduksi oleh tenaga air. Diperkirakan sekitar 4300 MW pembangkit bertenaga air saat ini beroperasi. Potensi teoritis tenaga air di Indonesia mencapai 2.15 juta GWh tiap tahun, dimana 0.4 juta GWh diperkirakan secara teknis memungkinkan untuk di kembangkan. Ini ekivalen dengan sekitar 75 GW kapasitas terpasang atau 81% dari kebutuhan energi nasional.

Klasifikasi pembangkit listrik tenaga air

Terlepas dari sejumlah klasifikasi teknis yang akan dijelaskan pada bagian berikutnya, pembangkit listrik tenaga air di kelompokan berdasarkan ukuran kapasitasnya. Walaupun ada sejumlah definisi yang berbeda, dalam buku pelatihan ini dipakai klasifikasi berdasarkan standard UNIDO:

Tabel 1: Definisi tenaga air berdasarkan kapasitas daya

Istilah Power Output

Pico Hydro < 500 W

Micro Hydro 500 W to 100 kW

Mini Hydro 100 kW to 1 MW

Small Hydro 1 MW to 10 MWFull-scale (large) hydro > 10 MW

Dalam modul ini, pembahasan difokuskan pada jenis mikrohidro (0,5 sampai 100 kW). Walaupun demikian dalam manual kadang kadang kita akan sering menyebut tenaga air skala kecil (small scale hydropower) yang menyiratkan bahwa istilah dan informasi juga sesuai untuk sistem yang lebih besar sampai dengan 10 MW.

• Dasar-dasar teknologi PLTMH

Terdapat beberapa faktor-faktor penting yang harus dipikirkan ketika akan membangun sistem mikrohidro. Faktor pertama adalah jumlah aliran air yang tersedia; periode dimana hanya ada sedikit hujan atau tak ada sama sekali hujan maka dapat berdampak besar pada pengoperasian pembangkit. Faktor kedua adalah yang dikenal sebagai tinggi jatuh (head), ini merupakan jumlah jatuhnya air yang ada diantara saluran pemasukan (intake) dan sistem keluaran sistem. Makin besar tinggi jatuhnya, makin besar juga daya yang dapat dibangkitkan.

5.2. PENG

ENALAN

MIKRO

HIDRO

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Tahap awal: tinggi jatuh dan debit air

a. Tinggi Jatuh (Head)

Walaupun kita dapat menggunakan pipa yang halus untuk membawa air menuruni bukit menuju turbin, sebagian energi akan hilang akibat gesekan dan gangguan yang lainnya (katup, belokan,dll). Sepanjang saluran pembawa air juga akan terjadi kerugian akibat gesekan dan turbulensi.

Kehilangan energi ini biasanya dicatat untuk perhitungan output daya dengan cara mengurangi tinggi jatuh total yang ada di lapangan. Ketentuan yang berlaku sebagai berikut:

Tinggi jatuh kotor atau tinggi jatuh statis:

Hg (m) didefinisikan sebagai perbedaan ketinggian air di saluran pembawa atas dan ketinggian air di saluran pembuangan (tailrace). Ini merupakan tinggi jatuh teoritis yang akan tersedia apabila tidak terjadi loses.

Gambar 5.1. Head dalam perhitungan sistem tenaga air

Tinggi jatuh bersih atau efektif: Hn (m) dihasilkan dari perbedaan antara tinggi jatuh kotor dan kerugian tinggi jatuh (head losses) . Ini merupakan tinggi jatuh sebenarnya yang tersedia untuk membangkitan daya. Kehilangan tinggi jatuh untuk skema PLTMH biasanya sekitar 10% dari tinggi jatuh kotor.

b. Debit

Aliran atau debit: Q (m3/detik) merupakan bagian penting lain dalam menentukan output daya dari sebuah skema PLTMH. Besarnya debit dalam sebuah skema PLTMH tidak sama dengan debit total atau debit maksimum yang tersedia di sungai. Hal ini dipertimbangkan untuk menghindari struktur bangunan sipil yang besar, pipa pesat, runner turbin dan fasilitas pembuangan air untuk mengakomodasi aliran yang besar. Jadi, debit diperlukan untuk mengetahui batasan arus tertinggi sampai arus terendah yang terjadi dalam aliran sungai.

Variasi dari besarnya debit sepanjang tahun dan perubahannya selama musim hujan dan musim kering perlu diketahui dan dianalisa dengan cermat untuk menentukan debit desain yang akan diaplikasikan dalam sistem. Debit desain biasanya ditentukan sedikit diatas batas minimum untuk menjaga fermormansi dan efisiensi peralatan pembangkit. Metode pengukuran dan penjelasan mengenai debit akan di bahas pada bagian berikutnya.

180

MODUL

5MIKROHIDRO


Energi potensial dan energi kinetik di dalam air

Energi dapat terjadi dalam berbagai bentuk: potensial, kinetik, panas, dll. Air di penampungan di atas bukit mempunyai energi potensial yang lebih besar daripada air yang berada di bawah bukit. Apabila air dilepaskan dari atas bukit menuju sungai, akan melepaskan energi potensialnya melalui gesekan di dasar sungai dan turbulansi. Apabila air mengalir menuruni bukit melewati pipa yang halus, sedikit energi akan hilang akibat gesekan dan turbulansi dan energi yang terkandung dalam air dapat digunakan untuk membangkitkan daya mekanis di dalam turbin.

Energi total yang tersedia dari volume air di atas bukit merupakan berat air dikalikan dengan jarak vertikal (tinggi jatuh) secara teoritis menuju turbin.

HgmE pot ××=

dimana ;

m = masa air --- kg g = gaya gravitasi-- (9.81 m/s2 )

H = tinggi jatuh dalam --- m

Karena berat air adalah volume (V) X kekentalan (ρ) kita dapat menuliskan:

Persamaan 1: HgVE pot ×××= ρ

Potensi tenaga air

Daya atau potensi tenaga air dapat ditunjukkan sebagai energi per satuan waktu sebagai berikut:

�

P =V × ρ × g × H

t

Karena volume per satuan waktu sama dengan debit maka Daya dapat ditulis :

Persamaan 2:

dimana

Phydr = daya hidrolik dalam Watt [W], tidak mempertimbangkan pengurangan karena efisiensi peralatan (turbin, generator, dll.) Q = debit dalam m3/detik

ρ = kekentalan air

= kira-kira 1000 kg/m3

g = percepatan gravitasi = 9.81 m/m2 Hnett = tinggi jatuh bersih dalam meter [m]

Output daya listrik

Turbin air mengkonversikan tekanan air menjadi daya mekanikal shaft, yang dapat digunakan untuk memutar generator listrik, atau mesin yang lain. Daya yang tersedia sebanding dengan hasil dari tinggi jatuh dan kecepatan aliran. Persamaan 2 menggambarkan daya hidrolik yang tersedia di turbin. Bagaimanapun, perubahan energi di turbin – hidrolik menjadi mekanikal – dan di dalam generator – mekanikal menjadi

�

Phydr = Q × ρ × g × Hn

5.2. PENG

ENALAN

MIKRO

HIDRO

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


elektrikal – selalu berhubungan dengan kehilangan energi. Hal ini ditunjukkan dengan istilah efisiensi dimana rasio antara daya output dan daya input (untuk mesin pembangkitan). Dengan demikian, output elektrik dari skema PLTMH dapat diperlihatkan sebagai berikut:

Persamaan 3 :

�

Pel = Phydr ×ηtotal atau

Persamaan 4:

�

Pel = Q × ρ × g × Hn ×ηtotal

dengan

Pel = output daya elektrik dalam

[W] = keseluruhan efisiensi dari peralatan

Tabel 2: Penyederhanaan Persamaan daya untuk perkiraan tahap awal

Untuk perkiraan paling awal beberapa literatur menyarankan persamaan yang disederhanakan, yang secara singkat akan diperkenalkan disini.Beberapa komponen di persamaan 4 dikenal dengan:ρ = kekentalan air = ∼ 1000 kg/m3

g = gaya gravitasi = 9.81 m/detik2

Untuk efisiensi keseluruhan ηtotal kita mengasumsikan 70%, dengan anggapan peralatan terpasang memiliki kualitas yang baik, jika tidak pengurangan mungkin diperlukan).olehkarena itu persamaan dapat disederhanakan menjadi:

�

P = 7 × Q × H [kW]dengan

�

µT × ρW × g =70% ×1000 × 9.81

1000[W → kW]≅ 7

Turbin dengan kualitas bagus dapat memberikan efisiensi hidrolik antara 80 sampai 90% (lebih tinggi dibandingkan dengan semua penggerak utama), walaupun demikian efisiensinya akan berkurang sebanding dengan ukuran Efisiensi sistem mikrohidro (<100 kW) cenderung di antara 60 sampai 80%.

Efisiensi Keseluruhan atau efisiensi total (ηtotal) sistem PLTMH yang berupa turbin, transmisi mekanik , generator, transfomer dan transmisi listrik. biasanya berkisar di antara 50 sampai 70% dari potensi air yang tersedia.

• Komponen-komponen dasar dan konfigurasi lokasi PLTMH

Sistem utama PLTMH

Sebuah PLTMH terdiri dari empat sistem utama:a) sistem hidrolik yang terdiri dari ;

• intake • saluran pelimpah (spillway)• bak pengendap pasir (desilting

chamber/sandtrap)• saluran pembawa (headrace)• bak penenang (forebay)• pipa pesat (penstock)• turbin.

b) sistem pembangkitan (generator dan juga switchgear)

c) beban/sistem konsumen (peralatan listrik)

d) sistem kontrol (yang mensesuaikan output sistem sesuai dengan beban konsumen, sehingga tegangan dan frekuensi dari listrik yang dibangkitkan tetap konstan pada nilai standard)

182

MODUL

5MIKROHIDRO


Komponen dasar sebuah PLTMH

Secara fisik sejumlah komponen utama dibutuhkan dalam sebuah instalasi PLTMH. Berikut komponen (hardware) yang dibutuhkan untuk implementasi sistem PLTMH;

a. Gambaran Umum

Gambaran umum sebuah PLTMH di perlihatkan pada gambar berikut ini.

Gambar 5.2. Gambaran sebuah sistem PLTMH

Komponen utama yang dapat terlihat pada gambar diatas kebanyakan struktur sipil dan jaringan transmisi. Komponen Mekanikal, sistem kontrol dan peralatan elektrikal berada di dalam rumah pembangkit.

5.2. PENG

ENALAN

MIKRO

HIDRO

Gambar 5.3. Contoh plan view sebuah PLTMH

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


b. Komponen-komponen sipil

Komponen sipil utama dan kegunaannya:

Bendung pengalihan / Diversion weir: Bendung pengalihan mengalihkan aliran yang dibutuhkan untuk pembangkitan daya dari sungai melalui intake ke dalam sistem penyaluran air pada sebuah PLTMH.

lubang intake / Intake�orifice : Lubang intake merupakan pintu masuk menuju saluran pembawa.

Pintu intake / Intake gate : Pintu intake mengatur aliran masuk dari sungai ke sistem pembawa air. Pintu air juga memungkinkan untuk menutup sama sekali aliran masuk selama periode perawatan dan selama banjir.

Bak pengendap pasir /�Settling�basin�– sandtrap : Bak pengendap pasir (sandtrap) pada dasarnya merupakan saluran dengan potongan melintang yang diperbesar yang mengakibatkan kecepatan aliran menurun. Karena penurunan kecepatan, batu kerikil, pasir dan sedimen akan mengendap dalam bak ini sehingga tidak akan masuk ke dalam saluran pembawa dan yang terpenting tidak akan masuk ke turbin, dimana partikel-partikel ini dapat menyebabkan abrasi pada runner.

Saluran pembawa / Headrace�channel: Saluran pembawa mengalirkan air dari intake ke bak penenang dengan kehilangan ketinggian yang minimum. Kadang-kadang diperlukan saluran

Gambar 5.4. Pandangan tampak atas dari PLTMH di perkebunan teh Dewata

184

MODUL

5MIKROHIDRO


pembawa yang melintasi sungai kecil atau saluran drainase, biasanya harus dipersiapkan sebuah saluran penyeberangan atau jembatan pipa.

Pelimpah dan saluran pelimpah / Spillway� and� spillway� channels :Melalui sistem pelimpah, kelebihan air dikembalikan ke sungai melalui saluran pelimpah. Sistem pelimpah ini juga sangat penting jika sistem saluran pembawa air tertutup (sebagai contoh apabila saringan di bak penenang terhalang) untuk mencegah aliran berlebih yang tidak terkontrol, yang dapat menimbulkan konsekuensi yang fatal (erosi dan tanah longsor).

Bak penenang / Forebay: Bak penenang membentuk transisi dari saluran pembawa ke pipa pesat. Dalam beberapa kasus baknya diperbesar dengan tujuan;

• Berfungsi sebagai bak penampungan pada saat beban puncak

• sebagai bak akhir untuk mencegah pengisapan udara (air suction) oleh penstok.

Pada bak penenang harus juga dipasang saringan untuk mencegah benda-benda yang tidak diinginkan masuk ke dalam pipa pesat.

Pipa pesat / Penstock : Pipa pesat (atau pipa tekanan) menghubungkan bak penenang dengan turbin di rumah pembangkit. Pada kebanyakan kasus biasanya pipa baja yang digunakan, tetapi juga plastik (PE, PVC, HDPE) atau beton, juga merupakan material yang dapat digunakan.

Pipa pesat didukung oleh sliding blocks dan angkor; expansion joint (sambungan) memungkinkan jika terjadi pemuaian pipa secara memanjang (umumnya akibat pengaruh temperatur).

Rumah pembangkit / Powerhouse: Rumah pembangkit harus dapat menjaga peralatan pembangkit dan kontrol dari kondisi cuaca yang buruk dan mencegah akses masuk bagi orang-orang yang tidak berkepentingan.

Tailrace�channel / Saluran pembuang:Saluran pembuang mengalihkan air kembali ke sungai setelah melalui turbin.

c. Peralatan elektro-mekanikal

Peralatan elektro-mekanikal adalah semua peralatan yang sebenarnya dipergunakan untuk merubah energi air menjadi listrik. Peralatan utamanya terdiri dari:

Turbin; terdiri dari runner yang terhubung ke shaft yang merubah energi potensial dalam air yang jatuh menjadi daya mekanikal atau daya shaft. kebanyakan kasus, listrik dibangkitkan, turbin disambungkan secara langsung ke generator atau disambungkan melalui roda gigi atau belt dan pulley, tergantung pada kecepatan yang dibutuhkan oleh generator. Pemilihan jenis turbin tergantung pada tinggi jatuh dan debit desain.

Transmisi mekanik (drive system), untuk mentransmisikan daya putaran

5.2. PENG

ENALAN

MIKRO

HIDRO

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


dari turbin ke alat yang dikehendaki (biasanya generator, tetapi dalam banyak kasus juga terdapat alat mekanikal seperti penggilingan atau alat pengupas padi).

Untuk dapat membangkitkan tenaga listrik pada tegangan dan frekuensi yang stabil, sistem transmisi harus mentransmisikan daya dari turbin ke shaft generator dengan arah dan kecepatan yang dibutuhkan. Jenis drive sistem pada aplikasi PLTMH adalah sambungan langsung (direct drive), belt drive (dengan flat belt atau V-belts) atau gearbox (jarang digunakan karena harganya mahal, spesifikasinya sulit, alignment dan perawatannya sulit).

Sistem kontrol (flow� control), yang pada dasarnya mengontrol kecepatan turbin, yang memiliki pengaruh langsung terhadap tegangan dan frekuensi dari listrik yang dibangkitkan.

Generator, yang merubah daya mekanikal (perputaran) dari turbin menjadi listrik.

d. Transmisi dan distribusi listrik

Jika listrik yang dibangkitkan (apabila daya mekanikal tidak digunakan secara langsung), listrik harus dikirimkan dan didistribusikan ke konsumen. Untuk jaringan dengan tegangan rendah (LV) secara langsung dapat didistribusikan, tetapi untuk jaringan yang lebih besar maka transformasi ke tegangan tinggi (HV) harus dilakukan untuk mengurangi

kehilangan daya diperjalanan. Cara yang paling umum untuk mentransmisikan listrik dari rumah pembangkit ke rumah-rumah adalah melalui jaringan listrik atas tanah (overhead).

Konfigurasi lokasi (site�configuration)

Di bawah ini akan digambarkan pilihan yang paling umum untuk konfigurasi lapangan sistem PLTMH selain itu prinsip-prinsip dasar layout lokasi akan dijelaskan.

Hal ini bertujuan untuk menggambarkan prinsip-prinsip dasar dan hanya untuk memberikan gambaran awal.

Pada umumnya kita mendisain dan menerapkan sistem run-of-the-river pada sistem mini dan mikro hidro. Bendung pengalihan dipasang di sungai yang mempunyai pengaruh minimum terhadap sungai dan juga tidak mempengaruhi pola aliran musiman. Pada beberapa kasus, sebagai contoh di PLTMH di perkebunan teh Dewata di Jawa Barat, bak penenang yang diperbesar sebagai penampungan sehari-hari (bukan musiman) untuk melayani pada saat beban puncak selama beberapa jam walaupun pada saat musim kemarau.

Gambar 5.5. PLTMH sistem Run-of-the-river

186

MODUL

5MIKROHIDRO


Sistem penampungan (Storage systems)--biasanya dam yang besar. Sistem ini tidak biasa digunakan dalam PLTMH. Kebanyakan karena sistem ini desainnya jauh lebih komplek dan lebih mahal. Sebuah dam menyebabkan akumulasi air yang besar dengan membanjiri lembah dibagian hulu, yang mempunyai akibat besar terhadap ekologi sungai dengan merubah pola aliran musiman. Tujuan utama sistem ini adalah untuk penampungan musiman. Pada beberapa kasus, PLTMH diintegrasikan kedalam dam yang besar, dimana dam ini dibangun untuk tujuan penampungan air untuk irigasi atau mencegah banjir.

Gambar 5.6. PLTMH dengan sistem penampungan

Masalah utama lainnya dengan dam yang besar adalah penimbunan lumpur yang harus dikuras dengan biaya yang mahal.

Pumped-storage power plants sebagai tipe ketiga sistem pembangkit tenaga air. Tujuan pambangkit ini adalah untuk menyimpan listrik dengan cara memompa air ke dalam penampungan yang lebih tinggi selama beban non puncak dan airnya dialirkan kembali untuk membangkitkan listrik selama periode puncak (peak load). Pembangkit-pembangkit ini biasanya tergabung dalam jaringan (besar) yang dipasok oleh sumber yang lain yang reaksinya lebih lambat, (seperti PLTU, PLTGU atau pembangkit nuklir). Dimana keuntungan utama dari pumped-storage power plants ini (dan tenaga air pada umumnya) dapat disesuaikan dengan permintaan aktual dalam waktu yang singkat (pembangkit tenaga air modern dapat di start-up hanya dalam waktu kurang dari 1 menit!). Sistem pembangkit ini tidak relevan dengan pembahasan dalam modul ini, karena tidak ada fasilitas pembangkitan sebenarnya dan hampir selalu dalam jumlah yang relatif besar (beberapa MW sampai GW).

Gambar 5.7. Layout pumped storage power plant facility 1.350 MW (Raccoon, Tennese-US)

source: www.wikipedia.org

5.2. PENG

ENALAN

MIKRO

HIDRO

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Prinsip dasar pemilihan lokasi

a. Sebelum melihat tipe topografi dan hidrologi untuk lokasi yang diusulkan untuk PLTMH, kita harus memperkirakan kebutuhan daya dan jarak dari pusat beban. Apabila kebutuhan daya katakanlah kurang dari 5 sampai 10 kW, sungai kecil atau sumber mata air disekitar lokasi mungkin cukup untuk membangkitkan daya yang dibutuhkan. Bagaimanapun, apabila kebutuhan daya sekitar 20 kW atau lebih maka kita harus mencari sungai yang lebih besar dan mungkin lebih jauh dari pusat beban.

b. Gunakan head maksimum yang tersedia di lokasi dan buat desain skema yang menggunakan air sekecil mungkin. Ini akan membantu dalam mengurangi ukuran dan biaya pekerjaan sipil dan turbin, mengurangi risiko kekurangan air yang tidak cukup untuk mengoperasikan PLTMH selama musim kemarau. Penggunaan air sungai sekecil mungkin juga akan menghindari perselisihan di antara pembangkit dan penggunaan air lainnya dan tidak akan menimbulkan kerusakan lingkungan yang besar (dasar sungai kering).

c. Air terjun tidak selalu menjadi lokasi yang ideal untuk skema PLTMH; air terjun biasanya ada di daerah pegunungan dengan jurang yang dalam dan permukaan yang berbatu dimana konstruksi intake, headrace dan pipa pesat menjadi sangat sulit atau bahkan tidak mungkin untuk

dilaksanakan. Tetap, air terjun dapat digabungkan dalam sebuah skema PLTMH tetapi harus di by-passed, yaitu intake harus diletakkan dalam jarak tertentu di hulu air terjunnya dimana topograpi menyediakan pengalihan air yang dibutuhkan untuk PLTMH.

d. Ada beberapa pilihan untuk saluran pembawa dan penstock�alignment

d.1 Tidak ada saluran pembawa, menggunakan pipa pesat dari intake mengikuti aliran sungai

Pendekatan ini tidak dianjurkan karena panjang dan mahalnya biaya pekerjaan pipa.

Gambar 5.8. Pipa panjang yang mengikuti aliran sungai (Sumber : Adam Harvey, 1993)

d.2 Tidak ada saluran pembawa, pipa pesat dari intake dan menggunakan jarak terdekat menuju ke rumah pembangkit

Tidak jauh berbeda dengan pilihan d.1, penggunaan pipa

188

MODUL

5MIKROHIDRO


bertekanan dari intake menuju ke rumah pembangkit memerlukan biaya tambahan, terutama pipa berdiameter besar. Selain itu, rute langsung dari intake ke rumah pembangkit akan melewati daerah yang miring. Sebagai alasan stabilitas lereng, konstruksi pipa pesat yang melewati daerah tersebut hanya dikerjakan apabila dipasang pada sudut yang tepat sampai garis datar dan bukan pada sudut yang lain. Hal ini membawa kita ke pilihan d.3.

Gambar 5.9. Tidak ada saluran pembawa, pipa pesat menggunakan jarak terdekat dari intake ke rumah pembangkit (Sumber: Adam Harvey, 1993)

d.3 Saluran pembawa sepanjang garis kontur dari intake dan pipa bertekanan/pipa pesat hanya untuk mendapatkan kecuraman dan jatuh dekat dengan rumah pembangkit

Tipe ini yang paling umum digunakan dalam PLTMH dan harus selalu menjadi pilihan pertama ketika mendisain

skema layout sistem.

Gambar 5.10. Saluran pembawa mengikuti garis kontur dari intake (Sumber: Adam Harvey, 1993)

d.4 lokasi low-head : headrace yang pendek dan penstok yang sangat pendek

Lokasi dengan tinggi jatuh rendah kadang-kadang kelihatan tidak menggunakan pipa pesat sama sekali, dimana membutuhkan jenis turbin tertentu untuk digunakan (turbin open propeller flume). Beberapa lokasi dengan tinggi jatuh rendah menggunakan pipa pesat yang sangat pendek untuk menghubungkan bak penenang dengan turbin. Turbin yang disatukan dalam bendungan-bendungan menggunakan pipa pesat yang sangat pendek (biasanya tidak digunakan pada PLTMH).

5.2. PENG

ENALAN

MIKRO

HIDRO

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


e. Penempatan intake merupakan tugas yang sangat penting. Banyak PLTMH yang gagal karena intake menjadi kering setelah beroperasi dalam waktu sesaat (karena sungai bergeser jauh dari intake) atau intake tertimbun oleh lumpur atau, yang lebih buruk lagi, hanyut oleh banjir. Sebagai prinsip dasar, intake harus selalu ditempatkan di sisi luar belokan.

f. Akses Jalan, lokasi rumah pembangkit dan mungkin juga intake jika memungkinkan harus dekat dengan jalan yang telah tersedia. Apabila ini tidak memungkinkan pada lokasi yang telah dipilih, konstruksi akses jalan harus disatukan kedalam desain. Akses yang mudah dibutuhkan selama masa konstruksi (pengangkutan untuk bahan-bahan konstruksi dan peralatan elektro-mekanikal) dan juga selama masa operasi (operator harus memiliki akses yang cepat ke rumah pembangkit dan intake terutama pada waktu kondisi cuaca yang buruk)

g. Lokasi rumah pembangkit harus cukup tinggi di atas level air banjir sungai, walaupun hal ini berarti akan mengurangi beberapa tinggi jatuh yang ada untuk pembangkitan daya. Tinggi banjir di sungai dapat diperkirakan dengan mengamati tanda-tanda tinggi air di tepi sungai dan juga dengan bertanya kepada penduduk setempat di sekitar sungai berdasarkan pengamatan/pengalaman mereka.

• Relevansi PLTMH dalam Konteks Listrik Pedesaan dan Pengentasan kemiskinan

Pembangkit listrik tenaga mikrohidro telah digunakan secara luas sebagai salah satu sumber energi alternatif, khususnya didaerah terpencil dimana sumber energi lain tidak tersedia. Tenaga air dalam skala kecil dapat dipasang dalam sungai atau aliran air yang kecil dengan hanya sedikit atau bahkan tidak ada efek negatif terhadap lingkungan, seperti perpindahan ikan misalnya. Kebanyakan pemanfaatan tenaga air dalam skala kecil tidak memerlukan dam atau sistem penampung air musiman, tetapi diimplementasikan sebagai tipe penghentian aliran sungai “run of the river”.

Mikrohidro dapat digunakan langsung sebagai tenaga poros untuk kebanyakan aplikasi industri, sebagai alternatif yang lebih banyak dipilih. PLTMH biasanya diaplikasikan untuk penyediaan energi dengan mengkonversikan daya poros menjadi energi listrik menggunakan generator biasa atau motor sebagai generator yang umumnya tersedia dengan mudah dan murah.

Di beberapa wilayah miskin di dunia, banyak penduduk di daerah terpencil yang tidak memiliki akses terhadap energi listrik. Mikrohidro memberikan peluang pada komunitas penduduk untuk membangkitkan energi listrik untuk keperluan mereka sendiri. Banyak organisasi internasional dan pemerintah mendukung bentuk pengembangan mikrohidro dengan berbagai pendekatan

190

MODUL

5MIKROHIDRO


antara lain: pembiayaan proyek, kebijakan perundangan yang mendukung, dan transfer teknologi. Pemerintah Indonesia sendiri terus menggalakan penggunaan energi terbarukan khususnya mikrohidro melalui departemen dan instansi terkait seperti PLN, Dinas Pertambangan dan Energi (pusat dan daerah), Kimpraswil dan pemerintah daerah melalui APBD. Pemerintah mengaplikasikan hal ini melalui berbagai bentuk program seperti listrik pedesaaan, padat karya, dll. Selain itu banyak organisasi dunia baik berupa program pemerintah ke pemerintah (G to G) maupun melalui lembaga independen (NGOs), yang malaksanakan berbagai program berkaitan dengan pembangunan PLTMH.

Gambar 5.11. Poros turbin yang dikopel langsung dengan mesin penggilingan tepung (Tanzania)

5.3. STUDI KELAYAKAN

PROYEK DAN

PENILAIAN

AWAL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


• Tahap Persiapan Proyek

Kriteria dasar

Sebuah lokasi PLTMH dianggap lebih menarik secara teknis jika salah satu atau beberapa kriteria di bawah ini terpenuhi:

1. Pressure head (Tekanan tinggi jatuh)

Tekanan tinggi jatuh lebih dari 40 m

Penjelasan: skema head rendah (< 20 m) dan skema head medium rendah (<40 m) cenderung kurang menarik karena semua struktur hidrolik perlu didisain untuk jumlah air yang besar dan dengan demikian ukuran struktur bangunannya juga besar. Hal ini tidak hanya berhubungan dengan biaya yang besar, tetapi juga kerumitan dan risiko teknisnya. Untuk pembangkit tenaga air di saluran irigasi, head sebesar 7 m dianggap cukup menarik.

2. Plant gradient / Kemiringan lahan

Kemiringan dari suatu sistem pembawa air atau rasio tinggi jatuh air dengan panjang saluran adalah 10% atau lebih baik dari itu.

Penjelasan: semakin pendek saluran yang dibutuhkan untuk membangkitkan tinggi jatuh air tertentu, semakin menarik lokasi tersebut karena biaya dan risiko yang ditimbulkan akan semakin kecil.

3. Flow / Debit

firm capacity pembangkit lebih dari perkiraan permintaan beban

Penjelasan: firm capacity disini didefinisikan sebagai daya output yang dapat dibangkitkan oleh debit pada musim kemarau.

4. Technical risks / Risiko teknis

tingkat kesulitan / risiko-risiko yang rendah

Penjelasan: suatu lokasi dengan topografi yang sulit (tepi sungai yang curam dan sisi bukit), di sungai besar atau sungai yang berliku-liku, serta dalam kondisi-kondisi geoteknis yang sulit (lereng-lereng yang labil), dan tanpa akses jalan yang dekat dengan lokasi proyek. Tingkat kesulitan diperkirakan dengan memberikan istilah risiko tinggi, sedang dan rendah.

5. Jarak ke konsumen / pusat beban

Jarak rumah pembangkit ke pusat beban / titik sambungan jaringan (PLN) kurang dari 1 km per 100 kW kapasitas terpasang.

Penjelasan: sebuah proyek tenaga air skala kecil dengan jarak yang jauh dengan pusat beban / jaringan PLN kurang menarik, sehubungan biaya yang dibutuhkan untuk jaringan transmisi akan menjadi besar. Jika dengan jarak

5.3. STUDI KELAYAKAN PROYEK DAN PENILAIAN AWAL

192

MODUL

5MIKROHIDRO


yang lebih jauh (kira-kira lebih dari 2 km) penggunaan transmisi tegangan menengah perlu penambahan biaya.

6. Kepadatan konsumen (off-grid)

Kepadatan konsumen lebih besar dari 30 sambungan per 1 km jaringan transmisi dan distribusi.

Penjelasan: semakin tinggi kepadatan konsumen berarti perbandingan biaya untuk fasilitas-fasilitas transmisi dan distribusi semakin rendah.

Karakteristik�umum�proyek-proyek�yang menjanjikan

1. Persyaratan minimum

Terdapat beberapa karakteristik proyek yang menjanjikan, antara lain adalah:• bagian-bagian teknis yang kritis dalam

jumlah yang sedikit• Bersinergi dengan proyek atau

instalasi yang lainnya, misalnya irigasi, PDAM, dll

• Sebagian besar peralatan dapat dibuat secara lokal.

• Listrik dapat dijual ke jaringan dengan harga yang sesuai

• kontribusi bantuan modal untuk biaya proyek tersedia.

Persyaratan minimum proyek yang menjanjikan biasanya paling sedikit memiliki 2 karakteristik diatas.

2. Proyek yang menjanjikan sebaiknya memenuhi semua kriteria berikut ini: • Dukungan politik yang luas pada

seluruh level terkait dapat dijamin• Tidak ada konflik sosial yang

disebabkan pelaksanaan proyek • Tidak ada dampak besar yang

merugikan lingkungan

3. Kriteria lebih jauh yang meningkatkan tingkat kemenarikan dari suatu proyek: • Sebagian biaya proyek didapat dari

dana bantuan atau pinjaman lunak• Proyek dapat dihubungkan dengan

proyek yang lain (sinergi)

Tingkatan Penilaian

Proses perencanan sistem PLTMH baik itu untuk proyek baru maupun rehabilitasi, biasanya terdiri dari beberapa tahap. Isi sebenarnya dari setiap tahap pada dasarnya hampir sama. Kedalaman topik dan akurasi dari investigasi, analisis dan perencanaan saja yang lebih meningkat pada setiap tahapnya.

Desk study

Hasil desk study disebut sebagai masterplan. Tujuannya adalah untuk mempelajari dan mengenal kondisi fisik, hidrologi, dan keadaan sosio-ekonomik wilayah proyek tanpa harus mengunjungi lokasi, tetapi menggunakan peta, data hidrologi dan data statistik lain yang telah tersedia (demografi, dll). Dalam banyak kasus lokasi yang berpotensi sudah dapat diidentifikasi, sehingga membuat kunjungan untuk penelitian berikutnya lebih efisien dan efektif. Bahkan dalam beberapa kasus, desk study sudah dapat mengungkapkan ketiadaan sumber tenaga air yang dianggap berpotensi untuk dikembangkan, hal ini bisa menghemat waktu dan biaya perjalanan menuju lokasi yang diajukan. Keakuratan perkiraan biaya dalam tahap persiapan biasanya berkisar ±30%.


PROYEK DAN

PENILAIAN

AWAL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Kunjungan singkat

Pada tahap ini biasanya dilakukan kunjungan singkat kelokasi yang di usulkan untuk membuktikan temuan yang didapat dalam tahap desk study. Sebagian besar berupa peninjauan potensi tenaga air dan perkiraan beban.

Pre-Feasibility�Study

Pekerjaan lapangan, analisa dan pelaporan pada tahap pra-studi kelayakan, biasanya “studi perbandingan” dari beberapa pilihan-pilihan pembangunan. Pre feasibility study biasanya dilaksanakan untuk menentukan lokasi yang cocok dan paling memenuhi syarat (teknis dan non teknis) dari beberapa lokasi yang diusulkan, yang nantinya akan dibutuhkan dalam investigasi lebih lanjut. Oleh karena itu penilaian pada tahap awal akan di tinjau ulang dan dikerjakan dengan lebih detail. Beberapa pilihan diberikan, kemudian mengadakan peninjauan dan rekomendasi pilihan yang mana yang harus ditindaklanjuti lebih jauh ketingkat Feasibility Study. Keakuratan perkiraan biaya dalam tahap ini biasanya berkisar antara 20 – 25%. dalam beberapa kasus, sebagian besar jika hanya ada satu pilihan yang muncul dan dianggap sudah cukup jelas berpotensi, tahap ini dapat dilewati.

Feasibility�Study�(Studi�Kelayakan)

Penilaian yang lebih detail dari opsi yang dipilih pada level Pre-feasibility study. Dalam feasibility study akan dinilai apakah implementasi PLTMH dari lokasi yang diajukan dikehendaki atau tidak. Berdasarkan FS inilah keputusan final untuk melanjutkan proyek atau tidak dari pihak

pengembang/pemilik diambil, dokumen FS ini dapat digunakan untuk presentasi proyek kepada pihak penyandang dana dengan analisis dan pertimbangan yang detail. Keakuratan perkiraan biaya dalam FS ini biasanya berkisar antara 10 – 15%.

Detailed design

Persiapan layout skema pembangkit secara detail, gambar saluran dan struktur sipil, desain peralatan elektro mekanik, sistem transmisi dan distribusi listrik. Desain detail biasanya sudah termasuk persiapan dokumen tender yang mencakup ruang lingkup pekerjaan dan rencana anggaran biaya (BOQ).

Penilaian�awal�sebuah�lokasi

Data dan informasi berikut ini biasanya dibutuhkan untuk penilaian awal sebuah proyek tenaga air skala kecil:

• Debit dan head yang tersedia• Peta topografi yang menunjukkan

daerah tangkapan lokasi proyek• Keadaan iklim secara umum dan

kondisi-kondisi hidrologi• kebutuhan beban di lokasi proyek

(load demand)• Akses ke lokasi proyek (transport,

komunikasi,dll)• Biaya konstruksi di lokasi proyek

(secara umum)

Langkah-langkah selama penilaian awal sebuah proyek

1. Dapatkan peta area proyek dan tentukan lokasi potensial• Minta kepada instansi-instansi

berwenang untuk mendapatkan peta yang aktual, antara lain BAKOSURTANAL

194

MODUL

5MIKROHIDRO


• Skala peta sebaiknya paling tidak 1:50.000, lebih baik skala 1:25.000 atau 1:10.000

• Peta mungkin sudah tersedia yang disiapkan untuk proyek-proyek lain

• Tentukan lokasi potensial untuk proyek hidropower pada peta

2. Tentukan apakah interkoneksi pembangkit hidropower dengan jaringan yang telah ada (PLN) memungkinkan• Tentukan lokasi terdekat dengan

jaringan listrik yang telah ada (tegangan rendah atau tegangan menengah)

• dari peta, hitung jarak dari lokasi potensi hidropower ke lokasi terdekat ke jaringan listrik yang telah ada

• Ketentuan berdasarkan pengalaman: Jika jaringan lebih dekat dari 1-2 km per 100 kW kapasitas terpasang, maka sambungan jaringan dapat dipertimbangkan

3. Jika interkoneksi tidak memungkinkan, hitung perkiraan permintaan beban dari calon konsumen listrik. Buat perkiraan sebagai berikut:• hitung sekitar 0.1 kW per rumah untuk

keperluan penerangan saja• 0.3 sampai 0.5 kW per rumah untuk

penerangan, TV, radio• Perhitungkan 2 kW untuk freezer • Perhitungkan 3 sampai 5 kW untuk

bengkel pertukangan kayu dengan gergaji bundar, mesin serut dan bor

4. Ukur daerah tangkapan kearah hulu dari titik masukan air (intake) yang direncanakan• ukur besarnya daerah tangkapan ke

arah hulu dari titik lokasi intake yang direncanakan

• gunakan peta topografi dan planimeter dan/atau

• gambar daerah tangkapan di kertas milimeter dan hitung luasannya dan/atau

• gunakan peta digital dan program CAD yang sesuai

5. Dapatkan data hidrologi (misalnya data pengukuran debit) dan perkirakan debit sungai yang tersedia (lihat gambar grafik disamping)

6. Hitung daya output rata-rata dan output minimum dari lokasi yang dipilih

dengan

Pel = daya output listrik dalam satuan Watts

ρ = berat jenis air (1000 kg/m3)

g = percepatan gravitasi (9.81 m/dtk2)

Q = debit dalam satuan m3/dtk

Hn = head efektif dalam m (gunakan 90% dari gross head)

η = efisiensi keseluruhan (gunakan 70%)

7. Bandingkan permintaan beban dengan output minimum pembangkit

(hanya jika sambungan dengan jaringan PLN tidak memungkinkan)

• Jika Preq < Pel min, maka lokasi yang dipilih akan memungkinkan memiliki potensi hidropower yang dibutuhkan untuk memenuhi permintaan beban.


PROYEK DAN

PENILAIAN

AWAL

Pel = ρ x g x Q x Hn x η

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Rainfall Data Patuah Wattee

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Rain

fall

[mm

/Mon

th]

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

averagemin

max

Cisuren I river, Patuah Wattee tea estate

0

50

100

150

200

250

300

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%percentage exceedance [%]

disch

arge [

l/s]

estimated river flow, deskstudy

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

01/01/88 01/01/89 01/01/90 01/01/91 01/01/92 01/01/93 01/01/94 01/01/95 01/01/96 01/01/97 01/01/98 01/01/99

irriga

tion w

ater o

utflo

w (m

3/s)

196

MODUL

5MIKROHIDRO


• Jika Preq > Pel min, maka lokasi proyek mungkin tidak memiliki potensi hidropower yang cukup untuk memenuhi permintaan beban.

Pada kasus ini, sungai yang lebih menjanjikan dengan debit lebih besar atau sumber energi alternatif lain harus diidentifikasi.

dimana

Preq: daya yang dibutuhkan berdasarkan perkiraan permintaan beban

Pel min: daya minimum yang tersedia dari pembangkit Tenaga air

8. Selidiki sumber-sumber energi listrik alternatif yang lain• Sumber energi alternatif adalah,

sebagai contoh:• Sistem hibrid mungkin merupakan

pilihan yang dapat dipertimbangkan• hindari mengutamakan solusi berbasis

teknologi dibandingkan solusi yang lebih berbasis ekonomis

9. Sketsa solusi yang dipilih untuk sistem penyediaan energi• gunakan modul disain standar, apabila

memungkinkan• dasarkan pada disain contoh-contoh

pembangkit yang telah ada • hindari disain yang terlalu rumit dan

kritis secara teknis• Tandai dan hitung panjangnya pipa

pesat, jalur transmisi ke pusat beban, akses jalan, dll.

10. Perkirakan biaya pelaksanaan proyek• Akurasi perkiraan pertama untuk

biaya proyek tidak perlu lebih dari ±25%.

• gunakan unit biaya dasar keseluruhan untuk pekerjaan-pekerjaan sipil

• Perkiraan biaya dasar untuk peralatan, bandingkan dengan proyek-proyek lain yang sejenis

• Masukan biaya tak terduga dengan cukup kedalam perhitungan biaya untuk hal-hal detail yang belum didesain

11. Hitung biaya produksi energi

• Perkirakan biaya produksi energi berdasarkan rumusan di bawah ini

• Bandingkan biaya produksi energi dengan harga jual listrik yang direncanakan

12. Uraikan tujuan proyek dan konsepnya

Catatan: Tujuan dan konsep proyek seharusnya diuraikan pada tahap sangat awal dari pembangunan proyek!

• INVESTIGASI DAN ANALISA LAPANGAN

Penilaian teknis

Penilaian teknis mencakup aspek Topografi dan Pemetaan serta aspek hidrologi rencana pembangunan PLTMH.

Topografi�dan�pemetaan

1. Levelling (pengukuran dalam bidang vertikal)

Levelling adalah tindakan yang dibutuhkan dalam penentuan ketinggian suatu titik dari permukaan


PROYEK DAN

PENILAIAN

AWAL

Biaya Prod.Energi = (Inv + O&M) tahunanProd.Energi tahunan

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


bumi. Ketinggian suatu titik terukur diberikan relatif terhadap datum (bidang horizontal); dalam pekerjaan topografi datum yang digunakan adalah tinggi rata-rata air laut dan tinggi suatu titik kemudian disebut sebagai altitude (ketinggian). Untuk survey teknis, terutama di daerah pedalaman dimana titik-titik ketinggian yang diketahui tidak tersedia, datum sembarang mungkin dapat dipilih.

Ada tiga metode dasar yang tersedia untuk pelaksanaan levelling:

a) Spirit levelling

b) Angular levelling

c) Barometric levelling

2. Pengukuran Jarak (Pengukuran Linear)

a. Pengukuran Langsung

Pengukuran langsung menyatakan bahwa jarak dapat diperoleh melalui panjangnya dan tape measure, rantai atau panjang tongkat dapat digambar dari titik awal sampai titik akhir. Pada survey topografi jarak selalu diukur dalam arah horizontal, yaitu sebagai jarak horizontal antara dua titik.

b Pengukuran jarak metode tidak langsung

Dengan beberapa alat-alat survey, jarak dapat juga ditentukan dari pembacaan alat saja tanpa harus mengikuti garis untuk diukur. Hal ini mungkin perlu jika jarak yang diukur melintasi sungai, selokan atau halangan lain yang menghambat pengukuran langsung.

Peralatan-peralatan dan metode-metode berikut ini dapat digunakan:

- clinometer dan Abney level

- dumpy level (hanya untuk daerah yang datar)

- alat-alat electro-optical dikombinasikan dengan teodolit (tidak tersedia di proyek)

3. Menentukan metode survey yang tepat untuk studi dan disain PLTMH

Walaupun topografi umum akan menghasilkan metode yang paling tepat untuk survey topografi suatu studi PLTMH, gambaran berikut mungkin memberikan beberapa gambaran untuk surveyor yang kurang berpengalaman cara untuk mengerjakan tugas survey tertentu.

a. Kunjungan pengamatan

- Tujuan dasar dari kunjungan pengamatan (sejauh ini menyangkut survey) adalah memeriksa kelayakan teknis dari layout yang dibuat dalam desk study dan untuk mengidentifikasi lokasi-lokasi alternatif jika diperlukan.

- Pengukuran head dilakukan menggunakan clinometer atau Abney level untuk skema head rendah (H < 30 m) dan altimeter untuk skema head tinggi (H > 30 m).

- Perkiraan panjang saluran pembawa, pipa pesat dan jalur transmisi dapat diukur dengan clinometer atau Abney Level (jika waktu mengizinkan) atau diperkirakan dari peta 1:100,00.

198

MODUL

5MIKROHIDRO


b Survey untuk Pre-Feasibility Study

- pilih beberapa kemungkinan untuk penempatan yang memungkinkan untuk saluran pembawa dan pipa pesat menggunakan clinometer dan Abney level untuk menentukan kemiringan dan perkiraan panjang. Altimeter mungkin berguna untuk skema-skema head tinggi, untuk mendapatkan gambaran umum tentang pembangkitan head dengan pilihan-pilihan berbeda sebelum membuat lebih rinci dengan clinometer /Abney level.

- Bandingkan dengan pilihan yang lain yang menurunkan biaya pembangunan, operasional dan pemeliharaan, dll.

- Pilih opsi yang terbaik dan tempatkan garis lintang sepanjang penempatan yang diusulkan; buat potongan melintang (interval maksimum 30 m sampai 40 m); gunakan pasak kayu untuk menandai pos dan potongan melintang.

- Ukur kaki garis lintang dan jarak intermediate menggunakan tali; bawa bearing pada setiap garis lintang (forward dan back bearings) dengan kompas.

- Level garis lintang titik intermediate (dengan potongan melintang) menggunakan dumpy level.

- Ukur potongan melintang dengan tape dan dumpy level atau gunakan metode stepping dengan tongkat pada cross gradient yang curam.

- Persiapkan sketsa dari pusat beban dan jalur transmisi dan distribusi yang dibutuhkan berdasarkan peta (perbesar dari peta 1:100,000). Jika perlu, ukur beberapa jarak menggunakan clinometer atau Abney level.

c Survey untuk studi kelayakan (feasibility study)

- Buat skema penempatan menggunakan data disain dari tahap pra studi kelayakan; gunakan garis lintang yang digunakan dalam tahap pre-feasibility survey sebagai kerangka dasar untuk membuat skema.

- Buat garis lintang baru sepanjang garis tengah saluran pembawa dan jalur pipa pesat; ukur sudut garis lintang menggunakan theodolite (lihat Modul 16).

- Tambah tingkat kepadatan potongan melintang jika diperlukan; gunakan yang telah diukur untuk pra studi kelayakan tetapi hubungkan mereka dengan garis lintang yang baru.

4. Survey topografi terperinci

Pada tahap kelayakan dan untuk persiapan detail disain dibutuhkan survey topografi dan pemetaan yang detail, dengan menggunakan salah satu dari teodolit atau total station. Kedua alat mengukur sudut vertikal dan horizontal dari posisi alat ke titik target. Bersama dengan pengukuran jarak (yang mana total station melakukannya secara otomatis) dapat ditentukan juga posisi relatif dari titik pengukuran dalam bentuk sistem koordinat 3 dimensi. Mengukur titik-titik


PROYEK DAN

PENILAIAN

AWAL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


secukupnya akan menghasilkan pemetaan daerah yang dibutuhkan dengan akurat.

Survey topografi sebaiknya dilakukan oleh insinyur sipil yang berpengalaman atau surveyor terlatih. Saat melakukan survey lokasi surveyor atau engineer sebaiknya telah memiliki pengertian menyeluruh mengenai perencanaan struktur dan posisinya untuk menghasilkan pekerjaan yang efisien dan hasil yang cukup akurat.

Hidrologi

Beberapa hal yang perlukan dalam menilai aspek hidrologi suatu proyek PLTMH antar alain pengukuran debit, analisis perkiraan debit, disain debit, dan analisa banjir.

1. Pengukuran debit

Disain suatu skema PLTMH membutuhkan pengetahuan mengenai jumlah debit dan perubahannya terhadap waktu dari aliran sungai di lokasi yang dipilih. Sayangnya, sungai-sungai yang diusulkan untuk pemasangan PLTMH sangat jarang tercakup dalam jaringan hidrometrik dan data jumlah debit sungai sangat jarang tersedia.

Walaupun teknik-teknik untuk perkiraan debit di lokasi tanpa pos pengukuran bisa dilakukan tapi merupakan suatu keharusan untuk mengukur debit di lokasi yang direncanakan selama paling tidak satu tahun atau satu musim kemarau. Ini akan menyediakan paling tidak beberapa data untuk pemeriksaan ulang terhadap perhitungan hidrologi dan perkiraan debit

yang mungkin telah ada dari catatan pos-pos pengukuran yang berada jauh dari lokasi PLTMH dimana terdapat pola-pola aliran yang berbeda.

a. Pengukuran Debit Langsung: Metode Bendungan ukur (Weir)

Metode bendungan digunakan di sungai kecil (B < 6 m) dimana konstruksi bendungan menggunakan material lokal (kayu), karena lebih ekonomis. Sekali terpasang, bendungan merupakan cara mudah untuk mencatat data debit selama periode beberapa bulan atau bahkan setahun tanpa usaha yang banyak: pembacaan tongkat pengukuran harian dapat dilakukan oleh penduduk (misalnya guru) atau petugas-petugas di pos pemerintahan dan tidak membutuhkan keberadaan ahli.

Bendungan yang paling umum digunakan adalah bendungan ujung ditajamkan (sharp crested) baik yang berbentuk persegi atau bentuk V. Bendungan V-notch atau bendungan ukur Thomson digunakan untuk debit berkisar dari 1 sampai 120 l/dtk sedangkan bendung dengan weir persegi digunakan untuk debit di atas 120 l/dtk. Tabel dan rumusan kecepatan untuk kedua tipe mercu diberikan di bawah.

Pendekatan kecepatan air sebaiknya rendah (< 0.15 m/dtk); ini dapat diperoleh jika bendungan dapat menciptakan kolam kecil di hulu. Dasar dan sisi-sisi saluran / sungai sebaiknya cukup jauh dari mercu bendung

200

MODUL

5MIKROHIDRO


Batas-batas aplikasi untuk bendung Thomson dipendekan adalah sebagai berikut:

sehingga rumusan untuk bendung penuh dapat dipakai. Catatan bahwa lebar mercu harus tidak melebihi 2 mm (lihat rinci). Ini paling baik dapat dicapai jika notch dipabrikasi dari lembar metal dan di baut ke struktur bendung yang terbuat dari kayu. Pengukuran head (h1) harus dilakukan paling sedikit 3 sampai 4 kali head maksimum (h1 max) di hulu bendung. Pasak kayu ditancapkan ke dasar sungai dengan puncak

Bendung V-notch (V-notch weir)

Note that the tailwater level should remain at least 0.05 m below crest levelTable H2 gives the discharge in function of head for a Thomson Weir with a 90° V-notch.

Fully contracted Thomson Weirhl / p <= 0.4hl /B <= 0.2

0.05 m < hl <= 0.38 mP >= 0.45 mBl >= 0.90 m

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


202

MODUL

5MIKROHIDRO


Bendungan pengukuran persegi (Rectangular Sharp-Crested Weir)

Lebar bendung dipilih sedemikian sehingga head h1 tetap dalam batasan yang diperlihatkan di bawah ini untuk semua debit yang akan diukur.

Gambar 5.12. Bendung dengan mercu tajam persegi


PROYEK DAN

PENILAIAN

AWAL

The discharge through the sharp-crested rectangular weir is determined by the following formula (according to Kindsvater and Carter, 1957):

where Q = discharge in m³/sCe = effective discharge coefficient according to Table H4 below be = effective crest width be = b + kb (with b = weir crest in m and kb = correction factor according to Figure H5 below) he = effective head; he = h + 0.001 m (with h = head in m)

Rectangular sharp-crested WeirB – b >= 4hlhl / p <= 0.5hl / b <= 0.5

0.07 m <= hl <= 0.60 mb >= 0.30 mp >= 0.30 m

5.1232

eee hbgCQ =

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Gambar 5.13. Faktor koreksi untuk lebar mercu Kb dalam fungsi b/B

b/B Discharge coefficient Ce1.0 0.602 + 0.075 h1/p0.9 0.599 + 0.064 h1/p0.8 0.597 + 0.045 h1/p0.7 0.595 + 0.030 h1/p0.6 0.593 + 0.018 h1/p0.5 0.592 + 0.011 h1/p0.4 0.591 + 0.0058 h1/p0.3 0.590 + 0.0020 h1/p0.2 0.589 + 0.0018 h1/p0.1 0.588 + 0.0021 h1/p0.0 0.587 + 0.0023 h1/p

Table H4Discharge coeficient Ce in Function of ratio b/B

204

MODUL

5MIKROHIDRO


pasak telah benar-benar level dengan mercu dan akan dijadikan sebagai dasar dari skalanya.

Catatan: Rumusan yang diberikan untuk menentukan debit melalui bendung dengan mercu tajam persegi mungkin nampak terlalu ilmiah. Akan tetapi, penggunaan rumusan bukan hanya untuk bendung sementara selama perencanaan proyek tetapi juga untuk mengukur bendung permanen yang tersambung dengan saluran pembawa skema PLTMH; seperti struktur permanen dapat digunakan untuk mengawasi unjuk kerja turbin-generator selama commissioning dan operasi normal suatu skema PLTMH.

c. Metode Bucket

Metode ini cocok untuk mengukur debit kecil sampai debit sangat kecil (Q < 5 l/s) sesuai untuk instalasi pico hidropower; debit penuh sungai Q diarahkan ke dalam bucket atau ember dengan volume V [liter] yang diketahui dan waktu t [detik] untuk

pengisian terhadap waktu. Rumusan untuk menentukan debit sungai adalah sebagai berikut:

tVQ =

Mengkalibrasi bucket sangat penting. Gunakan botol dengan volume yang telah diketahui dan hitung banyaknya botol-botol yang anda butuhkan untuk mengisi wadah sampai tanda pembeda. Jika terdapat timbangan berskala, timbang bucket/ember yang berisi air dan tentukan volumenya.

Drum minyak 200 liter dapat juga digunakan untuk debit yang lebih besar (Q < 50 l/dtk) tetapi persiapan (misalnya bendung dan bak) untuk mengarahkan debit ke dalam drum akan memakan waktu.

d. Pengukuran Debit tidak langsung

Pengukuran debit tidak langsung berarti bahwa debit dihitung dari kecepatan aliran terukur dan luas potongan melintang sungai menggunakan rumusan sebagai


PROYEK DAN

PENILAIAN

AWAL

Gambar 5.14. Menggunakan metode bucket

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


berikut:

Q = A * Vm

dimana :

Q = debit dalam m3/dtk

A = luas potongan melintang dalam m2

vm = kecepatan debit rata-rata dalam m/dtk

Luas daerah potongan melintang sungai dapat dikira-kira dengan menggunakan metode berikut ini:

- pilih potongan lurus dari sungai;

- rentangkan pita pengukur melintang sungai tegak lurus terhadap arah arus (garis tengah sungai);

- bagi lebar sungai ke dalam jumlah potongan-potongan genap dengan jarak yang sama;

- hitung kedalaman sungai di setiap titik menggunakan alat ukur berskala, wading rod atau tongkat pengukur;

- hitung luas daerah potongan melintang menggunakan Aturan Simpson’s

(integrasi menurut angka):

Kecepatan debit rata-rata vm dapat diukur dalam berbagai cara:

Metode benda terapung (Float Method)

Ini merupakan metode yang paling mudah untuk menentukan kecepatan aliran. Tetapi ini sebaiknya hanya digunakan untuk sungai-sungai yang cukup dalam dan sungai-sungai berarus tenang, karena tingkat kesalahan dari metode float jika digunakan untuk sungai-sungai yang dangkal (< 30 cm) dan sungai-sungai turbulen akan berkisar pada +/- 100% atau lebih! Ketidakakuratan ini diperoleh dari hubungan yang tidak diketahui antara debit permukaan dan debit rata-rata untuk seluruh daerah potongan melintang.

Benda yang terapung sebaiknya tenggelam sebagian; botol yang terisi sebagian akan merupakan solusi yang baik. Prosedur berikut ini sebaiknya digunakan:

- ukur jarak D yang relatif lurus dan

Karena y0 dan yn adalah nol, persamaan dapat disederhanakan menjadi:

( ) ( )[ ]1312420 423 −− +++++++++= nnn yyyyyyyywA KK

( ) ( )[ ]131242 423 −− +++++++= nn yyyyyywA KK

206

MODUL

5MIKROHIDRO


potongan yang sama dari sungai dan tandai awal dan akhir dengan cara merentangkan tali atau pita melintansi sungai (tegak lurus terhadap arus sungai);

- lempar benda terapung yang digunakan ke dalam sungai sedikit diatas titik awal (starting point);

- hitung waktu t dalam detik untuk menempuh jarak D

- hitung kecepatan permukaan vs

tDv s =

- gunakan faktor koreksi untuk merubah debit permukaan vs menjadi debit sungai rata-rata vm

Debit permukaan harus dikurangi dengan menggunakan faktor-faktor berikut ini:

- 0.85 untuk sungai halus, saluran beton persegi

- 0.75 untuk sungai-sungai besar, lambat, bersih

- 0.65 untuk sungai kecil tetapi teratur dengan dasar sungai yang halus

- 0.45 untuk sungai-sungai turbulen yang dangkal (0.5 m)

- 0.25 untuk sungai-sungai sangat dangkal dan berbatu

- ukur luas daerah potongan melintang pada kedua ujung dari jarak D (berdasarkan bab diatas)

Material yang dibutuhkan untuk metode float:- pita ukur - tali (yang akan direntangkan melintang

sungai)- tongkat levelling atau batang - benda apung (botol dengan sumbat)- stop watch- kalkulator saku- buku catatan dan pulpen

Sumber: Adam Harvey: Micro Hydro Design ManualGambar 5.15. Menggunakan metode terapung

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Current Meter

Current meter adalah sebuah instrument yang mengukur kecepatan dari air yang mengalir dengan cara memutar elemen. Elemen yang berputar dibangun sehingga kecepatan putaran memiliki hubungan tertentu dengan kecepatan air. Dengan meletakkan current meter di titik pada aliran dan mengamati banyaknya putaran propeller terhadap interval waktu tertentu, kecepatan aliran ada titik tersebut dapat ditentukan dari kalibrasi meter.

Terdapat dua tipe utama current meter untuk penggunaan umum; tipe propeller (direct acting meter) yang memiliki putaran poros horizontal paralel terhadap aliran sungai dan tipe mangkuk (differential meter) yang memiliki putaran poros vertikal. Kedua tipe memiliki model dalam skala kecil untuk aliran kecil atau aplikasi laboratorium. Tipe propeller merupakan current meter yang paling umum digunakan.

Keuntungan-keuntungan tipe propeller meter adalah:

• Tipe ini lebih kuat dan mudah dalam bentuk dibanding tipe cup meter.

• Tipe ini tidak terkotori oleh benda-benda terapung.

• Bearing dari meternya terlindungi dari kotoran air dan lumpur.

• Pada model yang lebih baru; bearing, shaft dan propeller mungkin ditukar tanpa mengubah rating dari meter.

CATATAN. Walaupun tipe propeller meter lebih kuat dibandingkan dengan tipe cup, instrument yang teliti dan perawatan

yang sama sebaiknya diberikan terhadap meter-an ini untuk memberikan kualitas yang baik.

Penilaian kondisi sosial-ekonomi

Analisa terhadap kemungkinan dampak-dampak (positif dan negatif) dari keberadaan PLTMH terhadap penduduk lokal.

Kondisi sosial ekonomi lokasi proyekPenilaian kondisi demografi, ekonomi, budaya dll pada saat ini. Kondisi orang-orang dan masyarakat keseluruhan yang terpengaruh dengan adanya proyek.

Tipe konsumen dan perkiraan permintaanUntuk menentukan pola konsumsi energi listrik yang akan terjadi, konsumen biasanya dikelompokkan menjadi tiga tipe:

• penggunaan domestik• fasilitas umum dan pelayanan

publik• pemanfaatan listrik untuk

kegiatan produktif

Pendapatan,�kemampuan�dan�kemauan�untuk�membayar

• Tergantung pada jumlah pendapatan penduduk lokal sehingga dianggap mampu untuk membayar besarnya tarif tertentu.

• Terlepas dari kemampuan untuk membayar, orang mungkin mau membayar sejumlah uang tertentu untuk listrik.

• Ini harus di analisa apakah tarif yang dapat digunakan di daerah akibat hal-hal mendesak di atas cukup untuk menutup biaya yang terjadi untuk biaya pelaksanaan dan operasional PLTMH.

208

MODUL

5MIKROHIDRO


• Aliran Pipa

Aliran Mantap dan Aliran Tidak Mantap

Untuk aliran mantap, parameter aliran seperti kecepatan, tekanan dan kekentalan untuk setiap titik adalah independen terhadap waktu sedangkan yang tergantung oleh waktu adalah aliran tidak tetap. Contoh untuk aliran mantap yaitu aliran melalui pipa berdiameter konstan atau diameter berubah-ubah pada tekanan konstan (misalnya; reservoir atau tangki yang tinggi airnya tidak berubah, yaitu air yang keluar--secara terus menerus terisi kembali). Sedangkan contoh untuk aliran tidak mantap yaitu aliran melalui pipa pada tekanan berubah-ubah akibat pergantian tinggi air yang dihubungkan dengan tangki atas.

Pemilihan Diameter Penstock Ekonomis

Dengan meningkatnya diameter penstock, kerugian head dan kerugian output energi yang diakibatkannya akan berkurang, sedangkan biaya-biaya konstruksi menjadi meningkat. Jika kita memperkecil kerugian head sehingga kehilangan energi pada pembangkit berkurang, hal ini akan berujung pada diameter penstock yang besar dan biaya yang juga besar. Oleh karena itu, diameter penstock yang optimum merupakan salah satu faktor yang dapat memperkecil biaya-biaya total tahunan yang terdiri dari modal investasi untuk pembangunan penstock dan juga pemeliharaannya serta nilai moneter dari kehilangan energi.

Gambar 5.16. Diameter optimum penstock adalah salah satu faktor yang akan menghasilkan biaya tahunan minimum, terdiri dari pembangunan penstock dan biaya pemeliharaan dan nilai moneter akibat kehilangan energi

5.4. BANGUNAN SIPIL

5.4. BANG

UN

AN SIPIL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Perhitungan diameter optimum penstock biasanya menjadi cukup merepotkan (lihat misalnya SKAT: Hydraulics Engineering manual, p. 46ff). Apalagi, banyak parameter-parameter teknis dan ekonomis yang diperlukan untuk menghitung diameter optimum belum tersedia dalam tahap pre-feasibility (misalnya nilai moneter dari energi listrik, biaya pemasangan penstock di lokasi, dll).

Untuk grafik pre-feasibility study pada Gambar 5.16 menunjukkan diameter-diameter pipa ekonomis dalam fungsi debit (Q) dapat digunakan. Karena cakupan diameter penstock yang memungkinkan untuk aliran tertentu sangatlah besar seperti dalam Gambar 5.17, pendekatan alternatif adalah dengan cara menggunakan rumus empiris yang berasal dari pembangkit air yang telah ada. Ketika menganalisa sejumlah besar pembangkit air Fahlbusch dan Sarkaria (dalam: Water Power & Dam Construction, Juni 1982) ditemukan bahwa diameter penstock optimum pada dasarnya merupakan fungsi suatu head dan output daya dari pembangkit; rumusnya digunakan untuk skema pembangkit air skala kecil dan skala besar di Amerika Serikat (dari 2 sampai 700 MW) tetapi dengan beberapa penyesuaian hal ini dipercaya juga dapat digunakan untuk skema-skema PLTMH di negara-negara lain. Untuk skema PLTMH disarankan untuk menggunakan rumus berikut ini:

�

Dopt = 0.5 H−1 7 Phydr

H

3 7

dimana

Dopt = diameter pipa optimum dalam meter

H = head bersih (nilai perkiraan) dalam m

Phydr = daya hidrolis = ρ g Q H dalam kW

Rumus tersebut mungkin harus disesuaikan kemudian hari ketika data penstock yang ada pada PLTMH yang sudah diaplikasikan tersedia.

Gambar 5.17. Diameter ekonomis pipa sebagai sebuah fungsi aliran

210

MODUL

5MIKROHIDRO


Aliran permukaan bebas

Definisi umum

Aliran dalam saluran alami seperti sungai dan di dalam saluran buatan adalah jenis aliran permukaan bebas. Daya penggerak aliran air dalam saluran terbuka dengan permukaan bebas (tekanan atmosfir) adalah gaya gravitasi; dengan kata lain air digerakkan oleh kemiringan saluran dan tidak seperti di saluran tertutup yaitu dengan perbedaan tekanan head di antara dua bagian.

Aliran seragam dan aliran tidak seragam

Seperti telah ditunjukkan di awal bahwa aliran fluida dalam keadaan mantap apabila kecepatan aliran tidak berubah-ubah terhadap waktu. Karena itu, kecepatan dan kedalaman air tidak berubah terhadap waktu pada bagian tertentu.

Ketika melihat perbedaan bagian pada saluran kita mungkin menemukan bahwa kecepatan dan kedalaman air konstan terhadap jarak; aliran seperti ini dinamakan seragam dan level air paralel

dengan dasar saluran (lihat gambar di bawah). Tipe aliran ini biasanya terjadi pada salauran pembawa (headrace) dengan potongan melintang dan kemiringan dasar saluran yang konstan.

Dalam kejadian yang lain aliran mungkin berubah berangsur-angsur terhadap jarak, yaitu menjadi aliran tidak seragam, seperti belokan dari aliran air yang tertahan di hulu bendungan dari sebuah skema PLTMH atau permukaan air akan berubah secara cepat ketika terjadi perubahan ukuran saluran atau kemiringan saluran.

Bagian ini sebagian besar akan berhadapan dengan aliran-aliran seragam untuk aliran-aliran saluran terbuka. Kedalaman air dari aliran seragam dapat ditentukan dengan rumus-rumus sederhana seperti rumus Manning-Strickler.

Rumus Manning-Strickler

Rumus Manning-Strickler berdasarkan pada percobaan-percobaan, berikut adalah rumusannya:

�

v = Ks R2 3 I

5.4. BANG

UN

AN SIPIL

Gambar 5.18. Aliran mantap (Q = konstan) yang seragam di beberapa bagian dan berubah di tempat yang lain

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


dimana

v = kecepatan rata-rata dalam m/dtk

Ks = koefisien kekasaran menurut Strickler dalam m1/3dtk-1

R = radius hidrolik (dalam m) = A/p

dimana

A adalah luas penampang (m2) dan

p = garis keliling basah (m)

I = kemiringan permukaan air = kemiringan saluran atau dasar sungai untuk aliran seragam = Js

Catat bahwa rumus ini yang seringkali

dikutip menggunakan koefisien kekasaran Manning (n) yang merupakan kebalikan dari koefisien Strickler Ks =1/n.

Pada umumnya koefisien kekasaran (Ks) diberikan pada Tabel 3 di bawah. Karena sulit sekali untuk menentukan koefisien kekasaran untuk saluran air alami, foto di Gambar 5.19 menunjukkan contoh sungai-sungai yang telah dikalibrasi dan dapat digunakan untuk bandingkan dengan sungai yang akan dihitung.

Tabel 3. Koefisien kekasaran (Ks) menurut Strickler (dari berbagai sumber)

Tipe saluran atau jalan air Koefisien Kekasaran (Ks) [m1/3s-1]

1 Saluran tanah- licin, lurus, penampang seragam, tidak ada tumbuhan 40 - 60- berbatu,relatif licin dan seragam 30 - 40- berbatu tetapi kasar tak beraturan 20 - 30- licin, lurus dengan tanah halus dan beberapa tumbuhan 30 - 35- dasar saluran berbatu kerikil, kemiringan sisi terdapat tumbuhan

yang padat20 - 35

2 Saluran beton- dengan lapisan semen yang halus (permukaan licin) 65 - 90- dengan bentukan papan kayu normal 60 - 75- lapisan beton kasar 50 - 65- lapisan beton halus hanya di kemiringan saja 50 - 65

3 Saluran Pasangan Batu- pasangan batu yang baik menggunakan batuan sungai 50 - 60- pasangan puing kasar dengan dasar dari pasir dan kerikil 40 - 50- saluran dengan yang diplester 65 - 90

4 Saluran dari kayu (flumes)- diserut, papan-papan yang tersambung dengan baik 80 - 90- papan-papan yang tidak diserut 65 - 80

5 Saluran berbahan metal- Gorong-gorong ARMCO (besi berkerut) 50 - 55- dengan proyeksi kecil (paku/baut, lembar tumpang tindih) 65 - 70- dengan proyeksi-proyeksi besar 60 - 65

6 Saluran air alamia) lurus, tanggul-tanggul bersih tanpa ketidakteraturan 35 - 42b) seperti a) tetapi terdapat tumbuhan dan batu kerikil 25 - 35c) dengan kolam-kolam dan bagian-bagian dangkal / berliku-liku, bersih

20 - 30

d) seperti c) tetapi terdapat kerikil, batu-batu, dan tumbuhan 18 - 25e) dengan daerah air diam atau kolam dalam, atau terdapat tumbuhan yang cukup banyak

10 - 20

f) terdapat tumbuhan yang padat (foreland) 7 - 10g) air deras dengan kerikil kasar dan batu-batu besar 13 - 22

212

MODUL

5MIKROHIDRO


Gambar 5.19. koefisien umum kekasaran untuk

sungai:

a) Ks = 42 m1/3s-1; c) Ks = 20 m1/3s-1;

b) Ks = 31 m1/3s-1; d) Ks = 13 m1/3s-1;

Dengan menggunakan rumus Manning-Strickler dan persamaan kontinuitas

Q = v x A,

kedalaman air dapat ditentukan walaupun hanya dengan cara iterasi (metode trial and error dimana kedalaman awal diasumsikan, aliran dihitung dan dibandingkan dengan kecepatan aliran yang diberikan; asumsi baru untuk kedalaman di buat sampai perhitungan sama dengan kecepatan aliran yang diberikan).

• Struktur Pembawa

Disain Struktur Pembawa (terowongan dan aqueduct)

Sejauh ini, diasumsikan bahwa aliran di saluran adalah seragam sepanjang saluran pembawa. Hal ini hanya benar jika digunakan kemiringan saluran yang sama dan geometri saluran juga sama sepanjang saluran. Pada kenyataannya, saluran pembawa mungkin memiliki perbedaan kemiringan saluran di beberapa bagian akibat topografi dan sering kali saluran terbuka harus diselingi oleh terowongan air (pipa atau flumes) untuk melewati cekungan, selokan, jalan atau untuk membawa air sepanjang sisi bukit yang curam. Pada peralihan, kondisi aliran seragam tidak akan berlaku lagi dan perubahan tiba-tiba dalam permukaan air mungkin terjadi.

5.4. BANG

UN

AN SIPIL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Bilangan Froude

Kandungan energi dari aliran permukaan bebas sering dinyatakan dalam bilangan Froude yang pada kenyataannya adalah rasio inersia terhadap gaya gravitasi (bandingkan dengan definisi bilangan Reynolds). Bilangan Froude (Fr) merupakan metode yang sesuai untuk menentukan karakteristik aliran permukaan bebas terutama apakah alirannya adalah subkritis atau superkritis atau mendekati kritis (yang dapat menjadi tidak stabil). Rumus bilangan Froude adalah sebagai berikut:

�

Fr =v

g A/w

dimana

v = kecepatan aliran dalam m/s

g = percepatan gravitasi (9.81 m/s2)

A = luas penampang aliran

w = lebar permukaan air terbuka dalam m

(Catat bahwa dalam saluran persegi (A/w) menjadi kedalaman air (h).)

Tiga perbedaan karakteristik aliran dapat ditentukan:

a) aliran kritis Fr = 1

b) aliran subkritis Fr < 1

c) aliran superkritis Fr > 1

Aplikasi dalam praktek dari bilangan Froude diberikan di bawah ini.

Aliran Permukaan Bebas Terowongan Air dan Aqueduct

Ketika mendisain struktur aliran permukaan bebas seperti terowongan dan aqueduct maka perhatian harus dilakukan sehingga peralihan dari saluran menuju saluran yang lebih kecil dan sebaliknya tidak menciptakan air yang membalik (dengan meningkatnya kecepatan dan erosi) di dalam saluran. Apalagi, aliran di dalam struktur sebaiknya tidak menjadi superkritis Fr > 1 atau mendekati superkritis Fr > 0.5 dimana ombak yang tegak dan kecepatan tinggi dapat menyebabkan kerusakan. Di sisi lain, aliran bebas aqueduct dan terowongan air harus memiliki kecepatan tinggi dan penampang yang kecil untuk alasan ekonomi (pengurangan biaya dan dimensi dari struktur seperti ini). Oleh karena itu disainer harus menemukan keseimbangan antara kedua kondisi yang berlawanan ini. Pengalaman telah menunjukkan bahwa kecepatan disain (va) sebesar 1.5 m/s akan menghasilkan saluran yang masuk akal

Kriteria desain seperti berikut ini sebaiknya diterapkan:

Untuk terowongan atau aqueduct penampang persegi dengan beton dan tembok, yaitu saluran air flumes, akan lebih disukai; rasio antara lebar (b) terhadap kedalaman air harus dipilih dengan cakupan sebagai berikut:

b / h = 1 sampai 3

Lebar (b) dari saluran sering dipilih

214

MODUL

5MIKROHIDRO


sedemikian sehingga kedalaman air (h) di struktur relatif dekat dengan kedalaman air saluran di hulu. Gunakan persamaan kontinuitas untuk menghitung lebar (b) yang diperlukan untuk saluran :

�

breq =Q

va h

Seperti dijelaskan di atas, kecepatan di dalam struktur mungkin lebih tinggi daripada aluran disebelahnya tetapi jangan memasuki range aliran yang mendekati superkritis (F > 0.5). Jika kemiringan di bawah 0.2% dalam kombinasi dengan nilai b/h seperti di atas digunakan, tidak akan terjadi aliran superkritis.

Aliran air dalam saluran akan menjadi seragam dan kemiringan dasar yang diperlukan (Js) flume (untuk mendapatkan kecepatan asumsi va) dapat dihitung menggunakan rumus Manning-Strickler yang diselesaikan untuk Js

�

Js =va

Ks R2 3

2

hanya untuk penampang persegi

Jika penampang melingkar (pipa) digunakan sebagai aliran permukaan bebas terowongan atau aqueduct, rumus Manning-Strickler tidak lagi digunakan karena udara di atas air berdampak pada aliran. Berdasarkan pada penelitian, W. Hager mengusulkan rumus sebagai

berikut (Constructions Hydrauliques, EPFL, 1989):

�

Js =Q

Ks D8 3 0.75y2(1− 0.5833y2)

2

Berlaku untuk y < 0.95

dimana y = h / D

Catat bahwa terowongan air melingkar atau aqueduct menunjukkan ketidakstabilan aliran ketika mendekati penuh (bergetar dan perubahan tiba-tiba sampai aliran penuh). Oleh karena itu terowongan melingkar dan aqueduct harus memiliki jarak yang cukup antara permukaan air dan atap pipa untuk menghindari masalah seperti itu (atau sebaiknya dirancang sebagai aliran penuh / struktur tenggelam).

Kerugian head pada peralihan masukan dan keluaran saluran air harus diperhitungkan, hal ini dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut (menurut Borda):

�

∆Hin = ζ in va − v1( )2

2g

�

∆Hout = ζ out va − v2( )2

2gdimana

va = kecepatan aliran seragam dalam saluran dalam m/s

v1 dan v2 adalah kecepatan aliran saluran di hulu & hilir dalam m/s

ζin dan ζout adalah faktor kerugian head yang tergantung pada bentuk dari peralihannya.

Faktor kerugian head untuk dua peralihan yang umum diberikan dalam gambar 5.20.

Terowongan Air dan Aqueduct Mengalir

5.4. BANG

UN

AN SIPIL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Gambar 5.20. Koefisien kerugian head untuk peralihan dari bentuk trapezoidal ke persegi (dan kebalikannya) untuk aliran permukaan bebas (Sumber: Idel’cik: Memento des perfes de charge, 1969)

Penuh (juga siphon pembalik)

Struktur pembawa mengalir di bawah tekanan pada umumnya memiliki kerugian head yang lebih tinggi daripada struktur aliran permukaan bebas yang telah dibicarakan di atas, tetapi lebih murah karena pipa-pipa komersial dapat digunakan. Terowongan Air dan Aqueduct mengalir penuh juga memiliki persoalan dengan penyumbatan.

Kerugian head total sepanjang struktur terdiri dari:- Kerugian masukan- Kerugian gesekan- Kerugian belokan (jika ada)- Kerugian pada keluaran

harus ditambahkan ke garis energi saluran dari bagian di hilir untuk mendapatkan garis energi dan tinggi air pada masukan sampai ke struktur pembawa.

Kerugian head pada peralihan pintu masuk dan pintu keluar untuk pipa berbeda dari

peralihan pada aliran permukaan bebas. Beberapa tambahan kriteria disain untuk terowongan air dan aqueducts mengalir penuh berlaku:

a) Kondisi dimana aliran melalui struktur tidak boleh menjadi superkritis F > 0.5 tidak berlaku bagi pipa yang mengalir penuh (tidak terdapat permukaan air bebas dan bilangan Froude tidak terdefinisi). Kecepatan disain sampai 3 m/dtk (jika pertimbangan kehilangan head mengijinkan) mungkin dapat digunakan. Terutama inverted siphons perlu memiliki kecepatan tinggi untuk mencegah penumpukan sedimen di titik terbawah.

b) Seal air pada pintu masuk

Puncak pembukaan adalah terowongan pipa panjang atau terowongan pipa (mengalir di bawah tekanan) atau inverted siphons harus dipasang di bawah permukaan air normal di hulu

Dulvert pipe terminates in headwall across channel

Broken back transition with flare angle of about 1:5

216

MODUL

5MIKROHIDRO


saluran. Tenggelamnya ini atau water seal akan mengurangi kemungkinan aliran yang gergejolak atau berkurangnya kapasitas dari struktur yang diakibatkan oleh pengaliran udara melalui vortices.

• Struktur Intake

Tipe-tipe Struktur Intake

Umumnya tiga kategori struktur intake dapat dibedakan:

a) Intake dengan level air bebas (Free water level)

Aliran air di sungai tidak dibendung untuk pengalihan (tidak ada bendung melintang); kategori ini termasuk intake bebas (juga disebut dengan intake tepi) dan dasar intake (juga disebut dengan intake dasar sungai atau bendung Tyrolean).

b) Intake dengan bendung padat

Tinggi air di sungai ditingkatkan dengan bendung padat yang melintang sehingga ada aliran yang cukup memasuki intake sepanjang tahun terutama pada saat debit sungai rendah.

c) Intake dengan bendung yang bisa bergerak

Ketinggian muka bendung dapat diatur dengan pintu air atau dengan membrane yang dapat digelembungkan sehingga bendung dapat direndahkan selama banjir. Bendungan bergerak adalah mahal dan hanya diperlukan di daerah-daerah datar dimana kenaikan tinggi air sungai akan mempunyai konsekuensi yang jauh (memerlukan parit banjir yang panjang untuk mencegah air membanjiri daerah hulu). Bendung-bendung seperti ini tidak relevan terhadap pengembangan skema PLTMH.

5.4. BANG

UN

AN SIPIL

Gambar 5.21. Intake bebas pada umunya (intake tepi)

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


• Bak Pengendap

Banyak sungai dan parit membawa sejumlah pasir dan partikel-partikel halus yang banyak di dalam endapan, terutama selama banjir. Beban sedimen tidak dapat dihilangkan pada intake. Bak penenang/pengendap pasir diperlukan untuk mengurangi beban sedimen sampai level yang dapat diterima. Operasi dari sebuah PLTMH bebas masalah hanya mungkin terjadi jika persyaratan berikut ini terpenuhi:

- harus tidak ada endapan sedimen di dalam saluran pembawa atau tempat lainnya di dalam sistem yang ada

- kerusakan runner turbin dan katup akibat abrasi harus dijaga pada tingkatan yang rendah.

Gambar 5.22. Layout pada umumnya untuk intake sisi dengan bendung melintang

Gambar 5.23. Prinsip operasi penjebak sedimen

218

MODUL

5MIKROHIDRO


5.4. BANG

UN

AN SIPIL

Gambar 5.24. Layout pada umumnya bak pengendap untuk intake sisi dengan atau tanpa bendungan melintang

Gambar 5.25. Kemiringan dasar dari bak pengendap pasir yang ter-hubung dengan Bendung Tyrolean

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


telah dibuktikan dalam kenyataan bahwa jika semua partikel-partikel di atas 0.2 mm dihilangkan, kondisi-kondisi di atas terpenuhi. Hanya keadaan-keadaan istimewa seperti head turbin di atas 100 m dan partikel-partikel pasir sangat keras (quartz) akan memerlukan pembersihan partikel lebih halus dari 0.2 mm.

• Forebay

Fungsi-fungsi dari bak penenang adalah sebagai berikut:- berupa bak pengendap akhir untuk

benda-benda yang tercampur dalam air - menjaga inlet penstock tetap tenggelam

dalam air (water seal) - sebagai tempat saringan dan saluran

pelimpah

Kedalaman total forebay ditentukan oleh minimum tenggelamnya (s) inlet penstock yang mencegah udara memasuki pusaran air. Jarak tenggelam yang diperlukan atau water seal dapat dihitung dengan menggunakan rumus yang diberikan.Saringan harus sedikit miring (antara 60°

sampai 75° terhadap garis horizontal) untuk memudahkan pembersihan dengan penggaruk. Saluran (palung) untuk pembuangan puing-puing yang mengapung dan sebuah platform harus dibangun tepat di hilir saringan sehingga operator memiliki akses yang mudah untuk membersihkan saringan. Platform ini juga melindungi inlet penstock sehingga tidak terdapat benda-benda yang dapat jatuh ke dalam penstock oleh anak-anak yang bermain dengan batu-batu atau kelereng. Kecepatan mendekati trashrack harus kurang dari 0.5 m/s.

• Layout Rumah Pembangkit pada Umumnya

Fungsi rumah pembangkit adalah mendukung peralatan hidrolik dan elektrikal dan menyediakan perlindungan dari dampak-dampak yang merugikan akibat cuaca. Selain itu rumah pembangkit juga menyediakan ruangan untuk switchboard, transformer (jika diperlukan) dan area untuk pekerjaan pemeliharaan termasuk lemari untuk alat-

Gambar 5.26. Disain forebay pada umumnya

220

MODUL

5MIKROHIDRO


alat dan suku cadang. Layout peralatan ini akan menentukan ukuran keseluruhan dari rumah pembangkit.Dalam banyak kasus, kecuali untuk unit-unit yang sangat kecil, hoist/blok rantai yang berjalan di atas rel yang dipasang pada struktur di dalam rumah pembangkit. Struktur ini dan pintu rumah pembangkit harus diukur sedemikian rupa sehingga komponen-komponen yang paling berat dan paling besar (generator) dapat dipindahkan ke dalam dan keluar tanpa kesulitan.Switchboard (papan hubung) yang beroperasi harus ditempatkan sedekat mungkin dengan generator tetapi harus ditempatkan`di atas tanah untuk menghindari genangan jika ada kebocoran air dari turbin atau penstock.Jika transformer diperlukan, maka harus ditempatkan di ruangan berbeda di dalam

rumah pembangkit.Ventilasi yang cukup harus disediakan di dalam rumah pembangkit karena generator mungkin menghasilkan panas dan operasi yang stabil dari peralatan listrik hanya mungkin jika panas ini dapat dikeluarkan.Ruang yang cukup untuk membuka unit turbin generator harus disediakan di dalam rumah pembangkit. Daerah yang diperlukan untuk pekerjaan seperti ini harus sekitar 1.5 kali dari daerah yang ditempati oleh unit trsebut ketika beroperasi. area lantai rumah pembangkit suatu skema PLTMH pada umumnya sekitar 25 sampai 40 m2 bergantung pada head pembangkit (turbin-turbin dengan head tinggi lebih kecil daripada turbin-turbin dengan head rendah dengan output yang sama).

Gambar 5.27. Tipikal layout rumah pembangkit \

5.5. SISTEM ELEKTRIKAL

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Hampir semua PLTMH yang dibangun

diperuntukan untuk menghasilkan energi

listrik, walaupun ada sebagian kasus

dimana turbin PLTMH digunakan langsung

untuk menggerakan mesin, seperti mesin

penggilingan, maupun pompa air (water

supply system). Oleh karena itu perencanaan

untuk aspek kelistrikan berperan sangat

penting dalam sebuah proyek PLTMH. Selain

itu survey lapangan ke penduduk (konsumen)

perlu dilakukan dengan akurat terutama

mengenai peruntukan penggunaan listrik.

Untuk keperluan produktif dimana akan

digunakan motor listrik (beban induktif)

misalnya, dibutuhkan generator dengan

kemampuan menahan starting current yang

besar. Topografi dan penyebaran penduduk

berperan penting dalam menentukan

panjangnya jaringan transmisi.

Penguasaan dasar-dasar kelistrikan, instalasi

dan peraturan keselamatan merupakan

hal pokok yang harus dimiliki oleh seorang

perencana dan teknisi yang terlibat dalam

implementasi sebuah proyek mikro hidro

Komponen dan sistem elektrikal pada sebuah

MHP merupakan bagian yang dianggap paling

sensitif. Pada dasarnya komponen pada sistem

elektrikal pembangkit mikro hidro dapat

dikelompokan menjadi sebagai berikut;

a. Generating and Control Unit

1. Generator (sinkron atau Asinkron)

2. Sistem kontrol dan aksesorisnya

a. Flow control

• Hydraulic unit : cylinder, actuator

(counter weight), servo motor, sensor,

dll

• Cubicle : module controller, system

proteksi, meter dll

• Metering unit (CTs, VTs, kWh, fuses, dll)

b. Load control (ELC atau IGC)

• Cubicle (meter, control, proteksi)

• Ballast load

3. Kabel daya dan aksesori

a. Kabel daya : Generator – Panel – Ballast

b. Grounding system : elektroda,

konduktor

c. Penangkal petir dan aksesori

b. Transmisi dan Distribusi

1. Transformator (jika dipakai) dan

aksesorinya

2. Gardu induk (switchboard)

3. Transmisi dan distribusi

a. Tiang = pole bracket, suspension, strain

clamp

b. Grounding system

c. Penangkal petir

c. Instalasi Pelanggan (service connection)

1. kabel penyalur dan aksesorinya (strain

clamp, konektor,dll)

2. kWh Meter, MCB, dan sekring

3. Instalasi rumah

- kabel instalasi, isolator, klem/pralon

kabel, T-dos


222

MODUL

5MIKROHIDRO


- stop kontak, saklar (ganda/tunggal)

- fitting lampu (duduk/gantung), kayu

roset

Pembangkitan daya yang optimum dan

kinerja pembangkit tergantung desain yang

benar dari komponen pendukung, salah

satunya desain sistem elektrik yang harus

direncanakan dengan teliti dan hati-hati.

• Generator AC

Generator adalah alat yang digunakan untuk

mengubah daya poros turbin (putaran)

menjadi daya listrik. Untuk aplikasi mikro

hidro dengan sistem AC ada dua tipe generator

yang biasa digunakan yaitu generator sinkron

dan asinkron (induksi) 1 fase maupun 3 fase.

Generator Sinkron

Generator sinkron banyak digunakan pada

pusat-pusat pembangkit tenaga listrik besar.

Secara teknis, desainnya telah mengalami

penyempurnaan yang meningkatkan

bertujuan untuk meningkatkan performansi,

efisiensi dan perwatannya.

Generator Asinkron (induksi)

Mesin induksi merupakan mesin arus bolak-

balik (AC) yang paling luas digunakan.

Penamaannya berdasarkan pada kenyataan

bahwa arus motor rotor ini bukan diperoleh

dari sumber tertentu, melainkan arus yang

terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan

relative antara putaran rotor dengan medan

putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan

oleh arus stator.

Generator asinkron (induksi) merupakan

mesin induksi (motor) yang digunakan sebagai

generator dengan bantuan eksitasi dari luar,

baik dengan menggunakan kapasitor (isolated

system) maupun terhubung dengan jala-jala

PLN. Dari karakteristik kopel kecepatan, mesin

induksi dapat dijadikan sebagai generator jika

berada pada daerah rem sinkron lebih dan

daerah rem arus lawan (nr>ns) dimana slip

bernilai negative.


Gambar 5.28. Jenis generator yang biasa digunakan untuk aplikasi mikrohidro

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Gambar 5.29. Daerah operasi mesin Induksi

Gambar 5.30. Konstruksi mesin induksi

Gambar 5.31. Bagian-bagian mesin induks

No Description No Description1 Wound stator 42 Drive end grease nipple2 Casing 50 Non drive end bearing3 Rotor 53 Inner non drive end cover5 Drive end shield 54 Non drive end seal6 Non drive end shield 55 Fixed part of the NDE grease valve7 Fan 56 Moving part of the NDE grease valve13 Fan cover 59 Non drive end preloading washer21 Shaft extension key 64 Non drive end grease nipple26 Nameplate 70 Stator terminal box27 Fan cover screw 74 Stator terminal box cover30 Drive end bearing 270 Drive end shield fixing screw33 Inner drive end cover 271 Drive end shield fixing nut34 Fixed part of the DE grease valve 273 Non drive end shield fixing screw35 Moving part of the DE grease valve 406 DE grease valve cover plate39 Drive end seal 456 NDE grease valve cover plate40 Cover fixing crew

224

MODUL

5MIKROHIDRO


Item Generator Sinkron Generator AsinkronKetersediaan Biasanya perlu dipesan khusus dan

untuk daya kecil sulit ditemukan dipasaran

Mudah didapat pada hampir semua kategori daya

Konstruksi Cukup rumit, kadang dilengkapi dengan slip rings, diode dan rangkaian external

Kompak dan simple.

Harga Untuk daya kecil <50 kW harganya lebih mahal dibanding daya yang sama untuk generator asinkron

Harga relative murah tetapi kapasitor harus diganti setelah waktu tertentu (±2 tahun)

Perawatan Perawatan dilakukan pada field winding dan sikat arang/brush (jika ada)

Perawatan dilakukan pada stator, pendinginan, tetapi tidak diperlukan untuk rotor type squirrel cage

Sinkronisasi Diperlukan synchronizer untuk parallel ke jaringan

Tidak dibutuhkan alat sinkronisasi

I n d e p e n d e n s i Operasi

Operasi independent memungkinkan

operasi independent tidak memungkinkan, karena dibutuhkan exsitasi dari luar (jaringan atau kapasitor)

Penyesuaian Power Factor

Operasi pada power factor yang dikehendaki memungkinkan disesuaikan dengan respon load factor

Power factor ditentukan oleh output generator dan tidak dapat disesuaikan

Arus exsitasi Menggunakan exsitasi DC Diambil dari jaringan atau menggunakan kapasitor

Motor start (inductive load)

Tahan terhadap arus start up motor Tidak tahan untuk arus starting yang besar (bisa kolaps dan kehilangan remanensi magnet)

Overspeed Tidak tahan terhadap overspeed (belitan bisa terbakar) jika terjadi lebih dari waktu tertentu

100 % kecepatan nominalnya masih tahan

Penyesuaian tegangan dan frekuensi

Memungkinkan Tidak memungkinkan. Ditentukan oleh tegangan dan frekuensi suplai (kapasitor atau jaringan)

Efisiensi Efisiensi pada part maupun full load bagus >85%

Efisiensi rendah <70%

Perbandingan Generator Sinkron dan AsinkronTerlepas dari karakteristik teknis dan non teknis, masing-masing generator memiliki kelebihan dan kekurangan dalam aplikasinya sebagai mesin konversi energi. Berikut perbandingan kelebihan dan kekurangan dari mesin –mesin tersebut


PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Pemilihan jenis generator dan power output

Tabel berikut dapat dijadikan sebagai acuan pemilihan generator untuk lokasi yang dipilih sesuai dengan spesfikasi teknik nya:

Daya terpasang s.d 10 kW 10 – 30 kW >30 kWTipe generator dan fasa

Sinkron atau asinkron1 atau 3 fasa

Sinkron atau asinkron3 fasa

Sinkron3 fasa

Untuk aplikasi mikrohidro dengan generator sinkron disarankan untuk digunakan tipe

brushless, hal ini dimaksudkan untuk mengurangi perawatan dan kompleksitas dari generator

dengan brush.

Selain itu, ada beberapa factor yang mempengaruhi ukuran daya generator, diantaranya

adalah temperature, ketinggian, factor koreksi dari electronic kontroler, dan power factor

beban. Koefisien untuk faktor-faktor tersebut diberikan pada tabel berikut;

Gambar 5.33. Analisa biaya generator sinkron dan asinkron+kapasitor

Gambar 5.32. Karakteristik tegangan Vs Arus beban Generator

Synchronous GeneratorInduction Generator + CapacitorInduction GeneratorCapacitor

226

MODUL

5MIKROHIDRO


Perhitungan untuk menentukan ukuran generator dilakukan berdasarkan rumusan berikut : Power Output in kW

Generator KVA = ----------------------------- (generator sinkron) A x B x C x D

Power Output in kWGenerator KVA = -----------------------------(generator Asinkron) A x B

Setelah didapatkan nilai kVA generator, disarankan untuk ditambah safety factor 30% yang

bertujuan untuk;

Memungkinkan jika output turbin lebih besar dari yang direncanakan

Jika motor besar (>10% daya generator) disuplai dari pembangkit, maka generator harus

mampu menahan arus start.

Ketika menggunakan ELC generator selalu beroperasi full load.

Gambar 5.34. Typical sistem flow control pada system PLTMH (cross flow turbine)

Tabel 4. Generator rating factor


Max. ambient temperature in oC 20 25 30 35 40 45 50 55

A Temperature Factor 1.10 1.08 1.06 1.03 1.00 0.96 0.92 0.88Altitude 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

B Altitude Factor 1.00 0.96 0.93 0.90 0.86 0.83 0.80 0.77C ELC Correction Factor 0.83*

D Power Factor When load is light bulbs only 1.0When load includes tube light and other inductive loads 0.8

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


• Sistem Kontrol

Sistem kontrol berfungsi untuk

menyeimbangkan energi input dan energi

output dengan cara mengatur input (flow)

atau mengatur output (listrik), sehingga sistem

akan seimbang. Dengan berubahnya beban

terhadap waktu, peran sistem kontrol sangat

penting untuk menjaga stabilitas sistem,

terutama kualitas listrik yang dihasilkan oleh

pembangkit (tegangan dan frekuensi).

Flow control

Flow control dapat diartikan sebagai

pengaturan besarnya daya hidrolik (debit

air) yang masuk ke turbin dengan mengatur

bukaan katup turbin (guide vane).

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan

dalam penggunaan flow control untuk sistem

mikrohidro;

Mengingat flow control cukup rumit

dan mahal untuk aplikasi mikro hidro

dengan daya kecil<100 kW, oleh karena

itu penggunaan flow control umumnya

dipakai pada pembangkit besar >100 kW.

Perubahan beban konsumen relative

kecil (stabil). Reaksi flow control terhadap

perubahan beban relatif lambat sehingga

akan terjadi shock pada generator ketika

beban yang besar tiba tiba disambungkan,

akibatnya putaran generator menurun

sehingga tegangan dan frekuensi juga

turun selama beberapa saat (<1 menit)

sampai flow control bereaksi dan guide

vane membuka sesuai dengan besarnya

beban yang dipasang.

Penstock memiliki ketahanan terhadap

water hammer. Jika sebagian besar beban

lepas atau semua beban lepas sama sekali

maka actuator akan menutup guide vane

turbine sehingga aliran tertahan dan

membalik, tekanan air pada penstock

akan meningkat secara dramastis (water

hammer) sehingga sangat beresiko

terhadap ketahanan penstock. Dalam

hal ini perlu perhitungan yang sangat

teliti dalam menetukan setting closing

time flow control dan kekuatan penstock.

Perlu diingat bahwa untuk turbin pelton

dimana penghentian putaran turbin

dilakukan dengan jet deflector yang

mengalihkan/membelokan aliran untuk

tidak menumbuk bucket runner (tidak

menghentikan) maka dalam hal ini tidak

ada efek water hammer pada penstock.

Generator memiliki ketahanan terhadap

runaway speed.

Jika beban lepas dan guide vane belum

menutup penuh aliran air yang masuk,

turbine pada keadaan full power dan

putaran generator menjadi sangat cepat

(runaway speed) keadaan ini sangat

berbahaya bagi generator. Overspeed

dengan kecepatan (n x Rated speed)

selama waktu tertentu dan melebihi

ketentuan dari manufacturer generator

akan mengakibatkan belitan generator

terbakar.

Merupakan suatu kontradiksi untuk membuat

closing time guide vane turbine (cross flow)

antara cepat atau lambat, berikut diberikan

gambaran mengenai dampak dari closing

time cepat dan lambat;

228

MODUL

5MIKROHIDRO


Berdasarkan kenyataan tersebut maka system

flow control murni memerlukan perhitungan

dan perencanaan yang sangat teliti untuk

mentoleransi kondisi tersebut diatas. Adapun

beberapa hal yang dapat dilakukan untuk

mengatasi dan mengurangi akibat tersebut

diatas adalah dengan;

1. menggunakan flywheel, sehingga pada

saat beban bertambah dengan signifikan

putaran akan reltif stabil. Disamping

itu ketika beban tiba-tiba lepas putaran

generator akan relative teredam dengan

daya dari flywheel sehingga kondisi

overspeed dapat diminimalisasi

2. sistem kombinasi antara flow control

dengan load control

system ini utamanya bertujuan untuk

menghindari keadaan overspeed

generator pada saat terjadi pelepasan

beban (load rejection) dan efek water

hammer pada penstock akibat penutupan

guide vane secara tiba-tiba. Pada saat

terjadi pelepasan beban guide vane akan

ditutup secara perlahan-lahan sehingga

efek water hammer dapat diminimalisasi

pada saat yang sama daya yang dihasilkan

generator akan dipindahkan pada beban

tiruan (ballast load) sehingga kecepatan

generator akan stabil sampai turbin dan

generator pada kondisi aman (berhenti)

3. menggunakan generator yang tahan

terhadap overspeed maksimum yang dapat

terjadi

Gambar 5.35. Blok diagram flow control

(entec DTC-14)

TU GU PU

CU (Control Unit )

AU

===

G

SSU

=== === === ===

AUX

===

Actu

ator

Uni

t

Turb

ine U

nit

Gen

erat

or U

nit

Powe

r Uni

t

Grid

Closing time

Generator Penstock

Cepat Sangat dikehendaki untuk menghindari overspeed yang cukup lama

Tidak dikehendaki sehubungan dengan efek watter hammer jika aliran pada penstock dihentikan seketika

Lambat Tidak dikehendaki,Semakin lama guide vane menutup maka overspeed pada generator menjadi berbahaya

Dikehendaki,Mengurangi efek water hammer yang berlebihan


PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Load Control

Ketika terjadi perubahan beban pada

konsumen, misalnya pada malam hari (lebih

dari jam 10 malam) dimana beban pembangkit

berkurang secara signifikan maka keadaan

seperti berikut ini akan terjadi (tanpa flow

control);

a. Putaran generator akan naik karena daya

hidrolik yang masuk tetap sama (jika

pembangkit tidak menggunakan flow

control)

b. Dengan naiknya putaran generator maka

frekuensi dan tegangan juga akan naik

(khususnya generator tanpa AVR). Keadaan

ini dapat membahayakan peralatan listrik

dan elektronik (lampu putus, peralatan

elektronik terbakar)

Untuk mengatasi hal Ini selain dengan

digunakannya flow control maka dapat

juga digunakan load control. Load control

pada dasarnya adalah suatu alat yang

menyeimbangkan antara beban konsumen

dengan daya input hidrolik, dimana digunakan

ballast load sebagai kompensator sehingga

frekuensi dan tegangan generator stabil tanpa

merubah aliran yang masuk keturbin.

P Input = P konsumen + P ballast load

(P adalah Daya)

Perlu diingat bahwa load control (ballast) tidak

dapat menambah output daya pembangkit!

• Sistem Transmisi dan Distribusi

Pada umumnya lokasi power house sebuah

PLTMH terletak cukup jauh dari pusat beban

(konsumen). Oleh karena itu kebutuhan akan

sistem transmisi dan distribusi dalam hal

ini akan diperlukan. Sistem transmisi perlu

direncanakan dengan baik untuk memenuhi

kriteria teknis, keamanan dan aspek

ekonomi. Adapaun beberapa hal yang perlu

diperhatikan dalam merencanakan system

distribusi adalah sebagai berikut;

Gambar 5.36. Typical sistem transmisi dan distribusi listrik pada sebuah PLTMH

230

MODUL

5MIKROHIDRO


• Maksimum variasi tegangan yang

diijinkan dari tegangan tanpa beban dan

dan beban penuh

• Maksimum kehilangan daya yang

diijinkan

• Proteksi dari petir dan kerusakan lain

• Stabilitas struktur dalam keadaan angina

kencang (atau dalam temperature yang

ekstrim; panas, hujan)

• Keamanan untuk manusia dan pekerjaan

dekat dengan jaringan

Salah satu tujuan perencanaan sistem

transmisi adalah menemukan ukuran

konduktor yang sesuai, sehingga didapat

kehilangan daya dan perkiraan biaya yang

dibutuhkan.

Underground atau overhead

Jaringan overhead lebih banyak digunakan, karena dengan menggunakan udara sebagai isolasi kabel, kabel lebih murah serta biaya instalasi lebih sederhana dan mudah. Dibanyak negara berkembang kabel tanpa isolasi lebih banyak tersedia daripada kabel underground (bawah tanah).

Kabel tanpa isolasi lebih beresiko terhadap petir dan pohon yang tumbang. Daerah sepanjang jalur kabel harus bebas dari tumbuhan dan harus diperiksa secara periodik. Tiang listrik mungkin memiliki usia yang terbatas dan harus diganti mungkin sekitar 15 tahun sekali. Selain itu jaringan overhead kurang efisien daripada underground untuk ukuran konduktor yang ditentukan, hal ini karena jarak yang lebar antara konduktor meningkatkan

kerugian induktif.

Kabel underground harus disolasi dengan baik dan terlindungi dari pergerakan tanah, penggalian tanah, bangunan baru, dll. Sekali dipasang, seharusnya jaringan harus bekerja tanpa perawatan sampai material isolasi rusak, biasanya lebih lama dari 50 tahun. Perhitungan untuk jaringan overhead dan underground pada dasarnya sama. Tetapi implikasi biaya dan perawatan harus benar-benar diperhatikan. Berdasarkan pengalaman dan beberapa aspek teknis serta ekonomis, untuk di Indonesia lebih baik dipakai jaringan overhead (udara).

Tegangan tinggi atau tegangan rendah

Untuk transmisi tegangan tinggi dimana digunakan trafo untuk menaikan tegangan (step-up) dan trafo untuk menurunkan tegangan (step-down). Dengan tegangan yang lebih besar arus yang mengalir dalam konduktor lebih kecil sehingga dapat digunakan konduktor yang lebih kecil dimana harga akan lebih murah. Harga yang lebih murah untuk konduktor berlawanan dengan harga dua trafo yang dibutuhkan, satu pada awal jalur transmisi dan satu pada akhir jalur transmisi. Biaya dengan sistem tegangan tinggi tidak hanya trafo tapi juga perawatan trafo (pengecekan isolasi dan penggantian oli). Selain itu isolasi yang lebih mahal dibutuhkan untuk penempatan kabel pada penyangga tiang (support poles). Sebaliknya transmisi tegangan rendah tanpa trafo lebih mudah dibuat dan dirawat oleh masyarakat lokal.

Pada umumnya ditemukan bahwa


PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


jaringan transmisi tegangan rendah lebih ekonomis dari pada tegangan tinggi untuk jalur transmisi kurang dari 2 km. pada umumnya karena sistem yang jauh lebih sederhana, sistem tegangan rendah (LV) lebih dipilih bahkan untuk jarak yang lebih besar dari 2 km. bahayanya dengan jarak yang panjang adalah tegangan yang rendah pada ujung konduktor (voltage drop) untuk menghindari hal ini biasanya digunakan kabel yang lebih besar.

232

MODUL

5MIKROHIDRO


• TURBIN

Turbin terdiri dari runner yang terhubung ke shaft yang merubah energi potensial dalam air yang jatuh menjadi daya mekanikal atau daya shaft. kebanyakan kasus, listrik dibangkitkan, turbin disambungkan secara langsung ke generator atau disambungkan melalui roda gigi atau belt dan pulley, tergantung pada kecepatan yang dibutuhkan oleh generator. Pemilihan jenis turbin tergantung pada tinggi jatuh dan debit desain.

Pada pembangunan PLTMH, aliran sungai seringkali dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin. Untuk memanfaatkan potensi sungai dari sumbernya sampai ke ujungnya memerlukan tipe turbin yang berbeda

untuk setiap level sungai karena head dan debitnya yang berubah-ubah.

Pertanyaan-pertanyaan muncul ketika melihat interkoneksi antara turbin dan PLTMH yang dengan jelas menunjukkan kebutuhan spesifikasi turbin yang benar. Rincian berikut ini harus diketahui untuk penentuan layout pembangkit. tipe turbin yang tersedia peralatan untuk pemilihan tipe turbin

yang sesuai efisiensi turbin pada saat debit

puncak dan debit sebagian dimensi runner dan turbin kecepatan turbin kinerja turbin pada saat kondisi

beban sebagian, beban berlebih dan runaway

5.6. APLIKASI DAN KARAKTERISTIK TURBIN

Gambar 5.37. PLTMH sepanjang sungai (Potongan sungai Rhein, Jerman)

5.6. APLIKASI DAN KARAKTERISTIK TU

RBIN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Tipe Turbin

Terdapat disain turbin yang berbeda-beda yang tersedia di pasaran. Untuk instalasi PLTMH biasanya digunakan lima disain dasar yang berbeda.

Turbin Impuls:

(Hanya energi kinetik, yang berarti impuls dari pancaran air, dikonversikan di runner)

Turbin Pelton

Turbin Turgo

Turbin Cross flow

Turbin Reaksi

(energi kinetik dan tekanan dikonversi di runner)

- Turbin Francis (rumah spiral, saluran terbuka/open flume)

- Turbin Deriaz (turbin diagonal - jarang digunakan)

- Turbin Kaplan (turbin tubular, turbin tipe S, open flume, rumah spiral)

Terdapat banyak alasan teknis untuk variasi disain yang seperti ini: material yang tersedia (kekuatan

untuk menahan tekanan, erosi akibat kavitasi, aus)

kavitasi (diperlukan ketinggian pembangkit dari permukaan laut/altitude)

dimensi dan kecepatan turbin (kincir air yang efisien dengan diameter 8 m dapat digantikan dengan turbin cross flow dengan diameter 0.5 m)

kapasitas pabrikasi

Gambar 5.38. Contoh turbin Cross flow

234

MODUL

5MIKROHIDRO


Gambar 5.39. Turbin Impuls

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Gambar 5.40. Turbin Reaksi

236

MODUL

5MIKROHIDRO


Gambar 5.41. Contoh turbin Pelton

Gambar 5.42 . Contoh turbin Impuls Turbo


RBIN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Gambar 5.43. Contoh turbin Francis rumah spiral

238

MODUL

5MIKROHIDRO


Gambar 5.44. Contoh Francis open flume


RBIN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Gambar 5.45. Contoh turbin Kaplan open flume

Gambar 5.46. Contoh turbin Kaplan spiral housing

Gambar 5.47. Contoh turbin Propeller tubular

240

MODUL

5MIKROHIDRO


BATAS APLIKASI UNTUK TIPE TURBIN YANG BERBEDA

Setiap turbin memiliki aplikasi dengan batas spesifiknya masing-masing. Adalah mungkin, bahwa tipe turbin yang berbeda tersebut layak untuk sebuah pembangkit. Penawaran dari pabrikan yang berbeda harus dibandingkan dahulu. Dalam banyak kasus, pertimbangan ekonomi cukup menentukan dalam pemilihan turbin. Penentuannya tidak selalu jelas dan mudah dan memerlukan pengetahuan mengenai karakteristik spesifik turbin.

Terdapat sumber-sumber diagram dan rekomendasi aplikasi yang berbeda untuk memilih tipe turbin yang sesuai. Pabrikan turbin besar dan kecil menyajikan program pabrikasi turbin mereka pada diagram pemilihan.

CONTOH :

Tinggi jatuh air/Head perkiraan awal (Hr) = 40 m

Debit perkiraan awal (Qr) = 250 l/dtk

Dimungkinkan untuk menggunakan turbin cross flow komersial dan lokal, juga turbin Pelton (Turgo) atau turbin Francis.

Untuk aplikasi dengan output kurang dari 100 kW terdapat empat macam turbin berbiaya rendah yang biasanya digunakan dan diproduksi di Indonesia:

1. Turbin cross flow

Turbin ini mudah untuk dipabrikasi dan ditawarkan oleh banyak pabrikan (misalnya Ossberger dan Volk di Jerman). SKAT dan BYS (Nepal) mengembangkan disain berbiaya rendah dan mempublikasikannya (MHPG Publication Volume 3 dan 4) sekitar


RBIN

Gambar 5.48. Aplikasi untuk batasan umum dari tipe-tipe turbin air yang berbeda

(Sumber: MHPG Publication Volume 11)

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


tahun 1980. Beberapa turbin telah dibuat di Nepal dan di Indonesia. Pada tahun 1990 disain turbin yang disempurnakan dan lebih efisien yaitu Model T14/T15 dikembangkan dan sekarang digunakan.

CONTOH:

Head perkiraan awal (Hr) = 31 m

Debit perkiraan awal (Qr) = 497 l/dtk

Output P = 105 kW

Kecepatan putaran (n) = 750 1/min

Turbin ini dapat dihubungkan secara langsung ke generator sinkron dengan 8 kutub (n = 750 1/min)

2. Turbin pelton

Permasalahan dalam produksi turbin Pelton adalah bentuk runner yang kompleks. Rumah turbin dan nozzlenya mudah untuk dipabrikasi.

Buku Panduan SKAT/MHPG Vol. 9 menjelaskan disain turbin Pelton kecil yang menggunakan bucket standard hasil pabrikasi. Gambar 53 menunjukkan batasan aplikasi untuk turbin Pelton mikro tersebut hingga 50 kW.

CONTOH:

Hr = 96 m

Qr = 20 l/s

Output pada efisiensi 60% P = 10 kW

Gambar 5.49. Batas aplikasi Turbin Cross Flow T15 dengan diameter 300 (sumber: ENTEC)

242

MODUL

5MIKROHIDRO


3. Turbin propeller open flume

Pengembangan turbin terbaru untuk head rendah di Indonesia telah dimungkinkan untuk memproduksi turbin propeller open flume untuk head rendah (di bawah 6 - 7 m)

Gambar 5.51. Turbin propeller open flume di Indonesia tahun 2006

4. Pompa yang digunakan sebagai turbin (PAT)

Pompa dapat dioperasikan seperti turbin dengan efisiensi yang bagus jika tidak diperlukan adanya peraturan mengenai debit. Buku Panduan MHPG Volume 11 menjelaskan teknologi ini dan pemilihan pompa yang sesuai. Gambar di bawah ini menampilkan batasan aplikasi dari tipe pompa berbeda yang digunakan sebagai turbin.

Kekurangan dari solusi berbiaya rendah ini adalah bahwa debit tidak dapat diatur dan tidak mungkin beroperasi dengan beban sebagian misalnya pada saat musim kemarau (Lihat MHPG series Vol. 11 Pumps as turbines).

Gambar 5.50. Batasan aplikasi dari turbin Pelton mikro (Sumber: Buku panduan SKAT/MHPG Vol. 9)


RBIN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Head (m) D= 125 mm D= 200 mm D= 300 mm D= 430 mm

2 m 26 l/s 290 W 67 l/s 700 W 150 l/s 1680 W 300 l/s 3400 W

3 m 36 l/s 600 W 92 l/s 1500 W 207 l/s 3450 W 425 l/s 7150 W

4 m 45 l/s 1000 W 117 l/s 2600 W 260 l/s 5850 W 535 l/s 12000 W

5 m 140 l/s 3850 W 310 l/s 8700 W 640 l/s 17500 W

6 m 160 l/s 5400 W 360 l/s 1200 W 740 l/s 24500 W

Gambar 5.52. Batasan aplikasi turbin propeller open flume di Indonesia tahun 2006

Gambar 5.53. Batasan umum dari aplikasi pompa yang digunakan sebagai turbin (sumber MHPG Publication Volume 11)

CONTOH:Hr = 40 m , Qr = 50 l/s

Pompa dengan aliran radial tahap tunggal dapat dijadikan solusi. Metode pemilihannya berdasarkan pada spesifikasi pompa dari supplier seperti diuraikan dalam Manual MHP “PAT: Pumps as Turbines (Pompa sebagai Turbin)” pada dasarnya faktor head dan debit menentukan dalam pemilihan pompa yang sesuai dari katalog pabrikan.

244

MODUL

5MIKROHIDRO


Dalam pelaksanaan proyek mikro hidro, sedapat mungkin untuk memaksimalkan kontribusi lokal dalam pelaksanaan dan operasionalnya. seperti teknologi lokal, peralatan lokal, material lokal, dan tenaga kerja lokal. Setiap masukan dan kontribusi asing dibutuhkan pertimbangan khusus terutama kemampuan masyarakat desa untuk mengoperasikan dan keberlanjutan pengoperasian peralatan. Ketersediaan suku cadang dalam negeri dan teknisi yang menguasai pengoperasian, perawatan dan perbaikan jika terjadi kerusakan pada alat merupakan suatu hal yang sangat penting jika peralatan dan komponen didatangkan dari luar negeri.

Untuk operasional yang berkelanjutan, hal yang sangat penting untuk masyarakat pengguna merasa akrab dan mengenal system yang merupakan ‘milik’ mereka. Penghargaan mereka terhadap keberadaan listrik dan kesadaran akan kewajiban yang harus dilakukan dapat dibangun dengan memberikan kesadaran memiliki dalam masyarakat. Hal ini dapat dilakukan dengan melibatkan peran serta masyarakat lokal, seperti pada tahap implementasi proyek. Setiap komponen asing dapat diterima,

jika dapat dioperasikan, diperbaiki dan diganti secara lokal. Jika hal tersebut tidak memungkinkan, maka diperlukan peninjauan ulang dari desain yang diusulkan.

Sebelum tahap konstruksi dilaksanakan ada beberapa hal yang harus diselesaikan, sehingga tidak menghambat pekerjaan dan proyek dikemudian hari, yakni:

1. desain dan gambar final serta anggaran biayanya

2. ijin penggunaan tanah dari pemilik yang bersangkutan

3. ijin penggunaan air

4. perjanjian jual beli listrik dengan PLN jika itu interkoneksi dan kesepakatan harga tariff dengan pengguna untuk sistem off grid

5. ijin mendirikan bangunan dari pemerintah setempat

6. kajian dampak lingkungan dan sosial

7. kontrak perjanjian kerja dengan kontraktor

8. ijin-ijin lainnya

5.7. IMPLEMENTASI, OPERASI, PERAWATAN DAN MANAJEMEN PLTMH

5.7. IMPLEM

ENTASI, O

PERASI, PERAWATAN

DAN M

ANAJEM

EN PLTM

H

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


• PEMBUATAN PERALATAN ELEKTRO-MEKANIKAL

Pemilihan dan spesifikasi teknis peralatan dan komponen pembangkit biasanya dilakukan pada proses feasibility study dan perencanaan detail. Dalam proses ini spesifikasi dari peralatan elektro-mekanik harus sudah ditentukan. Pemilihan dan desain teknis disesuaikan dengan kondisi lokasi dan karakterisitik operasional system yang dikehendaki, misalnya sistem otomatis atau manual, flow atau load control dll.

Berdasarkan kondisi lapangan maka akan dapat ditentukan jenis turbin yang sesuai dengan debit dan head yang tersedia. Setelah jenis turbin diketahui, langkah berikutnya adalah menentukan spesifikasi teknis turbin tersebut, seperti kecepatan, torsi, dimensi dll. Perhitungan seperti ini harus dilakukan dengan teliti dan dapat menghubungi ahli atau pihak manufaktur yang berpengalaman dalam hal ini. Jika semua aspek teknis dan desain telah siap, hubungi pihak manufaktur turbin untuk mendapatkan penawaran harga dan kesepakatan lainnya. Baiknya untuk menghubungi lebih dari satu pabrikan untuk membandingkan harga dan kelebihan lain yang ditawarkan masing-masing pabrikan. Selain harga yang kompetitif, perlu diperhatikan juga kualitas pekerjaan dan waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan pekerjaan. Hal ini sangat penting untuk pengaturan jadwal pekerjaan dengan bagian yang lain. Suatu hal yang perlu dipertimbangkan

adalah pemilihan pabrikan lokal untuk mensuplai peralatan yang kita butuhkan. Hal ini mengingat alasan pemberdayaan masyarakat lokal dan juga alasan biaya, dimana akan diperlukan biaya tambahan untuk transport dari luar negeri dan biaya bea cukai jika peralatan didatangkan dari luar negeri.

• MANAJEMEN KONSTRUKSI DI LAPANGAN

Manajemen konstruksi dilakukan oleh kontraktor pelaksana dan diawasi oleh pihak konsultan maupun pemilik langsung proyek. Manajemen disini bertujuan untuk memenuhi prosedure dan standard yang ditentukan dan untuk menyelesaikan tahap konstruksi secara ekonomis dan aman sesuai dengan desain teknis dan periode waktu yang telah ditentukan. Untuk meyakinkan kualitas kerja, fungsi dan pengontrolan kemajuan pekerjaan (progress), pihak kontraktor biasanya membuat rencana konstruksi (jadwal). Pengecekan dilakukan pada pertengahan tahap konstruksi apakah pelaksanaan sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan, buat koreksi jika pekerjaan terlambat, dan diuji apakah kualitas pekerjaan sesuai dengan standard yang ditetapkan. Catat semuanya dalam jadwal konstruksi yang dibuat. Dari sini akan terlihat sejauh mana kemajuan proyek berlangsung, juga akan diperlukan dalam pelaporan kepada pihak yang berkepentingan.

246

MODUL

5MIKROHIDRO


PARTISIPASI MASYARAKAT

Proyek PLTMH pada umumnya terletak didaerah terpencil, dimana akses transportasi dan fasilitas komunikasi sangat terbatas. Selain itu orang luar maupun pemerintah tidak mempunyai kepentingan secara langsung terhadap keberadaan PLTMH tersebut. Oleh karena itu kemandirian dan partisipasi masyarkat dalam menjaga keberlangsungan sebuah proyek PLTMH sangat berperan penting. Partisipasi masyarakat setempat dimulai dari tahap perencanaan dimana mereka dilibatkan melalui sosialisasi dengar pendapat dan tanya jawab mengenai segala sesuatu menyangkut keberadaan PLTMH di daerah mereka. Masukan dan saran dari masyarakat pada tahap perencanaan harus dimasukan sebagai pertimbangan yang sangat berharga dalam pembangunan dan operasional PLTMH serta keberlanjutannya dikemudian hari.

Partisipasi masyarakat dalam tahap perencanaan, pembangunan serta operasional PLTMH merupakan suatu kunci pokok dalam keberhasilan proyek secara umum. Salah satu tujuan dari

metode ini adalah untuk menumbuhkan rasa memiliki dalam diri masyarakat. Semakin banyak mereka terlibat dengan aktif, secara psikologi masyarakat akan merasa dekat dan akrab dengan PLTMH sehingga diharapkan mampu menunjang keberlanjutan PLTMH tersebut. Hal ini berdasarkan bahwa masyarakat setempat adalah pengguna akhir dari PLTMH, merekalah yang sehari-harinya akan berurusan dan berhubungan langsung dengan operasionalnya PLTMH. Parisipasi masyarakat dalam pembangunan dapat berupa tenaga, material atau bahkan dana tambahan jika ada kekurangan dari budget yang dianggarkan.

• INSTALASI DAN KOMISIONING

Pekerjaan instalasi dan konstruksi dimulai dari bangunan sipil. Konstruksi sipil harus dibuat sesuai dengan standard desain yang diberikan oleh perencana. Pengawasan selama masa konstruksi harus dilakukan secara berkala untuk menjaga kualitas pekerjaan sesuai dengan standard dan memantau kemajuan pekerjaan. Instalasi

Gambar 5.54. partisipasi masyarakat dalam pembangunan PLTMH

5.7. IMPLEM

ENTASI, O

PERASI, PERAWATAN

DAN M

ANAJEM

EN PLTM

H

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


peralatan mekanik dan komponen pendukungnya merupakan suatu hal yang memerlukan akurasi dan ketelitian tinggi. Pengalaman dan pengetahuan yang memadai dalam hal ini sangat diperlukan. Sebagai contoh balancing dari tubin dan alignment generator dengan turbin diperlukan alat dan orang yang memang ahli dalam bidangnya.

Jika semua pekerjaan konstruksi dan instalasi telah selesai dilakukan, langkah berikutnya adalah komisioning. Pengertian komisioning sendiri cukup beragam untuk aplikasi yang berbeda, dalam hal ini komisioning diartikan sebagai persiapan akhir dan pengujian system. Tujuannya adalah memastikan segala sesuatu telah siap dan aman untuk dioperasikan. Prosedur komisioning untuk setiap pembangkit pada umumnya berbeda, hal ini tergantung pada kompleksitas sistem yang digunakan. Berikut diberikan contoh format komisioning

• OPERASI DAN PERAWATAN

Seperti halnya fasilitas utility dan pembangkit energi lain, PLTMH juga memiliki standard operasi dan perawatan. Hal ini bertujuan untuk menjaga keandalan dan kesinambungan operasional pembangkit sesuai dengan prosedur dan standard yang telah ditetapkan. Dalam operasi dan perawatan, pihak manajemen maupun operator harus mengerti hal-hal berikut;

Operator harus melaksanakan operasi dan perawatan pembangkit dengan efisien sesuai

dengan manual, peraturan dan standard yang diberlakukan. Baik itu oleh pihak pabrikan maupun pengelola.

Operator harus terbiasa dan mengenali semua komponen pembangkit beserta fungsi – fungsinya.

Operator harus selalu memeriksa kondisi fasilitas dan alat-alat pembangkit. Ketika dia menemukan suatu kerusakan atau keganjilan dia harus melaporkan kepada orang yang bertanggungjawab dan mengatasinya jika dianggap mampu.

Operator harus mencoba untuk mencegah segala macam kerusakan dan kecelakaan. Dilakukan dengan tindakan pencegahan berupa perawatan dan penyediaan fasilitas pencegah kecelakaan.

Manual petunjuk operasi dan perawatan untuk setiap pembangkit mikro hidro harus disiapkan sebelum pembangkit mulai beroperasi. Selain itu training untuk operator juga perlu dilaksanakan sehingga mereka benar-benar siap untuk diserahi segala kewajiban dan tanggungjawab dalam mengoperasikan dan merawat pembangkit.

248

MODUL

5MIKROHIDRO


OPERASI PEMBANGKIT

Operasional sebuah pembangkit mikro hidro tidak hanya membangkitkan energi listrik yang memutar generator. Tetapi juga untuk mengontrol fasilitas dan peralatan pembangkitan lainnya dan mensuplai energi listrik ke konsumen pada kondisi yang stabil dan memastikan semua komponen dalam kondisi yang baik.

Karena peralatan dan fasilitas pembangkit yang dipasang tergantung pada kondisi lokasi dan dana yang tersedia, ada beberap cara yang beragam untuk operasional sebuah pembangkit mikrohidro. Pada kasus dimana pembangkit dilengkapi pengontrol beban otomatis, maka operator tidak harus selalu mengontrol setiap saat peralatan tetapi dilakukan lebih periodik dan pada saat tertentu saja, misalnya starting, stopping dan emergency. Sedangkan untuk pembangkit yang lebih canggih dimana stoping dilakukan dengan otomatis keberadaan operator di power house tidak terlalu diperlukan secara tetap dan terus menerus.

Dalam kebanyakan kasus mikrohidro untuk listrik pedesaan, dimana dana yang tersedia terbatas, kadang sistem proteksi dan control otomatis ditiadakan. Oleh karena itu pada umumnya keberadaan operator di power house sangat diperlukan untuk mengantisipasi perubahan beban dan masalah yang mungkin terjadi.

PERAWATAN

Dalam operasional sebuah PLTMH sangat perlu untuk diketahui mengenai hal-hal dasar yang terkait dengan tata cara pengoperasian, perawatan dan perbaikan sistem secara menyeluruh. Hal ini diperlukan untuk dapat mengatasi masalah yang mungkin timbul serta perawatan sistem PLTMH secara mandiri oleh operator yang ditugaskan maupun masyarakat secara umum sebagai pengguna. Adapun hal-hal pokok yang perlu diperhatikan dalam opersional dan perawatan sebuah PLTMH adalah sebagai berikut :

BANGUNAN SIPIL

Bangunan sipil mempunyai beberapa bagian penting yang perlu diperhatikan pemeliharaannya untuk memastikan lancarnya operasional dan kesinambungan suplai air ke pembangkit. Adapun bagian-bagian penting yang perlu diperhatikan adalah :

BENDUNGAN DAN INTAKE

Periksa sisi bendungan dan intake dari gerusan air, terutama pada musim hujan untuk menghindari kebocoran dan retaknya bendungan

Pastikan level permukaan air dalam kondisi yang aman (tidak berlebihan ataupun kurang terisi)

Tambahkan pelumas pada roda gigi dan ulir pintu air sebulan sekali

Gunakan kunci pengaman pada pemutar pintu air jika sedang tidak digunakan untuk mencegah orang

5.7. IMPLEM

ENTASI, O

PERASI, PERAWATAN

DAN M

ANAJEM

EN PLTM

H

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


yang iseng.

Kuras bendungan 1-2 bulan sekali untuk menghindari penumpukan sedimen dan kotoran.

bersihkan sampah dan kotoran yang menyumbat saringan untuk memperlancar jalan masuk air secara rutin (minimal 1 hari sekali)

lakukan pengurasan intake untuk menghindari terjadinya penumpukan sedimen dan penyumbatan

BAK PENGENDAP PASIR

dalam bak pengendap terjadi perlambatan laju air sehingga partikel-partikel dengan ukuran kecil akan mengalami pengendapan didasar kolam sehingga sangat penting untuk melakukan pengurasan secara teratur, untuk menghindari pendangkalan dan penumpukan sedimen yang nantinya dapat menghambat aliran air dan merusak turbin jika sampai masuk pipa pesat.

SALURAN PEMBAWA

Pemeriksaan akan terjadinya kebocoran sepanjang saluran pembawa

Periksa kondisi tanah disekitar saluran pembawa dari kemungkinan longsor terutama pada musim hujan

Pembersihan saluran dari rumput dan tumbuhan yang menghalangi laju aliran air sepanjang saluran

Lakukan penyemenan ulang jika ditemukan kebocoran dan keretakan pada badan saluran

BAK PENENANG

Periksa level permukaan air dalam kondisi yang aman (tidak melebihi batas minimum dan maksimum yang diperbolehkan)

Pastikan tidak ada sampah dan kotoran dalam bak penenang yang dapat terbawa masuk kedalam pipa pesat dan turbin

Bersihkan saringan secara rutin

Periksa akan adanya kebocoran dan keretakan pada bak penenang. segera lakukan perbaikan jika diperlukan!

Bersihkan bak penenang secara berkala, terutama untuk menghindari penumpukan sedimen didasar kolam

PIPA PESAT (PENSTOCK)

Periksa penstock akan kemungkinan terjadinya kebocoran pada sambungan maupun maupun pada badan pipa

Periksa baut dan sekrup pada sambungan dan dudukan penstock (anchor) untuk menghindari kelonggaran dan pergeseran posisi

Periksa kondisi tanah, pastikan tidak terjadi longsor atau pergerakan disekitar penstock dan dudukannya

Lakukan pengecatan pada penstock paling lama tiga tahun untuk menghindari kerusakan akibat perkaratan

RUMAH PEMBANGKIT

Bersihkan lantai dan dinding power house dari sampah dan kotoran minimal setiap hari

250

MODUL

5MIKROHIDRO


Bersihkan peralatan dan perlengkapan dalam power house seperti turbin, generator, dan panel.(hatai-hati jangan menyentuh bagian yang ada tegangan!!!matikan pembangkit jika perlu)

Periksa tebing sekitar dan potong rumput sekitar power house

Periksa saluran pembuangan turbin (tailrace) bersihkan jika ada lumpur dan sampah

Periksa atap power house dari kebocoran, terutama pada musim hujan dimana air dapat berbahaya jika membasahi panel dan peralatan listrik lainnya.

TURBIN DAN KELENGKAPANNYA

pada turbin terjadi perubahan energi, dimana air bertekanan tinggi menumbuk sudu-sudu turbin dan merubahnya menjadi energi mekanik (putaran). Turbin dan kelengkapannya harus dijaga dan dirawat untuk dapat menjamin kelancaran operasional PLTMH. Adapun hal-hal yang perlu diperhatikan antara lain adalah :

Periksa mur dan baut yang ada pada turbin! Pastikan dalam keadaan kencang

Berikan pelumas/grease secara teratur (2-3 minggu sekali) pada bagian-bagian yang berputar dan ulir, terutama bearing dan guide vane dengan spesifikasi yang dianjurkan oleh pembuat/manufaktur

Cek dan bersihkan bagian dalam turbin secara berkala 3-6 bulan sekali. Pastikan tidak ada benda padat yang

masuk ke dalam turbin.

Bersihkan bagian luar turbin dari kotoran dan air untuk mencegah perkaratan

Periksa kondisi bagian-bagian turbin apakah terjadi pemanasan berlebihan, posisi yang janggal atau suara bising yang berlebihan.

Periksa baut pengunci pulley (transmisi mekanik) kencangkan jika terasa longgar, jaga belt agar tidak terkena grease atau air

Kontrol tingkat ketegangan belt tiga bulan sekali, kencangkan atau kembalikan kekondisi semula jika kendor. Belt yang terlalu kendor akan menyebabkan slip dan belt yang terlalu kencang akan menyebabkan bearing generator cepat rusak

GENERATOR

Generator merupakan alat yang merubah energi mekanik putaran dari turbin menjadi energi listrik. Generator dapat dihubungkan langsung dengan turbin atau melalui perantara sabuk transmisi (belt). Adapun hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pemeliharaan generator adalah sebagai berikut :

Periksa baut dan mur, pastikan dalam keadaan kencang

Kontrol generator setiap hari untuk tingkat pemanasan yang berlebihan. Badan generator boleh hangat, tetapi jika telapak tangan tidak dapat diletakan dengan santai diatas permukaan hal itu sudah di luar kewajaran.

5.7. IMPLEM

ENTASI, O

PERASI, PERAWATAN

DAN M

ANAJEM

EN PLTM

H

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Periksa akan adanya kebisingan, getaran yang berlebihan dari generator dan bau yang tidak normal

Bersihkan ventilasi dan kipas generator dari kotoran dan debu (pada saat sistem berhenti)

Periksa tingkat ketegangan sabuk transmisi (belt), kencangkan jika terasa kendor dengan menggeser posisi roda gila

Generator menghasilkan tegangan dan arus listrik yang berbahaya bagi keselamatan manusia. Jangan menyentuh atau mengubah hubungan listrik pada saat generator bekerja!

PANEL KONTROL DAN SWITCH

Kontrol elektrik merupakan bagian yang mengontrol energi listrik dari generator dan beban untuk memastikan bahwa listrik tersebut memenuhi standar yang diharapkan (tegangan, frekuensi arus, dll) serta mendistribusikannya dengan aman ke konsumen melalui kabel transmisi dan distribusi.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam menangani dan merawat kontrol elektrik ini adalah sebagai berikut :

Pada saat pemeriksaan pastikan pembangkit dalam keadaan berhenti

Periksa sambungan dan ikatan kabel, kencangkan bila longgar dan perbaiki/ganti jika terjadi kerusakan

Bersihkan panel dari kotoran dan debu. Pastikan tidak ada air yang dapat masuk kedalam rangkaian panel

Bersihkan tangki ballast, pastikan air tersedia dengan cukup

Kontrol kabel pentanahan apakah masih tersambung dengan baik pada kotak metal, badan generator, penstok dan komponen logam lainnya.

JARINGAN TRANSMISI DAN DISTRIBUSI

Jaringan transmisi dan distribusi digunakan untuk menghantarkan energi listrik ke konsumen yang biasanya pada tegangan rendah (220/380 V). Jaringan distribusi pada umumnya terdiri dari empat kabel, 1 netral dan 3 line yang masing mempunyai tegangan sama (jika beban seimbang). Hal-hal yang dapat dilakukan untuk memelihara jaringan distribusi adalah :

Pemeriksaan sepanjang jaringan dari gangguan yang diakibatkan oleh tumbuhan. Seperti pohon roboh dan ranting yang menghalangi jaringan distribusi terutama jika menggunakan kabel telanjang.

Periksa kerusakan yang mungkin terjadi pada tiang penyangga kabel akan adanya kemungkinan roboh, keropos dll.

Periksa kabel-kabel penghantar terhadap kemungkinan kendor atau putus. Ganti jika dianggap perlu dengan jenis yang sama

Kontrol secara berkala sambungan keperumahan/konsumen. Pastikan masih bagus, tidak ada pencurian daya dan instalasi ilegal.

252

MODUL

5MIKROHIDRO


• MANAJEMEN DAN PENGELOLAAN PLTMH

Manajemen dan pengelolaan PLTMH merupakan salah satu kunci keberhasilan dari suatu proyek PLTMH. Dengan manajeman dan pengelolaan yang baik, keberlanjutan (sustainability) PLTMH dapat dijaga. Merupakan suatu kewajiban dari pihak pembangun proyek untuk juga mempersiapkan aspek kelembagaan dan pengelolaan PLTMH setelah tahap konstruksi.

Sebelum pembentukan organisasi dan pengelola PLTMH dibuat, hal-hal berikut ini perlu diperjelas dan dimusyawarahkan dengan masyarakat;

1. Organisasi

organisasi untuk pengelolaan PLTMH harus dibuat dulu

2. Sistem manajemen

system amanjemen harus dibuat dengan jelas. Hal ini termasuk tugas dan kewajiban masing masing pengurus yang ada dalam strukutr organisasi, hubungan dan komunikasi antar anggota dan system pengambilan keputusan

3. Sistem akunting

pola dan system akunting harus dibuat untuk memudahkan dalam pengaturan keuangan. System akunting termasuk system tariff, cara pembayaran, book keeping, administrasi, pengaturan keuangan, rekening bank, dll.

4. Peraturan

peraturan dalam hal ini dapat dituangkan dalam bentuk AD/ART yang isinya telah disosialisasi dan dimusyawarahkan dengan masyarakat. Peraturan ini sebagai dasar berjalannya organisasi, dimana memuat hak dan kewajiban, peraturan pelaksanaan, sanksi dll.

5.8. RING

KASAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


5.8 RINGKASAN

Teknologi air sebagai pembangkit tenaga air skala kecil adalah salah satu teknologi pemanfaatan energi yang handal dan hemat biaya, yang dapat dijadikan sebagai pertimbangan dalam penyediaan energi yang ramah lingkungan. Kebanyakan PLTMH dirancang sebagai sistem “run off the river”, yang berarti tidak diperlukan dam yang besar di sungai, tetapi hanya struktur saluran pengalihan aliran air biasa. Tenaga air didefinisikan sebagai energi yang dibangkitkan dari energi potensial atau energi kinetik air. Biasanya energi kinetik atau energi potensial air dikonversikan menjadi energi listrik, melalui alat konversi (turbin dan generator) yang kemudian di distribusikan menuju konsumen akhir.

Walaupun ada sejumlah definisi yang berbeda, klasifikasi PLTMH berdasarkan standar UNIDO yaitu: Pico Hydro untuk kapasitas <500 W; Micro Hydro untuk 500 W – 100 kW; Mini Hydro untuk 100 kW – 1 MW; Small Hydro untuk 1 MW – 10 MW; dan Full-scale Hydro >10 MW.

Kapasitas atau ouput daya elektrik (Pel ) diperoleh dari persamaan :

totalnel HgQP ηρ ××××=

dengan Q = debit (m3/s); ρ = kekentalan air; g = gaya gravitasi; Hn = tinggi jatuh bersih (m); ɳ = keseluruhan efisiensi dari peralatan (%)

Sebuah PLTMH terdiri dari empat sistem utama, antara lain : 1) sistem hidrolik yang terdiri dari : intake, saluran pelimpah

(spillway), bak pengendap pasir (desilting chamber/sandtrap), saluran pembawa (headrace), bak penenang (forebay), pipa pesat (penstock), turbin; 2) sistem pembangkitan (generator dan juga switchgear); 3) beban/sistem konsumen (peralatan listrik); dan 4) sistem kontrol (yang mensesuaikan output sistem sesuai dengan beban konsumen, sehingga tegangan dan frekuensi dari listrik yang dibangkitkan tetap konstan pada nilai standar).

Komponen sipil utama antara lain: Bendung pengalihan / Diversion weir, lubang intake / Intake orifice , Pintu intake / Intake gate , Bak pengendap pasir / Settling basin – sandtrap , Saluran pembawa / Headrace channel , Pelimpah dan saluran pelimpah / Spillway and spillway channels, Bak penenang / Forebay, Pipa pesat / Penstock , Rumah pembangkit / Powerhouse, Tailrace channel / Saluran pembuang.

Peralatan elektro-mekanikal adalah semua peralatan yang sebenarnya dipergunakan untuk merubah energi air menjadi listrik. Peralatan utamanya terdiri dari : Turbin, Transmisi mekanik (drive system), Sistem kontrol (flow control), generator. Tipe turbin yang umum digunakan yaitu turbin cross flow, turbin pelton, turbin propeller open flume, dan pompa yang digunakan sebagai turbin (PAT).

Proses perencanaan sistem PLTMH baik itu untuk proyek baru maupun rehabilitasi, biasanya terdiri dari beberapa tahap. Isi sebenarnya dari setiap tahap pada dasarnya hampir sama. Kedalaman topik dan akurasi dari investigasi, analisis dan

254

MODUL

5MIKROHIDRO


perencanaan saja yang lebih meningkat pada setiap tahapnya. Tahap pertama yaitu Desk study (kadang – kadang disebut sebagai masterplan); tujuannya adalah untuk mempelajari dan mengenal kondisi fisik, hidrologi, dan keadaan sosio-ekonomik wilayah proyek tanpa harus mengunjungi lokasi, tetapi menggunakan peta, data hidrologi dan data statistik lain yang telah tersedia (demograpi, dll). Tahap kedua adalah Kunjungan singkat; tahap ini biasanya berupa kunjungan singkat ke lokasi yang diusulkan untuk membuktikan temuan yang didapat dalam tahap desk study. Tahap ketiga yaitu Pre-Feasibility Study; biasanya dilaksanakan untuk menentukan lokasi yang cocok dan paling memenuhi syarat (teknis dan non teknis) dari beberapa lokasi yang diusulkan, yang nantinya akan dibutuhkan pengembangan dan investigasi lebih lanjut. Tahap keempat adalah Feasibility Study (Studi Kelayakan); dalam tahap ini dinilai apakah implementasi PLTMH dari lokasi yang diajukan dikehendaki atau tidak. Tahap kelima adalah Detailed design; tahap persiapan layout skema pembangkit secara detail, gambar saluran dan struktur sipil, desain peralatan elektro mekanik, sistem transmisi dan distribusi listrik.

Data dan informasi yang dibutuhkan untuk penilaian awal sebuah proyek tenaga air skala kecil, antara lain : Debit dan head yang tersedia, peta topografi yang menunjukkan daerah tangkapan lokasi proyek, Keadaan iklim secara umum dan kondisi-kondisi hidrologi, Kebutuhan beban di lokasi proyek (load demand),

Akses ke lokasi proyek (transport, komunikasi, dll). Biaya konstruksi di lokasi proyek (secara umum). Selanjutnya perlu dilakukan penilaian sosial ekonomi untuk menganalisa terhadap kemungkinan dampak-dampak (positif dan negatif) dari keberadaan PLTMH terhadap penduduk lokal. Penilaiannya meliputi kondisi sosial-ekonomi proyek, tipe konsumen dan perkiraan permintaan, serta pendapatan, kemampuan dan kemauan untuk membayar.

Dalam pelaksanaan proyek mikro hidro, sedapat mungkin memaksimalkan kontribusi lokal dalam pelaksanaan dan operasionalnya, seperti teknologi lokal, peralatan lokal, material lokal, dan tenaga kerja lokal. Ketersediaan suku cadang dalam negeri dan teknisi yang menguasai pengoperasian, perawatan dan perbaikan jika terjadi kerusakan pada alat merupakan suatu hal yang sangat penting jika peralatan dan komponen didatangkan dari luar negeri. Pemilihan dan spesifikasi teknis peralatan dan komponen pembangkit biasanya dilakukan pada proses feasibility study dan perencanaan detail.

Pekerjaan instalasi dan konstruksi dimulai dari bangunan sipil. Konstruksi sipil harus dibuat sesuai dengan standard desain yang diberikan oleh perencana. Instalasi peralatan mekanik dan komponen pendukungnya merupakan suatu hal yang memerlukan akurasi dan ketelitian tinggi. Pekerjaan instalasi listrik merupakan hal yang paling sensitif dan beresiko. Untuk melaksanakan pekerjaan ini sebaiknya dilakukan oleh ahli yang berpengalaman.

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


Jika semua pekerjaan konstruksi dan instalasi telah selesai dilakukan, langkah berikutnya adalah komisioning. Dalam hal ini komisioning diartikan sebagai persiapan akhir dan pengujian system.

Adapun hal-hal pokok yang perlu diperhatikan dalam opersional dan perawatan sebuah PLTMH adalah bangunan sipil, turbin dan kelengkapannya, generator, panel control dan switch, serta jaringan transmisi dan distribusi. Manajemen dan pengelolaan PLTMH yang baik merupakan salah satu kunci keberhasilan keberlanjutan (sustainability) PLTMH. Hal-hal yang perlu diperhatikan yaitu organisasi, sistem manajemen, sistem akunting, dan peraturan.


1. Vieweg (1989), Civil Engineering Hydraulics, R.E. Featherstone & C. Nalluri

2. E.F. Brater, H.W. King, J.E. Lindell (1996), Handbook of Hydraulics for the Solution of Hydraulic Engineering Problems, Mc Graw Hill

3. Anonim (2005), Hydropower and Dams World Atlas

4. Adam Harvey (1993), Micro-hydro Design Manual – A guide to small scale water power schemes, Intermediate Technology Publications

5. Allen R. Inversin (1986), Micro-Hydropower Sourcebook, A Practical Guide to Design and Implementation in Developing Countries, NRECA International Foundation, Washington D.C.

6. H. Lauterjung and G. Schmidt (1984), Planning of Intake Structures, Ernst and Sohn

7. Rolf Widmer and Alex Arter (1992), Village Electrification, MHPG Series, Volume 5

8. J. Gieseke and E. Mosonyi (2003), Wasserkraftanlagen, Planung, Bau und Betrieb, Springer.

9. E. Mosonyi (1987), Low-Head Power Plants, Water Power Development, Volume 1, Akademiai Kiado, Budapest

10. E. Mosonyi (1991), High-Head Power Plants, Water Power Development, Volume 2 A & B, Akademiai Kiado, Budapest

256

MODUL

5MIKROHIDRO


11. Pusat Pengembangan Penataran Guru Teknologi (PPPGT) Bandung dan PT. Entec Indonesia (2010), Introduction Of Renewable Energy Lesson Modules At The Technical Schools In Indonesia, Bandung.

12. ESMAP-The World Bank (2000), Mini-Grid Design Manual

13. Published by the European Commission (1994), Layman’s guidebook on how to develop a small hydro site

14. CANMET Energy Technology Centre (CETC), Canada (2004), Micro-Hydropower Systems: A Buyer’s Guide

15. The British Hydropower Association (2005), A Guide to UK Mini-Hydro Developments

16. Underpinning the Millenium Goals, DFID (2002), Energy for the Poor

17. http:// www.wikipedia.org

18. http://www.howstuffworks.com/

19. http://microhydropower.net/

20. http://www.hydroquebec.com/en/

21. Gittinger, J. (1984), Price: Economic Analysis of Agricultural Project, The World Bank

22. Fritz, J. Jack (1984), et al: Economic and Financial Feasibility, in: Small and Mini Hydropower Systems, Chapter 11, McGraw-Hill

23. Fink, H., and Oelert G. (1985), A Guide to the Financial Evaluation of Investment Projects in Energy Supply, GTZ

24. Goldsmith, Kurt (1993), Economic and Financial Analysis of Hydropower Projects, in: Hydropower Development, Volume 6, Norwegian Institute of Technology,

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO





1. Berdasarkan standar UNIDO, klasifikasi pembangkit listrik tenaga air berkapasitas 500 W – 100 kW dinamakan:a. Piko hidrob. Mikro hidroc. Mini hidrod. Small hidro

2. Di bawah ini yang berpengaruh langsung terhadap besarnya output daya listrik, kecuali:a. Tinggi jatuhb. Massa airc. Debit aird. Efisiensi peralatan

3. Jika daya hidrolik yang diperoleh sebesar 60 kW, tinggi jatuh 100 m, dan efisiensi peralatan 50%, maka output daya listrik sebesar: a. 30 kWb. 120 kWc. 3000 kW d. 50 kW

4. Yang tidak termasuk sistem hidrolik pada pembangkit listrik tenaga air adalah : a. Intake b. Bak penenangc. Turbind. Rumah pembangkit

5. Yang berfungsi mengalihkan air kembali ke sungai setelah melalui turbin adalah:a. Diversion weirb. Headrace channelc. Tailrace channeld. Spillway channel

6. Jenis transmisi mekanik dari turbin ke generator yang umum digunakan, kecuali :a. Sambungan langsung b. Belt drivec. Chaind. Gearbox

7. Pada system transmisi dan distribusi listrik, untuk jaringan besar maka transformasi ke tegangan tinggi (HV) harus dilakukan supaya :a. Mengantisipasi putusnya kabel

transmisib. Mengurangi kehilangan daya di

perjalananc. Menghemat biaya listrikd. Mempercepat distribusi listrik

8. Sistem pembangkit tenaga listrik tenaga mikro hidro yang umum digunakan, kecuali :a. Sistem run off the riverb. Sistem penampunganc. Sistem air terjun d. Pumped storage power plant

9. Kriteria yang perlu dipenuhi agar MHP dianggap menarik secara teknis:a. Tekanan tinggi jatuh >20 mb. Rasio tinggi jatuh air dengan panjang

saluran adalah 10%c. Jarak rumah pembangkit ke pusat

beban kurang dari 5 km per 100 kW

258

MODUL

5MIKROHIDRO


kapasitas terpasangd. Kepadatan konsumen lebih dari

10 sambungan per 1 km jaringan transmisi dan distribusi

10. Masterplan merupakan istilah yang kadang-kadang dipakai untuk menyebut :a. Desk studyb. Pre-feasibility studyc. Feasibility studyd. Detailed design

11. Metode dasar yang tersedia untuk pelaksanaan leveling, kecuali :a. Spirit levellingb. Angular levellingc. Barometric levellingd. Radial levelling

12. Metode pengukuran debit yang cocok untuk mengukur debit kecil sampai sangat kecil (Q < 5l/s):a. Metode bendungan ukurb. Metode bucketc. Metode benda terapungd. Current meter

13. Aksesoris yang diperlukan ketika menggunakan current meter, kecuali:a. Pita ukurb. Tongkat ukurc. Ember d. Jam

14. Pada aliran mantap, parameter aliran berikut ini independen terhadap waktu, kecuali :a. kecepatanb. percepatanc. tekanand. kekentalan

15. Bilangan Froude merupakan metode yang sesuai untuk menentukan karakteristik aliran :a. permukaan bebasb. tidak seragamc. mantapd. tidak mantap

16. Selain spillway, yang berfungsi sebagai saluran pelimpah adalah :a. Headrace channelb. Tailrace channelc. Bak pengendap pasird. Forebay

17. Alat yang digunakan untuk mengubah daya poros turbin (putaran) menjadi daya listrik adalah :a. Generatorb. Ballast loadc. Servo motord. Strain clamp

18. Jika daya terpasang 40 kW, tipe generator dan fasa yang sesuai adalah:a. Asinkron, 1 fasab. Sinkron, 1 fasac. Sinkron, 3 fasad. Asinkron, 3 fasa

19. Untuk mengatur bukaan katup turbin digunakan :a. Flow controlb. Load control c. Guide vaned. Hidraulyc system

20. Turbin berbiaya rendah yang biasa digunakan dan diproduksi di Indonesia, kecuali:a. Cross flowb. Pelton

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


c. Propeller open flumed. Kaplan

21. Debit tidak bisa diatur dan tidak bisa beroperasi dengan beban sebagian adalah kekurangan dari:a. Turbin Kaplanb. Pompa yang digunakan sebagai

turbinc. Turbin cross flowd. Turbin propeller

22. Pemilihan dan spesifikasi teknis peralatan dan komponen pembangkit ditentukan pada tahap :a. Desk studyb. Pre-feasibility studyc. Feasibility studyd. Instalasi peralatan

23. Pengujian system dilakukan pada tahap :a. Konstruksib. Instalasic. Komisioningd. Operasi

24. Jaringan distribusi umumnya terdiri dari:a. Dua kabel, 1 netral 1 lineb. Tiga kabel, 1 netral 2 linec. Empat kabel, 1 netral 3 lined. Empat kabel, 2 netral 2 line

25. Kunci keberhasilan keberlanjutan PLTMH yaitu: a. Komisioningb. Desain dan konstruksic. Perawatand. Pengelolaan

II. Soal isianPetunjuk: Isilah Jawaban yang Tepat

1. Suatu lokasi memiliki tinggi jatuh air 60 meter dan jumlah air 100 liter per detik. Jika percepatan gravitasi 10 m per detik2 dan efisiensi peralatan 60%, maka berapakah output daya elektrik?

2. Sebuah sungai yang sangat dangkal dan berbatu hendak diukur debitnya. Pengukuran dengan tidak langsung mendapatkan potongan melintang dengan y1=18cm, y2=23cm, dan y3= 20cm. Jarak antar titik potongan 30 cm. Jika kecepatan permukaan yang diperoleh sebesar 2.75 m per detik, berapakah debit sungai tersebut?

3. Berdasarkan diagram pemilihan yang direkomendasikan pabrikan turbin, tipe turbin apa yang mungkin digunakan dengan perkiraan awal sebagai berikut:

a. Tinggi jatuh air 500 m, debit 0.03 m3 per detik

b. Tinggi jatuh air 3 m, debit 900 l per detik

c. Tinggi jatuh air 70 m, debit 20 m3 per detik

d. Daya hidrolik 20 kW, debit 150 l per detik

4. Apa keunggulan penggunaan MHP dibandingkan energi terbarukan lainnya?

5. Sebutkan sistem utama pada PLTMH?

6. Jelaskan komponen sipil utama dan kegunaannya?

260

MODUL

5MIKROHIDRO


7. Sebutkan data dan informasi yang dibutuhkan untuk penilaian awal?

8. Apa artinya dan apa yang mungkin dilakukan jika daya minimum yang tersedia dari pembangkit hidropower lebih kecil daripada daya yang dibutuhkan berdasarkan perkiraan permintaan beban ?

9. Jelaskan pengukuran debit dengan metode bucket?

10. Apa perbedaan generator sinkron dengan generator asinkron?

11. Apa yang akan terjadi pada malam hari, ketika perubahan beban pada konsumen jika sistem tidak dilengkapi flow control?

12. Hal-hal pokok apa yang perlu diperhatikan pada perawatan jaringan transmisi.

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

MIK

RO

HID

RO


262

APPENDIXDAFTAR ISTILAH / GLOSSARY

Absorber Pelat penyerap panas

Absorpsi Kemampuan kulit untuk menyerap zat.

Adaptasi Kemampuan organisme untuk dapat bertahan hidup disuatu lingkungan

Aerob Suatu organisme atau kondisi yang memerlukan oksigen bebas untuk bertahan hidup

Aktivasi Energi Jumlah energi yang diperlukan substrat untuk mencapai keadaan transisi ( menempati tempat aktif enzim)

Algae Ganggang

Aliran dasar / Baseflow Bagian dari debit di sungai yang berasal dari air tanah yang mengalir perlahan melalui tanah dan muncul kesungai melalui tepian dan dasar sungai.

Aliran kompensasi / Compensation flow

Aliran minimum yang dibutuhkan untuk dilepaskan pada aliran sungai dibawah intake, dam atau bendungan, untuk memastikan aliran yang cukup dibagian hilir untuk lingkungan, pertanian atau perikanan.

Alternating Current Listrik arus bolak balik

Amonia Gas yang terdiri dari atas unsure Nitrogen dan Hidrogen, tidak berwarna dan baunya menusuk

Ampere-Hours Satuan ukuran kapasitas baterai

Anaerob Suatu organisme atau kondisi yang tidak memerlukan udara bebas atau oksigen bebas untuk bertahan hidup

Anaerobic digestion Dekomposisi limbah biologis oleh mikro-organisme, biasanya dalam kondisi basah, dengan tidak adanya udara (oksigen), untuk menghasilkan gas yang sebagian besar terdiri dari metana dan karbon dioksida.

Anorganik Zat yang berasal dari bukan mahkluk hidup; Semua senyawa yang molekulnya tidak mengandung karbon

Arus / Current Tingkat aliran listrik, diukur dalam ampere, atau amps. Dapat dianalogikan seperti kecepatan aliran air diukur dalam liter per detik.

Arus bolak-balik / Alternating current (AC)

Arus listrik yang polaritasnya berbalik secara periodik (berlawanan dengan arus DC). Arus listrik di Indonesia dan kebanyakan negara memiliki frekuensi standar sebesar 50 Hz.Arus bolak-balik digunakan secara universal pada sistem tenaga karena dapat ditransmisikan dan didistribusikan lebih ekonomis dibandingkan dengan arus searah.

1GLOSSARY

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

263

Arus searah Listrik yang mengalir secara terus menerus dalam satu arah, seperti dari baterai.

Asam Suatu substansi yang membebaskan H dalam air

Asam Lemak Rantai hidrogen panjang, luwes dan mempunyai gugus COOH pada salah satu ujungnya

Atmosfer Pelapisan udaraAtom Bagian terkecil dari suatu unsur yang tidak dapat

dibagi lagi

Bahan bakar biomassa Bahan bakar biomassa cair, padat, atau bahan bakar gas yang dihasilkan oleh konversi biomassa. Contohnya termasuk bioetanol dari tebu atau jagung, arang atau woodchips, dan biogas dari dekomposisi limbah anaerobik.

Bahan bakar fosil Bahan bakar padat, cair, atau gas yang terbentuk di dalam tanah setelah jutaan tahun oleh kimia dan perubahan fisik dalam sisa tanaman dan hewan di bawah suhu tinggi dan tekanan. Minyak, gas alam, dan batubara bahan bakar fosil.

Bakteri Makhluk hidup bersel satu; Makhluk hidup yang terdiri dari bahan genetic DNA atau RNA

Bak penenang / Forebay Bak terbuka untuk memperlambat aliran yang datang dan menyaring lumpur dan batu kerikil sebelum aliran masuk pipa pesat.

Basa Substansi yang berkombinasi dengan H

Baterai / Aki Alat penyimpan energi listrik

Baterai Basah Baterai yang tidak memerlukan cairan/ air aki sehingga tidak membutuhkan perawatan khusus

Baterai Basah Baterai yang menggunakan air aki dan membutuhkan perawatan khusus berupa penggantian air aki secara teratur

Baterai Kering / Lead Acid Alat penyimpan energi listrik

Battery Control Unit Sistem kontrol yang mengatur pengisian dan pemakaian baterai

Beban dasar / Base load Jumlah daya listrik yang perlu disampaikan/dibutuhkan setiap saat dan selama tanpa tergantung musim.

Beban harian Total daya listrik yang dibutuhkan dalam satu hari

BFI (baseflow index) Perbandingan dari run-off yang dikontribusikan oleh baseflow.

Bio Hidup / kehidupan

264

APPENDIXBio Kimia Ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang reaksi-

reaksi kimia dalam tubuh makhluk hidupBiodiversitas Keanekaragaman

Bioenergi Energi terbarukan dihasilkan dari bahan organik. Konversi dari karbohidrat kompleks dalam materi organik menjadi energi. Bahan organik baik dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar atau diolah menjadi cairan dan gas.

Bioenergik Analisis untuk mengetahui perilaku energi di dalam system yang hidup

Biofuel Lihat bahan bakar biomassa.

Biogas Sebuah gas yang mudah terbakar yang berasal dari limbah yang terurai secara biologis dalam kondisi anaerobik. Biogas biasanya terdiri dari 50 sampai 60 persen metana. Lihat juga gas lahan TPA.

Biomassa Bahan organik yang tersedia secara terbarukan. Biomassa termasuk residu hutan dan pabrik, tanaman pertanian dan limbah, limbah kayu dan kayu, limbah hewan, residu ternak operasi, tanaman air, pohon cepat tumbuh dan tanaman, dan limbah kota dan industri.

Biosintesis Jalur metabolic utama dimana molekul – molekul kecil dibangun menjadi protein, lipid dan molekul besar lain yang mempunyai energi lebih tinggi

Bioteknologi Teknologi yang menyangkut jasad hidup merupakan penerapan terpadu antara mikrobiologi,rekayasa genetika dan teknik kimia, yang dimaksudkan untuk kepentingan hidup manusia

British thermal unit (Btu) Sebuah unit non-metrik panas, masih banyak digunakan oleh para insinyur. Satu Btu adalah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu satu pound air dari 60 ° F 61 ° F pada satu tekanan atmosfir. 1 Btu = 1055 joule (1,055 kJ).

Buckets / Mangkok Mangkok yang diletakkan pada turbin dekat dengan runner, dan berfungsi untuk ‘menangkap’ air. Tenaga air yang menumbuk bucket akan memutar runner, yang memutar shaft generator , menyebabkan generator membangkitkan daya. Lihat juga: Turbin Pelton, Runner

CFM Kubik kaki per menit (1000 cfm = 0,472 meter kubik per detik, m3 / s)

1GLOSSARY

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

265

Char Sisa-sisa biomassa padat yang telah dibakar tidak lengkap, seperti arang bila kayu yang tidak terbakar sempurna.

Combustion Pembakaran yang mengubah bahan bakar biomassa menjadi panas, bahan kimia, dan gas melalui kombinasi kimia dari hidrogen dan karbon dalam bahan bakar dengan oksigen di udara.

Compact Fluorescent Light (CFL)

Bola lampu modern dengan integral ballast yang menggunakan sedikit listrik dibanding bola lampu incandescent biasa.

Concentrator Solar Power Teknologi yang dapat meningkatkan efisiensi sistem pembangkit listrik tenaga surya dengan menggunakan konsentrator yang mampu menangkap energi radiasi dari matahari sebesar-besarnya

Daerah tangkapan / Catchment Area

Keseluruhan tanah dan daerah permukaan air yang berkontribusi terhadap besarnya debit pada suatu titik tertentu di sungai.

Daur bahan bakar Rangkaian langkah yang diperlukan untuk menghasilkan listrik. Siklus bahan bakar termasuk penambangan atau memperoleh sumber bahan bakar baku, pengolahan dan pembersihan bahan bakar, transportasi, pembangkit listrik, pengelolaan sampah dan tanaman dekomisioning.

Daya listrik Besarnya energi listrik persatuan waktu

Debit rata-rata harian / Average Daily Flow

Jumlah rata-rata harian dari air yang melewati alat ukur yang ditentukan.

Dekomposisi Proses perubahan menjadi bentuk yang lebih sederhana,penguraian

Desalinasi Proses yang menghilangkan kadar garam berlebih dalam air untuk mendapatkan air yang dapat dikonsumsi binatang, tanaman dan manusia

Digester Sebuah tangki kedap udara atau wadah di mana bakteri mengurai biomassa dalam air untuk menghasilkan biogas.

Direct Current Listrik arus searah

Distilasi Proses penyulingan untuk memisahkan bahan-bahan kimia yang terkandung dalam air

Distribusi Weibull Kurva yang memberikan hubungan antara frekuensi kecepatan angin terhadap kecepatan angin di suatu lokasi dan digunakan untuk menaksir energi di hasilkan di lokasi tersebut

Downdraft gasifier Sebuah gasifikasi dimana gas produk melewati zona pembakaran di bagian bawah gasifier tersebut.

266

APPENDIXDraft tube tabung perpanjangan dari bawah turbin sampai di

bawah level air minimum saluran pembuang.

Dummy load Sebuah atau beberapa elemen resistif ( dengan nilai tahanan elektris R ohm) yang dihubungkan paralel dengan keluaran turbin angin guna menampung kelebihan listrik yang dihasilkan oleh turbin angin ke beban pada kondisi angin kencang

Dynamic pressure/ Tekanan dinamis

Tekanan air di dalam jalur pipa sewaktu air mengalir. sama dengan tekanan statis (diukur di dalam pipa tertutup) dikurangi kehilangan tekanan akibat gesekan, turbulansi dan kavitasi di dalam jalurpipa dan perlengkapannya.

Efek Rumah Kaca Peningkatan temperatur akibat terperangkapnya panas dari radiasi matahari dalam atmosfer bumi. Efek gas-gas tertentu di atmosfer bumi dalam memerangkap panas dari matahari.

Efisiensi Rasio antara output dengan input dari energi atau daya, ditunjukkan dengan persentase.

Effluent Cairan atau gas habis dari reaktor proses atau kimia, biasanya mengandung residu dari proses tersebut.

Efisiensi pembakaran (Panas aktual yang dihasilkan oleh pembakaran) dibagi dengan (potensi panas total bahan bakar yang dikonsumsi)

Efisiensi Perpindahan panas Output panas yang berguna dirilis / panas aktual yang dihasilkan dalam tungku

Ekstrapolasi Penaksiran kecepatan angin pada suatu ketinggian dengan membandingkannya terhadap kecepatan angin pada ketinggian yang lebih rendah yang nilainya diketahui berdasarkan pengukuran dan dipengaruhi oleh kekasaran dataran di lokasi tersebut

Emisi Zat Limbah dilepaskan ke udara atau air. Lihat juga efluen.

Energi Kapasitas untuk membuat sesuatu dapat terjadi dan menyebabkan perubahan, serta dapat bekerja; Kemampuan melakukan kerja

Energi Biomassa Lihat Bioenergi

Energy Crops Tanaman yang ditumbuh secara khusus untuk kebutuhan bahan bakar. Ini termasuk tanaman pangan seperti jagung dan tebu, dan tanaman non-pangan seperti pohon-pohon poplar dan rerumputan

1GLOSSARY

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

267

Energi Kemampuan untuk melakukan kerja; jumlah listrik yang dikirimkan selama suatu periode waktu. Istilah energi listrik yang digunakan biasanya adalah kilowatt hours (kWh), yang menggambarkan daya (kW) beroperasi selama periode waktu (jam); 1 kWh = 3600 kilojoules

Enzim Molekul-molekul katalik yang sangat mempercepat reaksi-reaksi khusus

Enzim Protein Yang berfungsi sebagai katalis dalam proses biokimia

Evaporasi Penguapan; Perubahan molekul zat cair menjadi gas

Faktor kapasitas / Capacity factor

Rasio energi yang dihasilkan pembangkit terhadap energi yang akan dihasilkan jika dioperasikan pada kapasitas penuhnya sepanjang periode yang ditentukan, biasanya satu tahun.

Feedstock Bahan baku atau Setiap material yang dikonversikan ke bentuk lain atau produk

Fermentasi Organisme yang melakukan reaksi oksidasi-reduksi dari senyawa organik melalui pembebasan energi ; Konversi karbon yang mengandung senyawa oleh mikro-organisme untuk produksi bahan bakar dan bahan kimia seperti alkohol, asam atau gas energi yang kaya

Fish Ladder Sebuah struktur yang terdiri dari rangkaian yang disusun seperti untuk pijakan setinggi ±30 cm dalam yang berguna untuk migrasi ikan menuju hulu sungai melewati dam atau bendungan

Flow / Aliran / Debit sejumlah air yang digunakan untuk menghasilkan daya. Biasanya diukur dalam satuan meter kubik per detik, cubic feet per menit, liter per detik atau gallon per menit

Flow Duration Curve (FDC) Grafik debit vs persentase waktu (dari periode yang tercatat) selama besaran tertentu dari debit sama atau dilampaui

Fluida Zat yang dapat mengalir, berupa cair / gas/udara

Fly ash Abu partikel kecil dibawa dalam suspensi dalam produk pembakaran

Fosil Sisa-sisa suatu organisme

Fotolisis Suatu sekuens reaksi yang membelah molekul air menjadi O , ion H dan electron

268

APPENDIXFotosintesis Peristiwa pembuatan makanan oleh tumbuhan

hijau dengan bantuan cahaya matahari ; Peristiwa penggunaan energi cahaya matahari untuk memebentuk senyawa dasar karbohidrat dari CO dan H O ; Proses pembuatan makanan oleh tumbuhan hijau dengan di bantu cahaya matahari

Fotovoltaik Teknologi konversi energi surya menjadi energi listrik

Frekuensi Sejumlah siklus yang dilewati arus bolak-balik dalam satu detik, diukur dalam Hertz (Hz)

Fuel cell Sebuah perangkat yang mengubah energi bahan bakar langsung menjadi listrik dan panas, tanpa pembakaran

Furnace Sebuah ruang tertutup atau wadah yang digunakan untuk membakar biomassa dengan cara yang terkontrol untuk menghasilkan panas untuk pemanas ruangan atau proses

Garam Hasil kombinasi atau senyawa organik

Garis Lintang Garis yang membelah bagian utara – selatan bumi Gas rumah kaca Gas yang perangkap panas matahari di atmosfer

bumi, menghasilkan efek rumah kaca. Dua gas rumah kaca utama uap air dan karbon dioksida. gas rumah kaca lainnya termasuk metana, ozon, chlorofluorocarbon, dan asam nitrat.

Gas turbin (pembakaran turbin) Sebuah turbin yang mengubah energi gas dikompresi panas (dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar di udara terkompresi) menjadi tenaga mekanik. Sering dipecat dengan gas alam atau bahan bakar minyak.

Gasifier Sebuah perangkat untuk mengubah bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas. Dalam sistem biomassa, proses ini disebut distilasi sebagai pyrolitic. Lihat Pirolisis.

Gasifikasi Sebuah proses kimia atau panas untuk mengkonversi bahan bakar padat ke bentuk gas.

Gauging Station Lokasi dimana aliran air sungai diukur.

Generator Mesin berputar yang merubah energi mekanikal menjadi energi listrik.

Gigawatt (GW) Ukuran daya listrik sebesar satu miliar watt (1.000.000 kW). Sebuah batu bara besar atau stasiun tenaga nuklir biasanya memiliki kapasitas sekitar 1 GW.

1GLOSSARY

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

269

Glukosa Zat gula sederhana yang banyak terdapat pada hewan atau tumbuhan

Grid / Jaringan Istilah untuk jaringan kabel yang mendistribusikan listrik dari sumber yang beragam melalui daerah yang luas.

Grid connection Turbin angin yang dihubungkan secara parallel dengan jaringan umum setempat (grid) sehingga dapat mengurangi pasokan jaringan tersebut pada kondisi angin kencang ( tujuan utama adalah untuk penghematan bahan bakar yang digunakan oleh generator pembangkit untuk jaringan)

Gross Head Perbedaan antara level air di hulu dan di hilir

Gugus fungsi Atom lain selain hydrogen juga berikatan dengan kerangka karbon

Gugus Hidroksil Suatu atom hydrogen terikat pada atom oksigen OH

Guide Vanes / Sudu pengarah

Digunakan pada turbin reaksi untuk merubah arah aliran air sebesar 90 derajat, menyebabkan air berputar dan masuk ke turbin runner bucket secara bersamaan, menambah efisiensi turbin

Guyed pole Menara turbin angin berbentuk tubular/pipa yang dilengkapi dengan tali penopang untuk menahan menara agar tetap dalam posisi tegak dan stabil

Head / Tinggi Jatuh Perbedaan ketinggian antara dua permukaan air, diukur dalam meter atau feet (lihat juga tinggi jatuh kotor dan tinggi jatuh bersih).

Headrace Saluran yang membawa air dari intake sampai ke forebay

Heat Pipe Teknologi pipa yang mampu mengalirkan fluida bersuhu tinggi, atau disebut juga pipa kalor

Heat Rate Jumlah energi bahan bakar yang dibutuhkan oleh sebuah pembangkit listrik untuk menghasilkan satu kilowatt-jam output listrik. Ukuran stasiun pembangkit efisiensi termal, umumnya dinyatakan dalam Btu per kWh bersih. Hal ini dihitung dengan membagi total Btu kandungan bahan bakar dibakar untuk pembangkit listrik oleh generasi kWh yang dihasilkan bersih.

Heating value Jumlah maksimum energi yang tersedia dari pembakaran substansi.

Hertz (Hz) Satuan pengukuran frekuensi untuk AC. Equivalen dengan “siklus per detik”, peralatan rumah tangga di Indonesai pada umumnya adalah 50 Hz.

270

APPENDIXHidrokarbon Setiap senyawa kimia yang mengandung hidrogen,

oksigen, dan karbon.

Hidrolisis Suatu molekul air ditambahkan kedalam reaksi

Higher Heating Value (HHV) Energi potensial maksimum dalam bahan bakar kering. Untuk kayu, kisaran adalah dari 7.600 ke 9.600 / lb Btu (17,7-22,3 GJ / t).

Horsepower listrik Sebuah unit untuk mengukur tingkat output energi mekanik, biasanya digunakan untuk menggambarkan output maksimum dari mesin atau motor listrik. 1 hp = 550 foot-pound per detik = 2.545 Btu per jam = 745,7 watt = 0,746 kW

Impulse Turbine Turbin impuls menghasilkan daya ketika pancaran air dari pipa pengalihan tertutup ‘menembak’ melalui nozzle kecil langsung ke dalam runner turbin. Turbin impuls cocok untuk head tinggi (>20 feet), tetapi tidak membutuhkan kecepatan aliran yang sangat tinggi. Turbin Pelton dan Turgo merupakan turbin yang umumnya dipakai.

Independen Power Producer Perusahaan listrik swasta

Insinerator Setiap perangkat yang digunakan untuk membakar residu padat atau cair atau limbah sebagai metode pembuangan. Dalam beberapa insinerator, ketentuan yang dibuat untuk memulihkan panas yang dihasilkan

Insolasi Surya Intensitas radiasi surya rata-rata yang diterima selama satu jam, dinyatakan dengan lambang I dan satuan W/ m2

Installed Capacity / Kapasitas Terpasang

Total output maksimum (kW/MW) dari suatu sistem pembangkitan daya.

Intake Titik yang mana air dialihkan dari sungai ke saluran pembawa melalui struktur pengalihan. Saringan dan bak penenang sering kali dipasang pada titik intake untuk mencegah sampah dan pasir atau lumpur masuk ke turbin.

Intensitas Radiasi Kepadatan daya pada suatu permukaan daerah penerima radiasi surya pada satu waktu

Inverter Alat elektronik yang digunakan untuk merubah arus DC menjadi AC, biasanya dengan kenaikan tegangan.

Jam Surya Lamanya matahari bersinar cerah dalam satu hari

1GLOSSARY

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

271

Joule (J) Metric unit energi, setara dengan kerja yang dilakukan oleh pasukan dari satu Newton diaplikasikan di atas jarak satu meter (= 1 kg m2/s2). Satu joule (J) = 0,239 kalori (1 kalori = 4,187 J).Satuan internasional untuk energi. Energi yang dihasilkan oleh daya satu watt yang mengalir dalam satu detik

Kapasitas/ Capacity Kekuatan maksimum yang mesin atau sistem dapat menghasilkan atau membawa aman. Output seketika maksimum sumber daya di bawah kondisi tertentu. Kapasitas peralatan pembangkit listrik umumnya dinyatakan dalam Kilowatt atau Megawatt

Kapasitor / Capacitor Sebuah alat yang menyerap dan menyimpan energi listrik sementara.

Karbohidrat Gula sederhana/molekul besar yang tersusun atas unit-unit gula; Komplex Polisakarida, polimer dari gula-gula berbentuk cincin sederhana ; Zat makanan yang mengandung unsur C,H dan O, berfungsi sebagai sumber energi

Katup Butterfly / Butterfly Valve

Katup kontrol air tipe cakram, semuanya tertutup dalam bulatan pipa, yang memungkinkan untuk dibuka dan ditutup oleh tuas dari luar. Seringkali dioperasikan dengan sistem hidrolik

Kavitasi / Cavitation Fenomena hidrolik dimana cairan manjadi gas pada tekanan rendah dan membentuk gelembung dan secara cepat pecah yang menyebabkan goncangan hidrolik pada struktur yang tertimpa. Pada beberapa kasus hal ini dapat menyebabkan kerusakan fisik yang parah

Kilowatt (kW) Ukuran daya listrik sebesar 1.000 watt. 1 kW = 3413 Btu / hr = 1,341 tenaga kuda. Kilowatt jam (kWh) Ukuran energi yang setara dengan pengeluaran satu kilowatt untuk satu jam. Sebagai contoh, 1 kWh akan cahaya bola lampu 100 watt selama 10 jam. 1 kWh = 3.413 Btu. Lihat juga watt .

Kilowatt hour (kWh)/Kilowatt jam (kWh)

Ukuran dari energi. Satu kilowatt jam sama dengan satu kilowatt yang digunakan selama satu jam (1 kWh = 3600 Joules)

Klasifikasi Pengelompokan makhluk hidup Klorofil a Pigmen utama untuk fotosintesis

Klorofil b Pigmen yang menyerap energi dari panjang gelombang dan mentransfernya ke pigmen utama

272

APPENDIXKoefisein daya rotor (Cp) Efisiensi daya yang dihasilkan oleh sebuah rotor

turbin/kincir angin yang di akibatkan oleh dorongan angin untuk memutar rotor tersebut

Kogenerasi Produksi sekuensial listrik dan energi termal yang berguna dari sumber bahan bakar umum. Panas buangan dari proses industri dapat digunakan untuk tenaga sebuah generator listrik. Sebaliknya, surplus panas dari instalasi pembangkit listrik dapat digunakan untuk proses industri, atau ruang dan keperluan pemanas air.

Kolektor surya Perangkat pengumpul panas radiasi surya

Kolektor surya parabola Kolektor surya berupa cermin atau kaca yang disusun membentuk parabola untuk memfokuskan radiasi matahari yang diterima pada satu titik penerima

Kolektor surya pelat datar Kolektor surya berupa kotak logam/baja terisolasi yang memiliki pelat penyerap berwarna hitam dan ditutupi oleh lapisan kaca/plastik transparan/tembus cahaya

Kombinasi panas dan daya (CHP) Lihat Kogenerasi

Kompor panel Kombinasi antara kompor parabola dengan oven surya

Kompor parabola Kompor surya berbentuk parabola

Kompor surya Alat untuk memasak menggunakan panas dari radiasi matahari

Kompor surya Indoor Sistem kompor surya yang dapat mengalirkan panas dari radiasi matahari yang diterima ke dalam bangunan / dapur sehingga proses memasak dapat dilakukan didalam ruangan

Kondensasi Proses pembekuan / pendinginan.

Konstanta surya Nilai rata-rata radiasi surya diluar atmosfir bumi, yaitu 1353 W/m2

Konversi biokimia Penggunaan fermentasi atau pencernaan anaerob untuk menghasilkan bahan bakar dan bahan kimia dari sumber organik.

Konversi termokimia Penggunaan panas untuk mengubah zat kimia dari satu negara ke yang lain, misalnya untuk membuat produk-produk energi yang bermanfaat.

1GLOSSARY

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

273

Lahan hutan komersial Hutan tanah yang mampu menghasilkan pertumbuhan baru pada tingkat minimum 20 kaki kubik per hektar / per tahun, tidak termasuk tanah ditarik dari produksi kayu oleh undang-undang atau peraturan administrasi.

Lampu jalan tenaga surya Aplikasi sistem listrik tenaga surya untuk lampu penerangan jalan

Landfill gas Jenis biogas yang dihasilkan oleh dekomposisi bahan organik di tempat pembuangan TPA. TPA gas metana sekitar 50 persen. Lihat juga biogas.

Lattis Menara turbin/kincir angin berbentuk kerangka

Lipid Senyawa minyak yang tidak mudah terlarut dalam air tapi dapat larut dalam pelarut nonpolar seperti : eter

Load (beban) sejumlah peralatan yang dihubungkan dengan sumber daya.

Megawatt (MW) Ukuran daya listrik sebesar satu juta watt (1.000 kW). Lihat juga watt.

Metabolisme Pertukaran bahan dan energi antara organisme dan lingkungannya; Dasar dari reproduksi dan kemampuan bertahan hidup dan dimulai dari energi

Metoda Bin Metoda penaksiran energi di suatu lokasi berdasarkan interval kecepatan angina dan frekuensi terjadinya angin pada interval kecepatan angin tersebut (disebut bin), yang umumnya adalah bin 0,5 m/det atau 1,0 m/det. Misalnya bin 3,0 – 4,0 m/det mewakili kecepatan rata rata 3,5 m/det ; bin 4,0 – 5,0 m/det mewakili 4,5 m/det; dst

Mikrohidro / Microhydro Sistem hydropower dengam output daya kurang dari 100 kW.

Mikroorganisme Makhluk-makhluk kecil yang tidak dapat di lihat dengan mata telanjang, terlihat jelas apabila menggunakan mikroskop

MBtu Satu juta British thermal unit

Modul Surya Kumpulan sel surya yang dirangkai dengan kapasitas daya tertentu dan siap digunakan dalam sistem pembangkit listrik tenaga surya

Molekul Partikel terkecil suatu elemen / unsure yang terikat secara kovalen; Gabungan dari atom-atom

Monosakarida Karbohidrat yang paling sederhana, terlarut dalam air dan yang paling umum mempunyai 5 atau 6 atom karbon

274

APPENDIXNaf Bagian rotor yang merupakan tempat menempelnya

pangkal sudu rotor

Net Head / Tinggi jatuh bersih

Tinggi jatuh tekan yang tersedia menuju turbin setelah rugi-rugi gesekan dalam sistem hidrolik (dari intake sampai turbin).

Off-grid Tidak tersambung dengan jaringan besar; penyedian listrik dalam jaringan tersendiri.

Oksidasi Reaksi dengan peningkatan bilangan oksidasi ; Proses pelepasan elektron dari suatu partikel

Oksigen Suatu zat yang dibutuhkan makhluk hidup untuk bernafas

Organik Semua senyawa yang molekulnya mengandung karbon

Organisme Makhluk hidupOrganisme Perombak Makhluk hidup yang memecah sampah dan tubuh

organisme yang telah matiOutput Sejumlah daya (atau energi tergantung dari

definisinya) yang dikirimkan/dikeluarkan oleh suatu alat atau sistem.

Oven Surya Kompor tenaga surya berbentuk kotak

Over speed Kecepatan runner turbin ketika kondisi sesuai dengan design, semua beban dilepaskan.

Partikulat Massa, kecil diskrit materi padat atau cair yang masih individual tersebar dalam emisi gas atau cair. Partikulat berbentuk aerosol, debu, asap, kabut, asap, atau semprot. Masing-masing bentuk memiliki sifat yang berbeda

Peak load Beban listrik pada saat kebutuhan maksimum

Pembakaran udara Udara diumpankan ke api untuk menyediakan oksigen untuk pembakaran bahan bakar

Pencairan tidak langsung Konversi biomassa untuk bahan bakar cair melalui langkah gas sintesis menengah

Pengalihan/ Diversion Sistem pengalihan air mengalihkan aliran air dari jalur alaminya. Pengalihan dapat sebagai terbuka seperti saluran atau parit, atau tertutup seperti jalurpipa. Lihat juga: Intake, penstok, tail race, trashrack, weir

Pengering Surya Teknologi pemanfaatan energi surya untuk pengeringan

Penguapan Adanya energi panas yang cukup akan menyebabkan ikatan hydrogen terputus terus, sehingga molekul pada permukaan air akan terlepas ke udara

1GLOSSARY

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

275

Penstock / Pipa pesat Pipa (biasanya baja, beton atau plastik) yang mengalirkan air bertekanan dari forebay sampai ke turbin.

Permintaan (Listrik) / Demand (Electric)

Kebutuhan/permintaan daya pada sistem kelistrikan (kW atau MW).

pH Kadar asam

Phantom loads Peralatan yang menggunakan daya selama 24 jam sehari, bahkan pada saat dimatikan. Televisi, VCR, oven microwave dengan jam dan komputer, semuanya mengandung beban phantom

Piranometer Alat untuk mengukur besarnya radiasi surya pada permukaan bumi

Pirolisis Penguraian termal biomassa pada suhu tinggi (lebih besar dari 400 ° F, atau 200 ° C) dalam ketiadaan udara. Hasil akhir dari pirolisis adalah campuran padatan (char), cairan (minyak oksigen), dan gas (metana, karbon monoksida, dan karbon dioksida) dengan proporsi yang ditentukan oleh temperatur operasi, tekanan, kandungan oksigen, dan kondisi lainnya.

Pompa Air Tenaga Surya Aplikasi sistem listrik tenaga surya untuk pemompaan air bersih / Irigasi

Populasi Seluruh anggota spesies tunggal yang terdapat di daerah tertentu

Power / Daya Kemampuan untuk melakukan kerja, atau lebih umumnya, kemampuan untuk merubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya. Diukur dalam joule per detik atau watt (1 W = 1 J/detik). Daya listrik diukur dalam kilowatt (kW).

Power Conditioner Komponen elektrik yang mengatur pemakaian daya listrik dari modul surya ke motor-pompa untuk aplikasi pompa air tenaga surya

Power factor / Faktor daya Rasio jumlah daya, diukur dalam kiloWatt (kW) terhadap daya hayal diukur dalam kilovolt-Amperes (kVA).

Producer gas Gas Bahan Bakar tinggi karbon monoksida (CO) dan hidrogen (H2), diproduksi oleh pembakaran bahan bakar padat dengan udara yang tidak memadai atau dengan melewatkan campuran udara dan uap melalui pembakaran bahan bakar padat

Produk akhir Substansi yang ada pada akhir dari suatu jalur metabolik

276

APPENDIXProses panas Panas yang digunakan dalam sebuah proses industri

daripada untuk pemanas ruangan atau keperluan rumah tangga lainnya.

Radiasi Langsung Radiasi surya yang diterima permukaan bumi secara langsung

Radiasi Sebaran Radiasi surya yang diterima permukaan bumi melalui pencaran dari molekul gas, debu dan uap air di atmosfer

Radiasi Surya Energi yang dipancarkan oleh matahariRadiasi Surya Global Total radiasi surya yang diterima di permukaan

horisontal bumi

Rantai dan cicin Kerangka yang stabil untuk molekul

Reaksi anabolik Reaksi untuk membangun molekul besar dari molekul yang kecil; Reaksi yang menggunakan energi untuk membuat/mengubah ikatan kimia

Reaksi dehidrasi Suatu ikatan kovalen antara 2 molekul sub unit yang satu dan suatu atom hydrogen (H) dihilangkan dari sub unit yang lain

Reaksi katabolik Reaksi yang menghasilkan energi ketika ikatan kimia di putus

Regulator baterai Alat yang mengatur pengisian dan pemakaian baterai

Respirasi Seluler Proses pemecahan molekul-molekul makanan untuk memperoleh energi bagi aktivitas sel tersebut

Reynolds Number Parameter ukuran yang digunakan dalam perhitungan gesekan pipa (interalia), dan diambil dari diameter pipa, kecepatan cairan dan viskositas kinematik.

Runner Bagian dari turbin air yang berputar dan dipasang ke shaft generator. Bucket pada runner adalah apa yang didorong oleh air untuk memutar runner dan membangkitkan listrik.

Saturated steam Uap pada suhu mendidih untuk tekanan yang diberikan.

Sel Sebuah unit terkecil dari organisme

Sel surya Perangkat yang mengubah radiasi surya menjadi listrik

Selulosa Unsur kimia utama dari dinding sel tanaman: rantai panjang molekul gula sederhana.

1GLOSSARY

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

277

Senyawa anorganik Molekul yang tidak mempunyai karbon, missal : air, CO dan senyawa-senyawa sederhana lainnya

Senyawa organik Molekul yang mempunyai kerangka karbon

Setara Barel Minyak (SBM) / Barrel of oil equivalent (BOE)

Jumlah energi yang terkandung dalam barel minyak mentah, yaitu sekitar 6,1 GJ (5,8 juta Btu), setara dengan 1.700 kWh.

Sintesis Pembentukan senyawa dari substansi lain yang biasanya lebih sederhana

Sistem hibrida Gabungan dari dua atau lebih sistem pembangkit yang bekerja saling komplementer untuk memasok listrik ke beban Misalnya turbin angin dengan fotovoltaik atau dengan genset

Sistem PV Sistem pembangkit listrik tenaga surya yang menggunakanteknologi fotovoltaik

Skala Beaufort Suatu cara penaksiran kecepatan angin di suatu lokasi berdasarkan fenomen alam dengan mengelompokkannya dalam berbagai skala untuk mengindikasikan besarnya kecepatan angin. Misalya Skala Beaufort 4 (kecepatan angin 5,5 – 7,9 m./det) dengan indikasi bahwa debu,dedaunan dan kertas lepas terangkat keatas,cabang kecil pohon bergerak

Skala Pilot Ukuran dari sistem antara ukuran model laboratorium kecil (skala bangku) dan sistem ukuran penuh.

SKEA (Sistem Konversi Energi Angin)

Sebuah sistem yang berfungsi untuk mengubah energi angin menjadi energi lainnya yang secara khusus adalah menjadi energi listrik atau mekanik

SKEA Listrik SKEA yang berfungsi untuk mengubah energi angin menjadi energi listrik ,misalnya sistem pemompaan listrik tenagaangin ( disebut juga turbin angin)

SKEA Mekanik SKEA yang berfungsi untuk mengubah energi angin menjadi energi mekanik,misalya sistem pemompaan mekanik ( disebut juga kincir angin)

Solar Home System Aplikasi sistem listrik tenaga surya untuk bangunan / gedung

Solar Pond Pemanasan air pada kolam terbuka oleh matahari

Solut Substansi yang terlarut

Spillway / Pelimpah Mengontrol kelebihan air dan mengalirkan kembali ke sungai.

278

APPENDIXStand alone Sistem pembangkit yang berdiri sendiri, misalnya

turbin angin sebagai pemasok listrik ke beban tanpa di gabung dengan sistem pembangkit lain

Suction Head Energi tambahan pada sistem turbin air reaksi, dihasilkan oleh draft tube yang menyalurkan air ke luar. Tekanan inlet, dari air yang ‘mendorong’ runner turbin ketika masuk, menciptakan ~80% energi pada sistem reaksi. Suction head, dari vacuum diciptakan oleh sistem outlet tertutup, ‘tarikan’ di runner karena air keluar dari sistem, menambah sampai ~20% output daya sistem

Sudut Kemiringan Modul Sudut pemasangan modul surya terhadap permukaan horizontal

Superheated steam Uap yang lebih panas dari suhu mendidih untuk tekanan yang diberikan

Surya Termal Teknologi pemanfaatan radiasi surya sebagai energi panas

Sustainable Sebuah kondisi ekosistem di mana keanekaragaman hayati, lebih ramah, dan produktivitas sumber daya yang dipelihara dari waktu ke waktu

Tailrace Saluran air dari turbin sebelum bergabung dengan sungai utama.

Tegangan (V) ukuran potensial elektrik; “tekanan” elektrik yang memaksa arus listrik untuk mengalir melalui rangkain tertutup

Transmisi Proses transportasi jarak jauh energi listrik, biasanya dicapai dengan meningkatkan arus listrik tegangan tinggi.

Trashrack Saringan pelindung untuk mencegah cabang-cabang besar, batang-batang pohon dan sampah memasuki dan merusak turbin.Biasanya terdiri dari batang-batang vertikal dengan jarak satu dengan yang lain antara 30-100 mm

Turbin Sebuah mesin untuk mengubah energi panas dalam uap atau gas suhu tinggi menjadi energi mekanik. Dalam sebuah turbin, aliran kecepatan tinggi uap atau lewat gas melalui baris berturut-turut pisau radial diikat ke poros pusat.

Turbin pelton / Pelton Turbine

Suatu tipe turbin impuls dengan satu atau lebih jet air menembak bucket (mangkok) runner. Turbin Pelton digunakan pada lokasi dengan head tinggi (7 – 2000 m), dan dapat menghasilkan daya sampai sebesar 200 MW

1GLOSSARY

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

279

Turbin Propeler / Propeller Turbine

Jenis turbin reaksi dengan jenis runner propeller. Air mengalir melalui runner dan menggerakkan sudu propeller. Turbin propeller dapat digunakan untuk head < 1 sampai 100 m, dan dapat mencapai 100 MW. Lihat juga: aliran, tinggi jatuh

Turbin Turgo / Turgo Turbine

Sebuah turbin impuls yang dapat menghasilkan output daya yang lebih besar pada beberapa lokasi head tinggi dibandingkan dengan tipe Pelton

Turbin uap Sebuah perangkat untuk mengubah energi tekanan uap tinggi (diproduksi di boiler) menjadi tenaga mekanik yang kemudian dapat digunakan untuk menghasilkan listrik

Vacuum Tube Collector Kolektor surya yang berisi tabung-tabung hampa udara sebagai penyerap panas

Watt Unit dasar umum dari kekuatan dalam sistem metrik. Satu watt sama dengan satu joule per detik, atau kekuatan yang dikembangkan dalam sebuah rangkaian oleh arus satu ampere mengalir melalui perbedaan potensial satu volt. (1 Watt = 3,413 Btu / jam). Lihat juga kilowatt.

Watt – hours Satuan besarnya kebutuhan / pemakaian daya listrik

Watt Peak Satuan daya maksimum yang dihasilkan suatu modul surya pada kondisi insolasi surya yang diterima sebesar 1000 W/m2 dan suhu lingkungan 25 0C

Wind diesel system Hibrida antara turbin angin dan generator diesel agar dapat memasok daya ke beban secara bergantian berdasarkan modus kontrol yang telah di tetapkan

Wind rose Diagram polar yang memberikan distribusi arah angin (dalam persen) di sebuah lokasi berdasarkan sektor arah , umumnya 8 atau 12 sektor

280

APPENDIX

REFERENSI

MODUL 1: PENGANTAR ENERGI TERBARUKAN

1. APERC (2004). New and Renewable Energy in the APEC Region: “Prospects for Electricity Generation”. Japan, APERC.

2. AMARTA (2008). Brosur: Teknologi Pengering Surya Untuk Petani Kakao: Pengeringan Kakao Dari Pinggir Jalan Ke Pengering Surya. Makassar.

3. Anderson, T., A. Doig, et al. (2000). Rural Energy Services: A Handbook for Sustainable Energy Development, ITDG Publishing.

4. Bhattacharya, S. C. and P. Abdul Salam (2006). A Review of Selected Biomass Energy Technologies : Gassification, Combustion, Carbonization and Densification. Bangkok, Regional Energy Resources Information Center ( RERIC ), Asian Institute of Technology, Thailand.

5. Daryanto (2007), Energi: Masalah dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan Manusia, 2007.

6. DESDM (2003). Policy On Renewable Energy Development And Energy Conservation (Green Energy). Jakarta, MEMR.

7. DESDM (2004). Kebijakan Energi Nasional 2003-2020 (National energy policy: 2003-2020). Jakarta, Indonesia’s Ministry for Energy and Mineral Resources

8. DESDM (2006). Rencana Umum

Kelistrikan Nasional 2006-2026. MEMR.

9. DESDM (2007). Blue Print Pengelolaan Energi Nasional 2006-2025.

10. IIEC and YBUL (1997). High-Value Applications for Renewable Energy and Energy Efficiency Technologies in Indonesia.

11. Abdul Kadir (1987), Energi: sumber daya, inovasi, tenaga listrik, potensi ekonomi, Universitas Indonesia.

12. Martosaputro, S. (2009). Status Pengembangan Energi Angin Hingga Saat Ini, LAPAN.

13. Mochamad Safarudin, Turbin Angin Sebagai Alternatif Energi Listrik; Sekolah Tinggi Teknologi Mandala, Bandung; 2003

14. PNPM Mandiri Report (2010), Survey Of Existing Service Providers In Renewable Energy In Indonesia.

15. Respati, S. (2008). Peluang Bisnis Photovoltaic Di Indonesia. METI.

16. http://www.energiterbarukan.net/ index.php?option=com_content&task=view&id=36&Itemid=57. ”Energi surya.” Retrieved 26-08-10.

17. http://www.energiterbarukan.net/ index.php?option=com_content&task=view&id=36&Itemid=57. ”Energi angin.” Retrieved 26-08-10.

18. http://www.energiterbarukan.net/ index.php?option=com_content&task=view&id=36&Itemid=57. ”Energi biomassa.” Retrieved 26-08-10.

19. http ://www.energ i terbarukan.

2REFERENSI

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

281

net/ index.php?option=com_content&task=view&id=36&Itemid=57. ”Mikrohidro.” Retrieved 26-08-10.

MODUL 2 : ENERGI SURYA

1. Anonim, Solar Energy Handbook.doc.

2. Anonim (2001), Panduan Alat Pengering Surya Termal untuk Pengering Hasil Pertanian dan Perikanan, Ditjen LPE-ESDM.

3. Anonim (2007), Company Profile, PT SUN, Jakarta.

4. Anonim (2007), Panel Surya SUN, PT SUN, Jakarta.

5. Anonim (2007), Aplikasi PV SUN, PT SUN, Jakarta.

6. Anonim (2007), Pompa Air Tenaga Surya, PT SUN, Jakarta.

7. Anonim (2008), Analisis Teknologi Sel Surya, PT. LEN, Bandung.

8. AOTS-EBARA-AIT (2003), Overview on Renewable Energies. Planning and Design of Pumping Works, Thailand.

9. Agung Prabowo (2007), Peluang Pemanfaatan Energi Surya di Bidang Pertanian, Litbang-Deptan.

10. Arismunandar Wiranto (1995), Teknologi Rekasaya Surya, Jakarta, PT. Pradnya Paramita.

11. Azet Surya Lestari PT. (2005), General Info : Mesin Pengering Tenaga Surya (Mpts-Ghe).

12. Heinz-Joachim, Dr. (2008), Solar Steam Cooker, Sun2Steam PTY LTD, Australia.

13. Horace McCracken,etc., Understanding Solar Stills, VITA, Virginia

14. Irawan Rahardjo (2005), Analisis Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Surya di Indonesia, BPPT.

15. Jeffrey Gordon (2001), Solar Energy: The State of The Art, ISES Position Paper.

16. Mulyanef (2007), Sistem Distilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan Kolektor Plat Datar Dengan Tipe Kaca Penutup Miring, Univ-Bung Hatta Padang.

17. Patel Mukund R. (2006), “Wind and Solar Power System”, Taylor and Francis Group.

18. P3TKEBT (2004), Proyek Pengembangan Energi Surya untuk Kompor Surya dan Rumah Surya, Balitbang-ESDM.

19. P3TKEBT (2008), Penelitian dan Pengembangan Energi Baru Terbarukan dalam Rangka Percepatan Implementasi Perpres No.5 Tahun 2006, Kerjasama P3TKEBT-UMM.

20. Stichting Tool, Solar Energy : Small scale applications in developing countries, Amsterdam, 1990

21. Thomas, M.G. (2004), Solar Water Pumping, Sandia National Laboratories.

22. Vetri Nurliyanti (2005), Analisa Unjuk Kerja Sistem Pompa Air Tenaga Fotovoltaik Dengan Menggunakan Metode Konversi Langsung, Teknik Fisika UGM.

23. Wenham S.R., Applied Photovoltaics, Center for Photovoltaic Devices and

282

APPENDIXSystems, National Library of Australia

24. Winrock International (2004), Financing Renewabe Energy Technologies: A Guidebook for Microfinance Institution in Nepal, Nepal.

25. http://www.detikpos.net/2009/08/pompa-air-tenaga-surya-bermanfaat-tapi.html

26. h t t p : / / d u n i a - l i s t r i k . b l o g s p o t .com/2008/11/energi-surya-dan-prospek.html

27. http://indonetwork.co.id/indrajaya_instrument/996026/lampu-jalan-tenaga-surya-solar-streetlight.htm

28. http://www.howstuffworks.com/environmental/energy/solar-cell7.htm

29. http://www.pvresources.com/en/economics.php

30. h t t p : / / a r c h i v e . k a s k u s . u s /thread/4041587/, “Penemuan yang Brilian oleh Seorang Guru SD”,

31. www.kamase.org

32. www.kippzonen.com

33. http://www.solar-panels-online.com/solar_water_heating.html

34. www.solarcooking.org

35. http://id.wikipedia.org/w/index.p h p ? t i t l e = K o m p o r _ t e n a g a _surya&oldid=3531729

36. http://photovoltaics.sandia.gov

37. http://www.powerfromthesun.net/Chapter6/Chapter6.html

MODUL 3: ENERGI ANGIN

1. AWS Scientific Inc (1997), Wind Resource Assessment Handbook, New York, USA.

2. AWS Scientific,Inc. (1996), Wind Resource Assessment Handbook, NREL, USA.

3. Desire le Gourrieres (1982), Wind Power Plants, Theory and Design, Pergamon Press.

4. E.H.Lysen (1982), Introduction to Wind Energy, SWD, The Netherlands.

5. Gary L.Johnson (2006), Wind Energy System, Mahattan,KS.

6. Germanischer Lloyed (1993), Rles and Regulations for Certification of WECS.

7. Jop Van Meel and Paul Smulders (1989), Wind Pumping , A Handbook, The World Bank, Washington, DC.

8. L.L.Frereis (1990), Wind Energy Conversion Systems, Prentice Hall, NY USA.

9. LAPAN (2008), Katalog Hasil Riset dan Rekayasa Turbin Angin-SKEA, LAPAN.

10. LAPAN (2005), Manual Pemanfaatan SKEA, LAPAN.

11. LAPAN (2008), Monitoring dan Inventarisasi data Angin Indonesia, LAPAN.

12. LAPAN (2006), Monitoring dan Inventarisasi data Angin Indonesia, LAPAN.

13. Pusterapan LAPAN (2007), Dokumen Teknis dan Rancangan dan Kajian Pembuatan SKEA 300 kW , LAPAN.

14. R.Gasch,J.Twele (2002), Wind Power Plants: Fundamental ,Design

2REFERENSI

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

283

Construction and Operation, Solarpraxis, Berlin,Germany.

15. Sahat Pakpahan,dkk (2008), Field research to investigate a possible development of windfarm to provide electricity in Indonesia, LAPAN.

16. Sahat Pakpahan (2007), Pemanfaatan Energi Angin untuk Listrik dan Mekanik, LAPAN.

17. Sarah Lancashire, Jeff Kenna and Peter Fraenkel (1987), Windpumping Handbook; IT Publications, London, UK.

18. Tony Burton,Cs. (2001), Wind Energy Handbook, John Wiley & Sons, New York, USA.

19. V.K.Mehta,Rohit Mehta (2002), Principle of Power System, S.Chand & Company Ltd., Ran Nagar, New Delhi,India.

20. Vaughn Nelson (1994), Wind Energy and Wind Turbines, Alternative Energy Institute, West Texas A & M University, USA.

MODUL 4: ENERGI BIOMASSA

1. Andrias Wiji Setio Pamuji (2008), Pembuatan Biogas dari Kotoran Sapi sebagai Alternatif untuk Mencapai Swadaya Energi, Teknik Kimia ITB.

2. Balai Besar Teknologi Pati-BPPT (27 Januari 2005), Kelayakan Tekno-Ekonomi Bio-Ethanol Sebagai Bahan Bakar Alternatif Terbarukan.

3. Balitbang Pertanian (2005), Sekam Padi Sebagai Sumber Energi Alternatif dalam

Rumah Tangga Petani, Departemen Pertanian.

4. Chemiawan,Tata. (2007). Membangun Industri Bioetanol Nasional Sebagai Pasokan Energi Berkelanjutan dalam Menghadapi Krisis Energi Global. [online]. Kimia ITB Tersedia: http://mahasiswanegarawan.wordpress.com/. [Diakses tanggal 20 Agustus 2010]

5. DJPPHP, KEMENTAN, Peluang Agribisnis Menjadi Sumber Devisa Negara yang Utama [Online], tersedia di http://agribisnis.deptan.go.id. [diakses tanggal 20 Agustus 2010]

6. Dr. Dadan Kusdiana (2008), Kondisi Riil Kebutuhan Energi Di Indonesia Dan Sumber-Sumber Energi, DJLPE-KESDM.

7. Food And Agriculture Organization Of The United Nations (1996), Biogas Technology: A Training Manual For Extension, Nepal.

8. Gassification Guide (2009), Guideline for Safe and Eco-friendly Biomass Gasification, The project is co-funded by the European Commission.

9. Hambali, E. dkk. (2007), Teknologi Bioenergi, Agro Media Pustaka, Jakarta.

10. INFINITE ENERGY (P) Ltd. Price List For Solid Fuel Based Gasifier Model for Thermal Applications, tersedia di http://www.infiniteenergyindia.com/price-list.htm [diakses tanggal 1 November 2010]

11. Ir. Sri Sumarsih, MP., Materi Kuliah Biofuel Jurusan Agribisnis Fakultas

284

APPENDIXPertanian UPNVY, Teknologi Biogas, Jurusan Agroteknologi, Fak Pertanian UPN”Veteran”, Yogyakarta

12. Karki, A. B. and K. Dixit (1984), Biogas Fieldbook, Sahayogi Press, Kathmandu, Nepal.

13. Kharistya Amaru (2004), Rancang Bangun Dan Uji Kinerja Biodigester Plastik Polyethilene Skala Kecil ( Studi Kasus Ds. Cidatar Kec. Cisurupan Kab. Garut ) Program Studi Teknik Pertanian Jurusan Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran.

14. New York State Renewable Portfolio Standard (2006), Biomass Guidebook, Prepared by Antares Group, Incorporated.

15. Nodali N. (2009), Uji Komposisi Bahan Pembuat Briket Bioarang Tempurung Kelapa dan Serbuk Kayu Terhadap Mutu yang di Hasilkan, Departemen Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Sumatra Utara.

16. OPET Finland (2002), Review of Finnish Biomass Gasification Technologies, technical report, VTT, Finland.

17. Philippe GIRARD et all (2007), Biomass Gasification, Biomass Energy Reaserch Unit, DE JUNHO.

18. PhillRice, Rice Technology Bulletin (1995), Maligaya Rice Hull Stove, Departemen of Agriculture for Philipine

19. PNPM Mandiri report (2010), Survey Of Existing Service Providers In Renewable Energy In Indonesia.

20. PNPM-LMP, Lembar Informasi (2009),

Memasyarakatkan Biogas menuju Desa Energi Mandiri, Kendari

21. RIRDC Publication No 05/190 (2005) Sustainability Guide for Bioenergy, A Scoping Study, RIRDC Project No CSW-36A.

22. Slamet Sulaiman (2009), Perancangan dan Pembuatan Biomass Gasifier, Bahan Presentasi dan Pelatihan, Baristand Industri Surabaya.

23. Suyitno (Desember 2009), Pengolahan Sekam Padi Menjadi Bahan Bakar Alternatif Melalui Proses Pirolisis Lambat, Jurnal Litbang Provinsi Jawa Tengah – Vol.7 No.2.

24. The Asian Biomass Handbook (2008), A Guide for Biomass Production and Utilization, The Japan Institute of Energy.

25. Updated Guidebook on Biogas (1984), Development-Energy Resources Development Series, No. 27, United Nations, New York, USA

26. Yadava. L. S. and P. R. Hcssc (1981), The Development and Use of Biogas Technology in Rural Areas of Asia (A Status Report 1981).

27. Zentrum fur rationell Energieanwerdung und Umwelt GmbH (ZREU) (2000), Biomass in Indonesia – Business Guide.

MODUL 5: MIKROHIDRO

1. Vieweg (1989), Civil Engineering Hydraulics, R.E. Featherstone & C. Nalluri

2. E.F. Brater, H.W. King, J.E. Lindell (1996), Handbook of Hydraulics for the Solution

2REFERENSI

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

285

of Hydraulic Engineering Problems, Mc Graw Hill

3. Anonim (2005), Hydropower and Dams World Atlas

4. Adam Harvey (1993), Micro-hydro Design Manual – A guide to small scale water power schemes, Intermediate Technology Publications

5. Allen R. Inversin (1986), Micro-Hydropower Sourcebook, A Practical Guide to Design and Implementation in Developing Countries, NRECA International Foundation, Washington D.C.

6. H. Lauterjung and G. Schmidt (1984), Planning of Intake Structures, Ernst and Sohn

7. Rolf Widmer and Alex Arter (1992), Village Electrification, MHPG Series, Volume 5

8. J. Gieseke and E. Mosonyi (2003), Wasserkraftanlagen, Planung, Bau und Betrieb, Springer.

9. E. Mosonyi (1987), Low-Head Power Plants, Water Power Development, Volume 1, Akademiai Kiado, Budapest

10. E. Mosonyi (1991), High-Head Power Plants, Water Power Development, Volume 2 A & B, Akademiai Kiado, Budapest

11. Pusat Pengembangan Penataran Guru Teknologi (PPPGT) Bandung dan PT. Entec Indonesia (2010), Introduction Of Renewable Energy Lesson Modules At The Technical Schools In Indonesia, Bandung.

12. ESMAP-The World Bank (2000), Mini-

Grid Design Manual

13. Published by the European Commission (1994), Layman’s guidebook on how to develop a small hydro site

14. CANMET Energy Technology Centre (CETC), Canada (2004), Micro-Hydropower Systems: A Buyer’s Guide

15. The British Hydropower Association (2005), A Guide to UK Mini-Hydro Developments

16. Underpinning the Millenium Goals, DFID (2002), Energy for the Poor

17. http:// www.wikipedia.org

18. http://www.howstuffworks.com/

19. http://microhydropower.net/

20. http://www.hydroquebec.com/en/

21. Gittinger, J. (1984), Price: Economic Analysis of Agricultural Project, The World Bank

22. Fritz, J. Jack (1984), et al: Economic and Financial Feasibility, in: Small and Mini Hydropower Systems, Chapter 11, McGraw-Hill

23. Fink, H., and Oelert G. (1985), A Guide to the Financial Evaluation of Investment Projects in Energy Supply, GTZ

24. Goldsmith, Kurt (1993), Economic and Financial Analysis of Hydropower Projects, in: Hydropower Development, Volume 6, Norwegian Institute of Technology,

286

APPENDIX

3JAWABAN

WEBSITES YANG BERKAITAN DENGAN ENERGI TERBARUKAN

1. TSU http://tsu.or.id/cms/2. Green PNPM database http://pnpm-lmp.com/lapkerja2/home/index.php3. Green PNPM http://www.pnpm-lmp.com/4. ESDM http://www.esdm.go.id/index.html5. DJLPE E-Government Portal http://www.djlpe.esdm.go.id/index.php6. Energi Bersih http://reffburn.org/7. Planet Hijau www.planethijau.com8. Puslitbang Ketenagalistrikan, Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi

– KESDM www.p3tkebt.esdm.go.id9. Clearinghouse Energi Terbarukan & Konservasi Energi www.energiterbarukan.net10. LAPAN http://www.lapan.go.id/

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

287

KUNCI JAWABAN

MODUL 1: PENGANTAR ENERGI TERBARUKAN

I. Jawaban Pilihan Soal Ganda

1 D 6 A 11 B

2 C 7 B 12 C

3 A 8 C 13 B

4 B 9 D 14 D

5 A 10 A 15 C

II. Jawaban Soal Isian

1. Energi adalah kemampuan untuk melakukan pekerjaan dan melakukan berbagai proses kegiatan meliputi listrik, energi mekanik dan panas. Sumber energi adalah sebagian dari sumber daya alam antara lain berupa minyak dan gas bumi, batubara, air, panas bumi, gambut, biomasa dan sebagainya, baik secara langsung maupun tidak langsung dapat dimanfaatkan sebagai energi. Secara umum jenis energi dapat dibedakan dalam enam kategori yakni: a. Energi mekanik, b. Energi listrik; c. Energi elektromagnetik; d. Energi kimia; e. Energi nuklir; f. Energi panas.

2. Daya adalah suatu tingkat / laju di mana energi diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, yakni tingkat dimana pekerjaan dilakukan. Misalnya, turbin angin mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik (listrik). Semakin kuat daya turbin angin akan menghasilkan energi listrik yang lebih besar.

3. Energi terbarukan adalah sumber energi yang dihasilkan dari sumberdaya energi yang secara alamiah tidak akan habis dan dapat berkelanjutan jika dikelola dengan baik, antara lain : panas bumi, biofuel, aliran air sungai, panas surya, angin, biomassa, biogas, ombak laut, dan suhu kedalaman laut.

4. Kendala dalam pemanfaatan energi terbarukan (ET) untuk elektrifikasi perdesaan adalah (1) Kebijakan Pemerintah terhadap bahan bakar fosil. (2) Energi terbarukan pada umumnya membutuhkan investasi awal yang tinggi. (3) Tidak ada pinjaman lunak jangka panjang dari Bank / Lembaga keuangan lokal. (4) Kurangnya data dan infrastruktur penunjang. (5) Sumber daya energi terbarukan pada umumnya bersifat intermittent.

5. Kebijakan energi nasional Indonesia bertujuan untuk mengurangi ketergantungan pada minyak dan gas dan untuk membuat variasi campuran energi dengan meningkatkan pangsa dari sumber energi yang lain seperti energi terbarukan. Indonesia telah menargetkan untuk memenuhi pangsa dari energi terbarukan sampai dengan 17% pada tahun 2025, seperti yang dinyatakan dalam Cetak Biru Program Penerapan Energi Nasional 2007-2025.

6. Dasar dari pengembangan energi terbarukan seperti yang dinyatakan dalam Blue Print Pengelolaan Energi Nasional adalah target Pemerintah untuk meningkatkan peranan energi terbarukan dalam total bauran energi nasional dari kurang dari 4% pada tahun

288

APPENDIX

2006 menjadi 17% pada tahun 2025. Dalam mencapai target, Pemerintah telah memberlakukan peraturan untuk meningkatkan penggunaan energi terbarukan di Indonesia dan beberapa peraturan lainnya yang sedang diformulasikan.

7. Sebutkan beberapa penerapan teknologi energi terbarukan di masyarakat perdessaan:

a. Kebutuhan listrik dan penerangan: Dapat dipenuhi dengan memanfaatkan teknologi PV (solar home system dan solar lighting), teknologi wind farm/ wind turbine, teknologi biogas dan biomass gasification.

b. Kebutuhan air untuk minum, memasak, mencuci, irigasi, dl: Dapat dipenuhi dengan memanfaatkan teknologi solar pumping, wind mill/wind pump, solar distillation / solar still (khusus untuk air minum).

c. Kebutuhan bahan bakar untuk memasak: Dapat dipenuhi dengan memanfaatkan teknologi solar cooker, biogas, briket dari energi biomasa, dll.

d. Kebutuhan energi untuk kegiatan produktivitas seperti produksi hasil pertanian / kehutanan, peternakan, perikanan, industri kecil dan menengah, dsb. Teknologi yang dapat dimanfaatkan antara lain ; pengering surya, biogas, biofuel, gasifikasi biomasa, sistem pemompaan tenaga angin, kincir angin untuk tenaga penggerak, dan

lain-lain.

8. Teknologi PV mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik melalui perangkat semikonduktor yang disebut sel surya, sedangkan teknologi surya termal memanfaatkan panas dari radiasi matahari dengan menggunakan alat pengumpul panas atau yang biasa disebut kolektor surya.

9. Penggunaan PV kebanyakan untuk elektrifikasi pedesaan, pemompaan air, telekomunikasi, dan lemari pendingi di klinik kesehatan pedesaan.

10. Prospek teknologi energi surya termal cukup besar, terutama untuk mendukung peningkatan kualitas pasca-panen komoditi pertanian, untuk bangunan komersial atau perumahan di perkotaan.

11. Energi angin adalah sumber energi terbarukan yang dapat diubah menjadi energi mekanis dan listrik melalui sistem konversi. Energi kinetik yang ditampilkan dalam gerakan angin dapat diubah menjadi energi mekanis untuk mengoperasikan perlengkapan mekanis seperti pompa, kincir, dan lain-lain. Energi mekanis kemudian digukan untuk memutar rotor dalam generator untuk menghasilkan listrik.

12. Teori dasar perhitungan potensi listrik tenaga mikro hidro.

Debit Sungai: Besarnya debit aliran sungai sepanjang tahun akan selalu berfluktuasi. Di dalam penentuan debit disain suatu PLTMH diambil debit minimum aliran sungai sepanjang tahun untuk menjamin

3JAWABAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

289

pembangkit dapat beroperasi secara terus menerus. Untuk itu di dalam melakukan detil survei hanya dipilih lokasi dengan sungai yang selalu mengalir sepanjang tahun baik di musim hujan maupun kemarau.

Penentuan Tinggi Jatuh (head): Selain debit tinggi jatuh juga sangat berpengaruh dalam menentukan besarnya potensi energi mikro hidro. Untuk mendapatkan tinggi jatuh yang optimum dapat digunakan beberapa alternatif sebagai berikut: saluran pembawa panjang, pipa pesat pendek atau saluran pembawa pendek, pipa pesat panjang. Selain itu perlu dipertimbangkan pula jarak antara rumah pembangkit terhadap lokasi pemukiman untuk optimasi panjang jaringan transmisi-distribusi.

Perhitungan Potensi Hidrolik: Parameter utama dalam menentukan potensi hidrolik (Ph) adalah besar debit sungai (Q) dan beda tinggi/head (h).

Kapasitas Pembangkit: Sebagai acuan awal untuk mengetahui kapasitas daya listrik yang dapat dibangkitkan dari suatu potensi mikrohidro secara sederhana dapat digunakan asumsi efisiensi total adalah sebesar η = 0.6.

MODUL 2: ENERGI SURYA

Jawaban Pilihan Soal Ganda

1 B 6 B 11 B 16 A 21 D

2 D 7 C 12 D 17 B 22 A

3 A 8 C 13 A 18 C 23 D

4 D 9 D 14 D 19 B 24 C

5 C 10 A 15 D 20 C 25 D

Jawaban Soal Isian

1. A. 983 W/m2

B. Sama dengan radiasi di atas atap = 983 W/m2

C. Atap = 983 W/m2 x 50 m2 = 49,15 kW

Halaman = 983 W/m2 x 10 m2 = 9,83 kW

2. Surya termal : menghasilkan energi panas, menggunakan kolektor surya, sedangkan Fotovoltaik : menghasilkan energi listrik, menggunakan sel surya

3. Teknologi PV dapat dimanfaatkan dimana saja asalkan tersedia sinar matahari. PV sangat cocok dimanfaatkan di daerah terpencil yang sulit dijangkau oleh jaringan listrik PLN

4. Saat mendung ataupun hujan, modul surya masih dapat menghasilkan listrik dengan daya yang lebih kecil dari kapasitas maksimum yang bisa dihasilkannya

5. Dipasang di area yang terbuka, tidak tertutup oleh bayangan , menghadap ke utara dan menggunakan frame untuk dudukan modul

290

APPENDIX6. Asumsi : Lama beroperasi : 12 Jam

Total energi harian = 30 W x 12 jam = 360 Wh

Komponen yang dibutuhkan ;

a. Modul surya = 360 Wh / 4*

= 90 Wp (*insolasi surya 4 jam/hari) = 2 bh modul dengan kapasitas @ 50 Wp

b. Baterai = 360 Wh x (3 hari / 12 V )* = 90 Ah (*asumsi selama 3 hari tidak ada sinar matahari/mendung dan tegangan baterai 12 V)

c. Tiang lampu = 6 s/d 7 m

d. Sensor gelap/terang

7. Boleh, asalkan menamban modul surya atau baterai sesuai jumlah beban daya yang ditambahkan.

8. Dengan menggunakan prinsip kolektor surya yaitu menangkap, mengumpulkan dan menyerap sinar matahari untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan

9. Keuntungan kompor parabola: Masakan cepat matang, efisiensi tinggi dan bisa untuk memasak berbagai jenis makanan. Kelemahan: susah dibuat, membutuhkan areal yang luas, kurang praktis dan tidak ergonomis.

10. Kaca/cermin, kertas, wol, sisa kain, rumput kering, potongan kardus, aluminium foil, kantong plastik, jelaga.

11. a. Kolektor plat pemanas udara : Mengumpulkan dan menyerap panas radiasi matahari

b. Ruang pengering : tempat

terjadinya proses pengeringan

c. Rak pengering : Tempat meletakkan bahan/komoditi yang akan dikeringkan. Rak pengering terdapat di dalam ruang pengering

d. Cerobong udara : Meningkatkan sirkulasi udara dan efisiensi pengeringan

12. Bersihkan penutup kaca dari debu atau kotoran lain dengan kain lap basah lalu disiram air. Kaca yang kurang bersih akan memperlambat proses pengeringan

Bila kolektor atau ruang pengering kemasukan daun kering, kertas, atau kotoran harus dibersihkan dengan disiram air

Kurang lebih 2 tahun sekali kolektor dan bagian-bagian luar serta kerangka di cat hitam kembali supaya kerjanya tetap optimal

13. Murah, karena sumber energinya langsung dari matahari

Bahan yang dikeringkan bersih, tidak kena debu dan aman dari gangguan ayam, burung, hewan, dan lainnya

Proses pengeringan lebih cepat dibanding dijemur secara terbuka

Bahan yang dikeringkan tidak perlu di bolak balik dan saat hujan turun kita tidak perlu mengangkatnya

Dapat digunakan untuk mengeringkan berbagai bahan, Tahan lama bisa sampai 15 – 25 tahun

14. Secara umum prinsip kerja penyuling

3JAWABAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

291

air tenaga surya adalah memanaskan air yang akan disuling menggunakan panas yang dihasilkan dari kolektor surya hingga menghasilkan uap air. Kemudian uap air ini akan mengalami kondensasi dan menghasilkan embun yang dialirkan dan ditampung sebagai air bersih.

15. Tergantung pada ukuran distilator surya yang digunakan. Semakin besar ukurannya semakin banyak air minum yang bisa dihasilkan.

MODUL 3: ENERGI ANGIN

Jawaban Soal Pilihan Ganda:1 C 8 D 15 D 22 C 29 B2 B 9 C 16 B 23 C 30 A3 C 10 C 17 B 24 B 31 D4 D 11 D 18 C 25 C 32 D5 C 12 C 19 D 26 B 33 D6 C 13 B 20 B 27 D 34 C7 C 14 C 21 C 28 D 35 B

Jawaban soal isian :

1. Turbin angin poros datar adalah turbin angin yang bekerja berdasarkan gaya angkat (lift) sedangkan poros tegak berdasarkan gaya hambat (drag).

2. Elemen elemen topografi terdiri dari 3 jenis yaitu: kekasaran permukaan; orografi dan rintangan.

3. Posisi rotor turbin angin dapat dibagi dalam 2 (dua) tipe yaitu upwind dan downwind.

4. Berdasarkan keluaran yang dihasilkan, sistem konversi energi angin (SKEA)

terdiri dari dua jenis yaitu SKEA listrik atau turbin angin untuk menghasilkan listrik dan SKEA mekanik atau kincir angin untuk penggerak mekanik.

5. Pengelompokan turbin angin menurut kapasitas adalah: skala kecil ( sampai 10 kW; skala menengah (10 – 100 kW) dan skala besar ( > 100 kW).

6. Contoh data angin sekunder adalah (sebutkan beberapa): daya, energi, kecepatan angin rata rata.

7. Pengolahan data angin untuk sebuah lokasi akan menghasilkan informasi yang bermanfaat untuk pemanfaatan energi angin. Informasi tersebut adalah (sebutkan minimal 3): kecepatan angin (rata rata, maksimum, minimum, lull, distribusi); daya angin spesifik (WPD); dan Energi angin spesifik (EPD).

8. Kecepatan angin operasional sebuah turbin angin dinyatakan oleh 4 parameter utama yaitu: cut-in; nominal(rated); cut-out dan maksimum.

9. Dua parameter utama dalam merancang kincir angin untuk pemompaan mekanik agar menghasilkan energi tertentu adalah. tinggi jatuh (head) dan debit aliran air.

10. Empat parameter yang mempengaruhi dalam menentukan energi yang dihasilkan oleh sebuah turbin angin, berturut turut adalah (tuliskan mulai dari pengaruh yang paling besar): kecepatan angin;

292

APPENDIXdiameter rotor; efisiensi total turbin angin dan rapat massa udara.

MODUL 4: ENERGI BIOMASSA

Jawaban Soal Pilihan Ganda:

1 D 6 C 11 C 16 A2 A 7 B 12 C 17 C3 C 8 A 13 B 18 C4 C 9 C 14 A 19 A5 C 10 B 15 D 20 C

Jawaban Soal Isian

1. Iklim tropis umumnya tidak memiliki masalah dengan suhu karena bakteri anaerob berkembang di suhu yang lebih tinggi. Jika Anda tinggal di ik-lim yang lebih sedang, Anda mung-kin perlu untuk memanaskan tangki selama bulan dingin. Jika suhu dalam tangki mencapai suhu di bawah 20 ° C, produksi biogas melambat. Dalam kondisi dingin, Anda tidak akan memi-liki pencernaan-hanya poopsicle be-sar.

2. Jika tinggi campuran dalam tangki sama dengan tinggi pipa keluaran, apa pun dimasukkan melalui pipa masukan akan memaksa volume yang sama keluar tabung keluar di ujung lainnya.

3. Manfaat sebagai berikut seperti:

• Meningkatkan efisiensi pembakaran bensin karena oxygenitas yang me-lekat pada bioetanol sehingga akan diartikan menjadi kinerja yang lebih baik, karbon monoksida berkurang dan emisi hidrokarbon tidak terbakar

yang dalam banyak kasus mening-katkan ekonomi bahan bakar;

• Memberikan nilai oktan tinggi dengan biaya rendah sebagai bahan bakar al-ternatif dengan aditif berbahaya;

• Biodegradable tanpa efek yang meru-gikan terhadap lingkungan;

• Mengurangi emisi gas rumah kaca karena pembakaran lebih efisien se-hingga secara signifikan mengurangi karbon terbakar;

• Efisiensi volumetrik yang tinggi dan pembakaran yang lebih dingin dari-pada bensin membantu katup selalu dingin dan berperan dalam pening-katan daya;

• Bioetanol Murni dapat menggantikan bensin di mesin yang telah dimodifi-kasi, atau dapat dicampur dengan bensin sampai dengan tiga belas kon-sentrasi persen (13%) untuk bahan bakar mesin bensin yang tidak di-modifikasi.

4. Bahan bakar yang dicampur dengan etanol 10% akan mengurangi karbon monoksida (CO) emisi sampai 30%. Karbon monoksida adalah gas bera-cun yang menyumbang polusi udara. Hal ini menjadi perhatian khusus ke-tika kendaraan yang beroperasi pada suhu yang lebih rendah. Oksigenasi bahan bakar, seperti campuran etanol, menurunkan kadar CO yang dilepas-kan, dengan menghasilkan pemba-karan lebih lengkap dari bahan bakar. Bensin dicampur dengan etanol 10% akan mengurangi karbon dioksida (CO2) memasuki atmosfer antara 4

3JAWABAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

293

dan 7%. Karbon dioksida merupakan produk normal dari bahan bakar pem-bakaran yang berkontribusi terhadap pemanasan global. Lebih banyak CO2 diserap oleh pertumbuhan tanaman daripada yang dirilis oleh produksi dan penggunaan etanol.

5. Baik etanol dan metanol adalah alko-hol. Etanol merupakan fermentasi alkohol, juga digunakan sebagai minu-man alkohol, dibuat terutama dari gandum tetapi juga dapat dilakukan dari berbagai sumber seperti tepung atau gula dari kentang, whey keju, tebu, atau bahkan dari selulosa dalam bahan tanaman atau limbah kertas. Metanol biasanya dibuat dari gas alam atau batubara, dan juga dike-nal sebagai “alkohol kayu”. Methanol sangat korosif, lebih stabil daripada etanol, sangat beracun, tidak boleh dikonsumsi oleh manusia atau hewan, dan dapat merusak komponen sistem bahan bakar plastik dan karet (elasto-mer).

6. Kami harap tidak. Kami pikir ini adalah cara praktis untuk menurunkan energi (dan pendapatan) dari pengelolaan skema re-vegetasi asli, off-pengaturan produksi bahan bakar fosil listrik. Kami pikir ini adalah alasan yang baik untuk melakukan lebih dari sekedar mena-nam pohon, tapi mempertahankan dan memelihara mereka dan meng-hasilkan energi terbarukan di sepan-jang jalan.

7. 60.000 k cal x 100/30 = 200.000 kcal kalor pembakaran yang dibutuhkan. Jika nilai kalor batok kelapa adalah

4.000 kcal/kg, maka yang dibutuhkan adalah 50 kg /jam.

8. a.Volume 50 kg batok kelapa sebesar = berat/berat jenis = 50 / 0,35 = 142 liter/jam

b. Luas penampang = 142 (dm3/jam) / 6 (dm/jam) = 24 dm2

c. Panjang dan lebar yang dibutuhkan = akar dari 24 = 4,8989 dm mendekati 5 dm

9. Risiko terbesar tunggal untuk mesin yang berjalan pada gas produk adalah risiko pembentukan tar dalam gas. Hal ini hanya terjadi jika gasifier ini diran-cang dengan tidak baik atau diopera-sikan dengan buruk. Tar akan menye-babkan bagian-bagian mesin (misalnya batang katup, piston) menjadi lengket dan ini akan menyebabkan kerusakan seperti pushrods bengkok dan patah, arm rocker, con-rods dll. Sebuah me-sin tidak boleh dioperasikan jika ada tar hadir dalam gas stream.

10. Gas yang dihasilkan oleh gasifier bio-massa bisa digunakan untuk bahan bakar

Power generasi: Pada penggilingan padi, Cold Storage, penggilingan tepung, Paper Mills, Re Rolling Mills, pada proses Industri yang memiliki ketersediaan bahan bakar yang kon-tinyu.

Aplikasi-Thermal: Dalam semua Jenis Tungku / oven / pengering Thermo Pack / Boiler unit / Re Rolling Mill / Pencairan Alumunium & Kuningan / Pemanasan dan Tungku pemanas dll

294

APPENDIXMODUL 5: MIKROHIDRO

Jawaban Pilihan Soal Ganda

1 B 6 C 11 D 16 D 21 B2 B 7 B 12 B 17 A 22 C3 A 8 C 13 C 18 C 23 C4 D 9 B 14 B 19 A 24 C5 C 10 A 15 A 20 D 25 D

Jawaban Soal Isian1. Dengan Hn =60m, Q =100 liter per detik=0.1

m3 per detik, g=10 m per detik2, dan η =60%, maka P = η x Q x Hn x g

Kilo Watt = 0,6 x 0,1 x 60 x 10 = 36 kW

2. Dengan aturan Simpson diperoleh A=w/3 x [2(y2) + 4(y1+y3)] = 0.198 m2. Kecepatan debit rata-rata (vm) diperoleh dari kecepatan permukaan (vs) dikurangi faktor koreksi 0.25, sehingga vm= 2.5 m per detik. Maka debit sungai Q =A x v = 0.198 m2 x 2.5 m per detik = 0.495 m3 per detik.

3. a. Turbin pletonb. Turbin crossflowc. Turbin Kapland. Turbin Francis

4. Keunggulan pemanfaatan MHP dibandingkan energi terbarukan lainnya?

- Efisiensi yang lebih tinggi (70 – 90 %), yang pada prinsipnya lebih baik daripada teknologi energi yang lain

- Faktor kapasitas (capacity factor) yang tinggi, biasanya lebih besar dari 50% (tergantung aplikasi sistem), dibandingkan dengan PV 10% dan 30% untuk angin. Olehkarena itu lebih handal dalam sistem jaringan tersendiri. (off grid)

- Lebih mudah diprediksi, biasanya berubah sesuai dengan pola curah hujan tahunan

- Perubahan sistem yang lebih lambat, sumber dimana energi dibangkitkan (air) berubah secara berangsur-angsur dari hari ke hari (tidak dari menit ke menit)

- Keterkaitan dengan beban lebih baik, dimana output juga konstan pada malam ataupun siang hari. Dibeberapa wilayah bahkan permintaan beban meningkat ketika air lebih besar dimana daya yang dihasilkan mencapai maksimum.

- Tahan lama dan handal. sistem MHP dapat dipakai sampai 50 tahun bahkan lebih, dan cukup mudah untuk ditangani oleh penduduk desa.

5. Sistem utama pada PLTMH adalah sebagai berikut

a) sistem hidrolik yang terdiri dari ;• intake • saluran pelimpah (spillway)• bak pengendap pasir (desilting

chamber/sandtrap)• saluran pembawa (headrace)• bak penenang (forebay)• pipa pesat (penstock)• turbin.

b) sistem pembangkitan (generator dan juga switchgear)

c) beban/sistem konsumen (peralatan listrik)

d) sistem kontrol (yang mensesuaikan output sistem sesuai dengan beban konsumen, sehingga tegangan dan frekuensi dari listrik yang dibangkitkan tetap konstan pada nilai standard)

6. Komponen sipil utama dan kegunaannya adalah sebagai berikut:

• Bendung pengalihan / Diversion weir

Bendung pengalihan mengalihkan aliran yang dibutuhkan untuk pembangkitan daya dari sungai melalui intake ke dalam sistem penyaluran air pada sebuah MHP.

• lubang intake / Intake orifice

3JAWABAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

295

Lubang intake merupakan pintu masuk menuju saluran pembawa.

• Pintu intake / Intake gate

Pintu intake mengatur aliran masuk dari sungai ke sistem pembawa air. Pintu air juga memungkinkan untuk menutup sama sekali aliran masuk selama periode perawatan dan selama banjir.

• Bak pengendap pasir / Settling basin – sandtrap

Bak pengendap pasir (sandtrap) pada dasarnya merupakan saluran dengan potongan melintang yang diperbesar yang mengakibatkan kecepatan aliran menurun. Karena penurunan kecepatan, batu kerikil, pasir dan sedimen akan mengendap dalam bak ini sehingga tidak akan masuk ke dalam saluran pembawa dan yang terpenting tidak akan masuk ke turbin, dimana partikel-partikel ini dapat menyebabkan abrasi pada runner.

• Saluran pembawa / Headrace channel

Saluran pembawa mengalirkan air dari intake ke bak penenang dengan kehilangan ketinggian yang minimum. Kadang-kadang diperlukan saluran pembawa yang melintasi sungai kecil atau saluran drainase, biasanya harus dipersiapkan sebuah saluran penyeberangan atau jembatan pipa.

• Pelimpah dan saluran pelimpah / Spillway and spillway channels

melalui sistem pelimpah, kelebihan air dikembalikan ke sungai melalui saluran pelimpah. Sistem pelimpah ini juga sangat penting jika sistem saluran pembawa air tertutup (sebagai contoh apabila saringan di bak penenang terhalang) untuk mencegah aliran berlebih yang tidak terkontrol, yang dapat menimbulkan

konsekuensi yang fatal (erosi dan tanah longsor).

• Bak penenang / Forebay

Bak penenang membentuk transisi dari saluran pembawa ke pipa pesat. Dalam beberapa kasus baknya diperbesar dengan tujuan;

• Berfungsi sebagai bak penampungan pada saat beban puncak

• sebagai bak akhir untuk mencegah pengisapan udara (air suction) oleh penstok.

Pada bak penenang harus juga dipasang saringan untuk mencegah benda-benda yang tidak diinginkan masuk ke dalam pipa pesat.

• Pipa pesat / Penstock

Pipa pesat (atau pipa tekanan) menghubungkan bak penenang dengan turbin di rumah pembangkit. Pada kebanyakan kasus biasanya pipa baja yang digunakan, tetapi juga plastik (PE, PVC, HDPE) atau beton, juga merupakan material yang dapat digunakan.

Pipa pesat didukung oleh sliding blocks dan angkor; expansion joint (sambungan) memungkinkan jika terjadi pemuaian pipa secara memanjang (umumnya akibat pengaruh temperatur).

• Rumah pembangkit / Powerhouse

Rumah pembangkit harus dapat menjaga peralatan pembangkit dan kontrol dari kondisi cuaca yang buruk dan mencegah akses masuk bagi orang-orang yang tidak berkepentingan.

• Tailrace channel / Saluran pembuang

Saluran pembuang mengalihkan air kembali ke sungai setelah melalui turbin.

296

APPENDIX7. Data dan informasi yang dibutuhkan untuk

penilaian awal antara lain adalah:• Debit dan head yang tersedia• Peta topografi yang menunjukkan

daerah tangkapan lokasi proyek• Keadaan iklim secara umum dan

kondisi-kondisi hidrologi• kebutuhan beban di lokasi proyek

(load demand)• Akses ke lokasi proyek (transport,

komunikasi,dll)• Biaya konstruksi di lokasi proyek

(secara umum)

8. Lokasi proyek mungkin tidak memiliki potensi hidropower yang cukup untuk memenuhi permintaan beban. Pada kasus ini, sungai yang lebih menjanjikan dengan debit lebih besar atau sumber energi alternatif lain harus diidentifikasi

9. Pengukuran debit dengen metode bucket cocok untuk mengukur debit kecil sampai debit sangat kecil (Q < 5 l/s) sesuai untuk instalasi pico hydropower; debit penuh sungai Q diarahkan ke dalam bucket atau ember dengan volume V [liter] yang diketahui dan waktu t [detik] untuk pengisian terhadap waktu. Rumusan untuk menentukan debit sungai adalah sebagai berikut:

tVQ =

Mengkalibrasi bucket sangat penting. Gunakan botol dengan volume yang telah diketahui dan hitung banyaknya botol-botol yang anda butuhkan untuk mengisi wadah sampai tanda pembeda. Jika terdapat timbangan berskala, timbang bucket/ember yang berisi air dan tentukan volumenya.

Drum minyak 200 liter dapat juga digunakan untuk debit yang lebih besar (Q < 50 l/dtk) tetapi persiapan (misalnya bendung dan bak) untuk mengarahkan debit ke dalam drum

akan memakan waktu.

10. Perbedaan generator sinkron dengan generator asinkron? (lihat tabel berikutnya)

11. Ketika terjadi perubahan beban pada konsumen, misalnya pada malam hari (lebih dari jam 10 malam) dimana beban pembangkit berkurang secara signifikan maka keadaan seperti berikut ini akan terjadi :

a. Putaran generator akan naik karena daya hidrolik yang masuk tetap sama (jika pembangkit tidak menggunakan flow control)

b. Dengan naiknya putaran generator maka frekuensi dan tegangan juga akan naik (khususnya generator tanpa AVR). Keadaan ini dapat membahayakan peralatan listrik dan elektronik (lampu putus, peralatan elektronik terbakar)

12. Hal-hal pokok perlu diperhatikan pada perawatan jaringan transmisi adalah:

Jaringan transmisi dan distribusi digunakan untuk menghantarkan energi listrik ke konsumen yang biasanya pada tegangan rendah (220/380 V). Jaringan distribusi pada umumnya terdiri dari empat kabel, 1 netral dan 3 line yang masing mempunyai tegangan sama (jika beban seimbang). Hal-hal yang dapat dilakukan untuk memelihara jaringan distribusi adalah :

• Pemeriksaan sepanjang jaringan dari gangguan yang diakibatkan oleh tumbuhan. Seperti pohon roboh dan ranting yang menghalangi jaringan distribusi terutama jika menggunakan kabel telanjang.

• Periksa kerusakan yang mungkin terjadi pada tiang penyangga kabel akan adanya kemungkinan roboh, keropos dll.

• Periksa kabel-kabel penghantar terhadap kemungkinan kendor atau

3JAWABAN

PE

NG

AN

TAR

ET

SU

RYA

AN

GIN

BIO

MA

SS

AM

IKR

OH

IDR

OA

PP

EN

DIX

PE

ND

AH

ULU

AN

AP

PE

ND

IX

297

putus. Ganti jika dianggap perlu dengan jenis yang sama

• Kontrol secara berkala sambungan keperumahan/konsumen. Pastikan masih bagus, tidak ada pencurian daya dan instalasi ilegal.

Item Generator Sinkron Generator AsinkronKetersediaan Biasanya perlu dipesan khusus dan untuk

daya kecil sulit ditemukan dipasaranMudah didapat pada hampir semua kategori daya

Konstruksi Cukup rumit, kadang dilengkapi dengan slip rings, diode dan rangkaian external

Kompak dan simple.

Harga Untuk daya kecil <50 kW harganya lebih mahal dibanding daya yang sama untuk generator asinkron

Harga relative murah tetapi kapasitor harus diganti setelah waktu tertentu (±2 tahun)

Perawatan Perawatan dilakukan pada field winding dan sikat arang/brush (jika ada)

Perawatan dilakukan pada stator, pendinginan, tetapi tidak diperlukan untuk rotor type squirrel cage

Sinkronisasi Diperlukan synchronizer untuk parallel ke jaringan

Tidak dibutuhkan alat sinkronisasi

Independensi Operasi

Operasi independent memungkinkan operasi independent tidak memungkinkan, karena dibutuhkan exsitasi dari luar (jaringan atau kapasitor)

Penyesuaian Power Factor

Operasi pada power factor yang dikehendaki memungkinkan disesuaikan dengan respon load factor

Power factor ditentukan oleh output generator dan tidak dapat disesuaikan

Arus exsitasi Menggunakan exsitasi DC Diambil dari jaringan atau menggunakan kapasitor

Motor start ( i n d u c t i v e load)

Tahan terhadap arus start up motor Tidak tahan untuk arus starting yang besar (bisa kolaps dan kehilangan remanensi magnet )

Overspeed Tidak tahan terhadap overspeed (belitan bisa terbakar) jika terjadi lebih dari waktu tertentu

100 % kecepatan nominalnya masih tahan

Penyesuaian tegangan dan frekuensi

Memungkinkan Tidak memungkinkan. Ditentukan oleh tegangan dan frekuensi suplai (kapasitor atau jaringan)

Efisiensi Efisiensi pada part maupun full load bagus >85%

Efisiensi rendah <70%

Tabel. Perbedaan generator sinkron dengan generator asinkron

pembuatan buku ini didukung oleh kedutaan besar …psflibrary.org/catalog/repository/training manual...

Documents