SOLAR THERMAL ENERGY

STORAGE

Prepared by :

Izzu Farhan Fajri (1006735492)

Ocky Meilianie Puspasari (100673542)

Ratih Harumsari (1006787760)

MANAJEMEN GAS - TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA - 2011

TABLE OF CONTENT

INTRODUCTION

TYPE

TECHNOLOGY & APPLICATION

COST

ADVANTAGE & DISADVANTAGE

SOLAR THERMAL ENERGY IN INDONESIA

LATAR BELAKANG

KRISIS ENERGI :

Ketergantungan terhadap energi tak terbarukan

Konsumsi energi yang terus meningkat

Keterbatasan energi dan perusakanlingkungan

PERLUNYA PENGEMBANGAN ENERGI TERBARUKAN

ENERGI MATAHARI

Cahaya matahari pancaran gelombang

elektromagnet

Salah satu contoh dari

sekian banyak bentuk

energi yang dapat kita

rasakan di bumi dan

telah kita manfaatkan

sumber dayanya

berabad-abad

PEMANFAATAN ENERGI

MATAHARI

PEMANFAATAN ENERGI

MATAHARI

Jumlah tenaga matahari yang mengenai bumi

SANGAT besar

Sinar Matahari adalah sumber daya alam yang

sangat besar, dan sangat berpotensi untuk

menggantikan suber daya alam yang tidak

dapat diperbaharui.

Yearly Solar fluxes & Human Energy Consumption

Solar 3,850,000 EJ

Wind 2,250 EJ

Biomass 3,000 EJ

Primary energy use (2005) 487 EJ

Electricity (2005) 56.7 EJ

PEMANFAATAN ENERGI

MATAHARI

Ada 2 macam teknologi yang sudah

diterapkan:

1. Energi surya fotovoltaik

Photovoltaic, atau konversi energi PV,

secara

langsung mengubah cahaya matahari

menjadi

Listrik

2. Energi surya termal

Energi surya termal menggunakan tenaga

matahari untuk menghasilkan listrik secara

Solar Water Heating

Ada 2 tipe Sistem Solar Water Heating

1. Aktif

Memiliki circulating pumps and controls.

Cara kerjanya ada dua macam :

aktif langsung jika air dipompa ke kolektor panas

untuk dipanaskan lalu menuju langsung ke tangki

penampung.

aktif tidak langsung setelah air dipanaskan di

kolektor panas, air berputar ke pemutar panas

kembali ke kolektor sampai merata kemudian baru

disimpan di dalam tangki.

Contoh : Pemanas Air

Prinsip:

Kolektor solar panel data pada dasarnya merupakan kotak yang ditutupi

kaca yang ditaruh di atap seperti cahaya langit. Di dalam kotak terdapat

serangkaian tabung pemotong dengan sirip pemotong terpasang. Seluruh

struktur dilapisi substansi hitam yang didesain untuk menangkap sinar

matahari. Sinar ini memanaskan air dan campuran bahan anti beku, yang

beredar dari kolektor turun ke pemanas air di bawah tanah.

Solar Water Heating (Cont’d)

2. Passive, tidak memiliki circulating pumps and controls.

lebih mudah dalam pemasangan dengan cara kerja lebih sederhana.

Tangki air berfungsi ganda sebagai kolektor panas dan penampung air. Pergerakan air dikendalikan oleh gaya gravitasi. Air ditimba dari sumber air ke kolektor panas, diputar sehingga panas merata lalu dialirkan ke tangki penyimpan dengan reaksi konveksi. Konveksi menyebabkan terjadinya pertukaran antara air dingin di dalam tangki dengan air yang sudah dipanaskan dari kolektor panas.

Solar Water Heating (Cont’d)

SOLAR THERMAL ENERGY

– solar thermal collector :

HIGH -temperature collectors

MEDIUM -temperature collectors

LOW -temperatur

e collectors

Berupa flat plates/plat datar

umumnya digunakan untuk

memanaskan kolam renang

Berupa flat plates/plat datar

digunakan untuk

memanaskan air atau udara

pada perumahan dan

komersial

cermin atau lensa

digunakan untuk

produksi tenaga listrik.

PROVEN AND

MATURE

TECHNOLOGIE

S

PERLU

PENELITIAN DAN

PENGEMBANGA

N LEBIH LANJUT

UNTUK MENJADI

KOMPETITIF

– mengumpulkan radiasi matahari untuk memanaskan air dan

udara untuk perumahan dan industri diantaranya sbb :

- pemanas kolam renang

- pemanas ruangan untuk rumah, kantor

- air panas untuk domestik dan industri

- desalinasi

- alat pemasak energi matahari

- pengeringan tanaman

APLIKASI

LOW & MEDIUM thermal collector

Pada akhir tahun 1998, sekitar 30 juta m2 kolektor surya di seluruh dunia yang menyediakan air panas domestik dan komersial.

sekitar 180 produsen di Eropa dan UnitedStates saja.

Di Eropa, mar-ket telah tumbuh sebesar 18 % per thn (1990)dan diharapkan mencapai 15 juta m2 dengan tahun2003.

Pengalaman di Australia dan Belanda menunjukkan bahwa peraturan yang mendukung dapat di-lipatan volume produksi, sehingga menurunkan biaya secara keseluruhan.

TREND INDUSTRI DAN PASAR

“LOW & MEDIUM thermal collector ” :

PRINSIP KERJA :

menggumpulkan panas matahari dengan concentrate solar

power untuk menjalankan turbin, yang kemudian

menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik

APLIKASI

HIGH thermal collector

MAYOR SOLAR THERMAL PLAYER

Spanyol dan Australia adalah negara terkemuka saat ini dalam

produksi energi surya termal.

Spanyol sudah menghasilkan sebagian besar listrik mereka

dengan fasilitas termal surya mereka, seperti Acciona dan

Abengoa - pendiri PS10 dan PS20 .

Abengoa adalah pionir menara listrik pertama yang digunakan

untuk produksi energi komersial.

eSolar bekerja dengan Southern California Edison untuk

menggunakan teknologi panas matahari untuk menghasilkan

245 MW listrik.

BrightSource memiliki kontrak dengan Pacific Gas dan Electric

Company untuk membawa tenaga surya yang dihasilkan lebih

panas ke California.

An eSolar project in California.

Abengoa’s PS10 project in Seville, Spain.

The Acciona Nevada Solar One plant :

75 MW (Parabolic Trugh)

System Concentrated-solar technology

menggunakan cermin atau lensa untuk

memfokuskan cahaya matahari dari area

besar ke area kecil.

Concentrating technologies ada dalam empat

bentuk umum, yaitu melalui :

Parabolic trough

Dish Striling

Concentrating linear Fresnel reflector

Solar power tower

Concentrate Solar Power

2. DISH STRILING1. PARABOLIC TROUGH

3. FRESNEL REFLECTOR 4. SOLAR POWER TOWER

1. Parabolic Trough

PENGERTIAN Terdiri dari reflektor parabola linier yang cahaya

terkonsentrasi ke penerima/receiver diposisikansepanjang garis fokus reflektor itu.

Penerima/receiver adalah tabung diposisikan tepatdi atas tengah cermin parabola dan diisi denganfluida kerja.

Reflektor mengikuti matahari selama siang haridengan melacak sepanjang sumbu tunggal.Bersamaan dengan itu, fluida kerja (misalnyamolten-salt) menjadi dipanaskan hingga 150-350°Ckemudian mengalir melalui receiver dan kemudiandigunakan sebagai sumber panas untuk systempembangkit listrik sistem.

KELEBIHAN :

Merupakan Thermal Concentrate yangpaling maju dan banyak digunakan

Berpotensi untuk menyimpan energipanas matahari untuk digunakanselama periode non-surya dan untukmengirimkan ketika dibutuhkan.

Maka penyimpanan energi termal(TES) memungkinkan pembangkitlistrik mencapai kapasitas tahunanlebih tinggi 25% - 70% tanpapenyimpanan panas

TEKNOLOGI PERNYIMPANAN ENERGI PANAS

“Parabolic Trough” terdiri dari :

Storage systems

Two-tank direct

Two-tank indirect

Single-tank thermocline

Molten-salt heat transfer fluid

Storage media

STORAGE TANK“Single-Tank Thermocline”

Pengertian :

Satu tank untuk hot dan cold fluid

hot fluid terletak di bagian atas dan cold fluid di bawah.

Kelebihan :

sistem penyimpanan dengan biaya lebih murah dibandingmenggunakan two-tank storage.

Selain itu sebagian dari storage fluid dapat diganti dengan low-cost filler material (quartzite rock and sand for the filler material)

Thermocline test at Sandia National Laboratories

HEAT TRANSFER FLUID (MOLTEN-SALT)

Cairan perpindahan panas : minyak sintetis atau molten-salt

Saat ini lebih banyak digunakan nitrate molten-salt

untuk suhu operasi yang lebih tinggi sehingga meningkatkan efisiensi

pabrik

Harganya relatif lebih rendah daripada minyak sintetik

Molten salt membeku pada suhu tinggi 120 - 220°C maka harus dipastikan

molten-salt tidak membeku dalam pipa pada malam hari.

Research :

The Italian research laboratory, ENEA, menemukan molten-salt (a salt

mixture) yang membeku pada 220°C

Sandia National Laboratories mengembangkan salt mixture yang

mempunyai titik beku dibawah 100°C

FILLER MATERIAL INSIDE TANK

Berguna untuk :

mengurangi volume cairan molten-salt yang diperlukan

Menghambat konduksi aksial

Filler Material :

quartzite rock and silica

Mekanisme :

Pada bagian atas dan bawah porous bed adalah distributor daerah bebas dari filler bed. Daerah distributorini berfungsi untuk mempertahankan kondisi aliran seragam pada kedua ujung filler bed untuk mencapai tingkatan termal yang baik di dalam filler bed.

charge half-cycle : Molten-salt mengalir melalui filler bed dari atas ke bawah filler bed dalam

discharge half-cycle. : arah sebaliknya

PENGERTIAN

Dish Stirling or Dish Engine System terdiri dari sebuah reflektor parabola yang berdiri sendiri yang mengkonsentrasikan cahaya ke receiver/penerima diposisikan pada titik fokus reflektor itu.

Reflektor mengikuti Matahari sepanjang dua sumbu.

Fluida kerja di receiver/penerima dipanaskan hingga 250-700°C dan kemudian digunakan oleh mesin Stirling untuk menghasilkan listrik.

KELEBIHAN

Parabolic-dish system mempunyaiefficiensi matahari-ke-listrik tertinggi

2. Dish Strilling

PENGERTIAN

tipis, strip cermin datar untuk mengkonsentrasikan sinar matahari ke tabung melalui fluida kerja yang dipompa.

KELEBIHAN

Cermin datar permukaannya lebih reflektif dibanding reflektor parabola,untuk menangkap lebih banyak sinar matahari yang tersedia,

lebih murah daripada reflektor parabola.

Fresnel reflektor dapat digunakan dalam berbagai ukuran CSP

3. Fresnel Reflectors

Liddell Power Station's

Fresnel solar power plant PE 1 in southern Spain

PENGERTIAN

solar power tower terdiri dari sebuah array of dual-axis tracking reflectors (heliostats) yang mengkonsentrasikan cahaya pada pusat receiver/penerima di atas menara, Didalam penerima/receiver berisi fluida kerja, yang dapat berupa air laut.

Fluida kerja di receiver/penerima dipanaskan hingga 500-1000 ° C dan kemudian digunakan sebagai sumber panas untuk pembangkit listrik atau energi sistem penyimpanan .

KELEBIHAN

Pengembangan Power-tower kurang maju dibanding denganparabolic trough , tetapi mereka menawarkan efisiensi yang lebih tinggi dan lebih baik kemampuan penyimpanan energi.

PLANT :

Solar-Two di Daggett, California

Planta Solar 10 (PS10) di Sanlucar la Mayor, Spanyol

5 MW eSolar yang SunTower Sierra di Lancaster, California

(menara CSP operasi fasilitas hanya di Amerika Utara)

4. Solar Power Tower

Solar Towers from left: PS10, PS-10 merupakan Solar Power Generation Plant pertama dengan power yang akan dihasilkan lebihdari 300MW pada tahun2013.

PS10 solar power tower menyimpan panas dalamtank sebagai superheated dan pressurized water pada 50 bar @ 285°C.

Negara Spain

LocationSanlúcar la Mayor,

Andalusia

Coordinates

37°26′36.42″N

06°15′14.28″WCoordinate

s: 37°26′36.42″N

06°15′14.28″W

Status Operational

Construction began 2004

Construction cost €35 million

Owner(s) Abengoa Solar

Constructor(s)

Tecnical-Tecnicas

Reunidas

ALTAC

Solar farm information

Type CSP

CSP technology Solar power tower

Heliostats 624

Power generation information

Installed capacity 11 MW

• mirrors (kaca) mempunyai permukaan area pengkuran 120 m²

dimana kosentrat sinar matahari sampai atas 115 m

• 40-storey tower ditempatkan solar receiver dan steam turbine

• Turbin mengerakkan generator untuk menghasilkan listrik

PS10 (Planta Solar 10) Solar Power Plant

PERBANDINGAN CST VS

PV

Contoh perhitunganmenggunakan data Solar Power Plant diAustralia

Untukmembandingkanteknologi solar yang lain, perlu dilakukanperhitungan “LevelizedPower Cost” dan NPV dari project.

Analisa keekonomianmenggunakan WACC sebesar 9.5%

Umur proyek selama20 tahun

HASIL SIMULASI

Dari hasil simulasi diperoleh ACT solar through plant memiliki Capex paling kecil danLevelized Cost terendah.

Untuk selanjutnya ACT solar through plant akan digunakan dalam simulasi sensitivitasberikut:

Skenario 1: Capex = $4,600/kW (tanpa subsidi, subsidi 33% dan 50%)

Skenario 2: Asumsi lower Capex = $2,500/kW (tanpa subsidi, subsidi 33% dan 50%)

Skenario 3: peningkatan subsidi dengan Capex $2,500/kW untuk mencapai Levelised Cost sebesar$95/MW

Skenario 4: Capex = $4,600/kW tapi menghasilkan listrik 93GWh/a

Skenario 5: menurunkan WACC menjadi 7.5% namun CAPEX tidak diberikan subsidi.

SENSITIVITY ANALYSIS

Input skenario:

SENSITIVITY ANALYSIS

Sensitivity analysis results:

PENGARUH UKURAN DAN

LOKASI PLANT

Peningkatan ukuran plant tidak berbanding lurus dengan cost yang

dikeluarkan, sebagai contoh:

Pada Plant dengan Capex $4,600/kW, peningkatan kapasitas dari 22 MW menjadi 44MW

justru mengurangi Capex menjadi $3,416/kW menjadikan levelised cost turun 25% menjadi

$191/MW

Pada Plant dengan Capex $2,500/kW, peningkatan kapasitas dari 22 MW menjadi 44MW

justru mengurangi Capex menjadi $1,895/kW menjadikan levelised cost turun menjadi

$137/MW (namun harus disadari bahwa angka $2,500/kW sudah sangat rendah.

Pemilihan lokasi plant yang memiliki radiasi panas yang baik dapat mengurangi

cost, sebagai contoh:

Apabila Plant dibangun di Mildura (Solar radiation 21.7 MJ/m2/day (20% lebih tinggi

dibanding Canbera), maka akan mengurangi Plant cost sebesar $300/kW menjadi

$4,300/kW.

Hal ini mengurangi levelised cost dari $254/MW menjadi $210/MW (berkurang sekitar

17%)

TENAGA TERBARUKAN

LAIN

KEUNTUNGAN

1. Energi panas matahari merupakan energi yang

tersedia hampir diseluruh bagian permukaan

bumi dan tidak habis (renewable energy).

2. Penggunaan energi panas matahari tidak

menghasilkan polutan dan emisi yang

berbahaya baik bagi manusia maupun

lingkungan.

3. Penggunaan energi panas matahari untuk

pemanas air, pengeringan hasil panen akan

dapat mengurangi kebutuhan akan energi fosil.

4. Pembangunan pemanas air tenaga matahari

cukup sederhana dan memiliki nilai ekonomis.

KERUGIAN

1. Sistem pemanas air dan pembangkit listrik

tenaga panas matahari tidak efektif digunakan

pada daerah memiliki cuaca berawan untuk

waktu yang lama.

2. Pada musim dingin, pipa-pipa pada sistem

pemanas ini akan pecah karena air di

dalamnya membeku.

3. Membutuhkan lahan yang sangat luas yang

seharusnya digunakan untuk pertanian,

perumahan, dan kegiatan ekonomi lainya. Hal

ini karena rapat energi matahari sangat

rendah.

4. Lapisan kolektor yang menyilaukan bisa

mengganggu dan membahayakan penglihatan,

misalnya penerbangan.

5. Sistem hanya bisa digunakan pada saat

matahari bersinar dan tidak bisa digunakan

ketika malam hari atau pada saat cuaca

berawan.

6. Penyimpanan air panas untuk perumahan

bukan merupakan masalah, tetapi

penyimpanan uap air pada pembangkit listrik

memerlukan teknologi yang sulit.

KERUGIAN (Cont’d)

TEKNOLOGI DAN

KEMAMPUAN NASIONAL

Selama ini masih dilakukan secara tradisional

Pengguna : para petani dan nelayan di

Indonesia untuk mengeringkan hasil

pertanian dan perikanan secara langsung.

TEKNOLOGI DAN KEMAMPUAN

NASIONAL

Secara umum, teknologi surya termal yang kini

dapat dimanfaatkan termasuk dalam teknologi

sederhana hingga madya.

Skala rendah (temperatur kerja lebih kecil atau

hingga 60 o C) dapat dibuat oleh bengkel

pertukangan kayu/besi biasa.

Skala menengah (temperatur kerja antara 60

hingga 120 o C) telah dikuasai dari rancang-

bangun, konstruksi hingga manufakturnya secara

nasional. dapat dilakukan oleh industri manufaktur

nasional.

PERALATAN YANG DIKUASAI

Peralatan yang telah dikuasai perancangan danproduksinya seperti sistem atau unit berikut:

• Pengering pasca panen (berbagai jenis teknologi);• Pemanas air domestic;• Pemasak/oven;• Pompa air (dgn Siklus Rankine dan fluida kerja

Isopentane );• 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.

SASARAN PENGEMBANGAN

Meningkatnya kapasitas terpasang sistem

energi surya termal, khususnya untuk

pengering hasil pertanian, kegiatan produktif

lainnya, dan sterilisasi di Puskesmas.

Tercapainya tingkat komersialisasi berbagai

teknologi energi surya thermal dengan

kandungan lokal yang tinggi.

STRATEGI PENGEMBANGAN

ENERGI

a. Mengarahkan pemanfaatan energi surya termal

untuk kegiatan produktif, khususnya untuk

kegiatan agro industri.

b. Mendorong keterlibatan swasta dalam

pengembangan teknologi surya termal.

c. Mendor ong terciptanya sistem dan pola

pendanaan yang efektif.

d. Mendorong keterlibatan dunia usaha untuk

mengembangkan surya termal.

PROGRAM PENGEMBANGAN

1. Melakukan inventarisasi, identifikasi dan

pemetaan potensi serta aplikasi teknologi

fototermik secara berkelanjutan.

2. Melakukan diseminasi dan alih teknologi dari

pihak pengembang kepada pemakai (agro-

industri, gedung komersial, dan lain-lain) dan

produsen nasional (manufaktur, bengkel

mekanik, dan lain-lain) melalui forum

komunikasi, pendidikan dan pelatihan dan

proyek-proyek percontohan.

3. Melaksanakan standarisasi nasional komponen dan

sistem teknologi fototermik.

4. Mengkaji skema pembiayaan dalam rangka

pengembangan manufaktur nasional.

5. Meningkatkan kegiatan penelitian dan

pengembangan untuk berbagai teknologi fototermik.

6. Meningkatkan produksi lokal secara massal dan

penjajagan untuk kemungkinan ekspor.

7. Pengembangan teknologi fototermik suhu tinggi,

seperti: pembangkitan listrik, mesin stirling , dan lain-

lain.

PROGRAM PENGEMBANGAN

(Cont’d)

PELUANG PEMANFAATAN

Prospek teknologi energi surya termal cukupbesar, terutama untuk mendukung peningkatankualitas pasca-panen komoditi pertanian, untukbangunan komersial atau perumahan diperkotaan :

Industri, khususnya agro-industri dan industripedesaan, yaitu untuk penanganan pasca-panen hasil-hasil pertanian, seperti: pengeringan (komoditi pangan, perkebunan, perikanan/peternakan, kayu olahan) dan jugapendinginan (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.

PELUANG PEMANFAATAN

(Cont’d)

KENDALA PENGEMBANGAN

Teknologi energi surya termal untuk memasak dan mengeringkan hasil pertanian masih sangat terbatas.

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;

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