ANALISA TEKNIS DAN EKONOMIS PEMASANGAN WIND TURBINE SEBAGAI PENGHASIL DAYA UNTUK SISTEM

PENERANGAN PADA KAPAL TANKER 6500 DWT

Rekayasa Perkapalan – PerencanaanJurusan Teknik PerkapalanFakultas Teknologi KelautanInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

Tugas Akhir (MN091382)

Yogia Rivaldhi4107100066

Dosen Pembimbing :Ahmad Nasirudin, ST, M. Eng

1

2

LATAR BELAKANG

5 February 2012

3

PERUMUSAN MASALAH

Bagaimana memilih tipe, ukuran dan jumlah wind turbine

Bagaimana menentukan dimensi tower

Bagaimana menghitung penghematan genset

Bagaimana menghitung pengurangan kecepatan kapal

Bagaimana mengevaluasi daya main engine

Bagaimana menghitung besarnya biaya investasi danoperasional wind turbine

Bagaimana menghitung penghematan biaya bahanbakar genset

5 February 2012

4

TUJUAN

Untuk mendapatkan jenis, ukuran dan jumlah wind turbine

Untuk mendapatkan dimensi tower

Untuk mendapatkan besarnya penghematan genset

Untuk mendapatkan besarnya pengurangan kecepatan kapal

Untuk mendapakan besarnya penambahan daya main engine

Untuk mendapatkan besarnya biaya investasi dan operasionalwind turbine

Untuk mengetahui besarnya penghematan biaya bahan bakargenset

5 February 2012

5

BATASAN MASALAH

Tidak dilakukan perhitungan untuk konstruksi wind turbine

Sistem penyaluran listrik dari wind turbine tidak masuk dalamperencanaan

Perhitungan stabilitas terbatas pada perhitungan intact stability

Kecepatan angin yang diambil adalah kecepatan angin rata-ratapada jalur pelayaran kapal dan arah angin adalah dari depan kapal

Analisa ekonomis yang dilakukan meliputi analisa biaya pembeliandan operasional wind turbine

5 February 2012

6

MANFAAT

Tugas akhir ini dapat dijadikan sebagai referensi untuk kapaljenis lain dalam hal pengaplikasian teknologi wind turbine

Adanya konsep kapal yang ramah lingkungan yang merupakanupaya pelestarian lingkungan laut dari bahaya polusi akibatlimbah buangan dan gas

5 February 2012

7

Adanya konsep kapal yang hemat bahan bakar yang merupakanharapan kalangan industri pelayaran karena mampu mengurangikonsumsi bahan bakar fosil

8

WIND TURBINE

5 February 2012

9

DEFINISI

5 February 2012

10

Turbin angin atau wind turbine adalah kincir angin yang digunakan untuk memutar generator listrik agar menghasilkan energi listrik dengan

memanfaatkan energi angin

Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin Angin

CARA KERJA

5 February 2012

11

Gambar 1 Skema Kerja Turbin Angin

JENIS WIND TURBINE

5 February 2012

12

Memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus

1. Vertical Axis Wind Turbine

Gambar 2 HAWT

JENIS WIND TURBINE

5 February 2012

13

Memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun secara horisontal

2. Horizontal Axis Wind Turbine

Gambar 3 HAWT

14

METODOLOGI PENELITIAN

5 February 2012

15

Studi literatur

Pengumpulan Data-Rencana Garis-Rencana Umum-Kebutuhan Penerangan-Kebutuhan Daya Genset-Kecepatan Angin

Variasi Wind Turbine

-Daya -Jumlah terpasang-Kebutuhan Baterai-Dimensi tower

Perhitungan

Penghematan Genset

METODOLOGI PENELITIAN

5 February 2012

16

Pemodelan Kapal

Hambatan Kapal dan Wind Turbine Hambatan Total

Evaluasi Kecepatan dan Daya Main Engine

Analisa Stabilitas Kapal Setelah Dipasang Wind

Turbine

Analisa Ekonomis-Perhitungan Biaya Investasi &

Operasional Wind Turbine-Perhitungan Besarnya

Penghematan Bahan Bakar

Wind Turbine Yang Dipilih

Kesimpulan & Saran

SELESAI

17

PENGUMPULAN DATA

5 February 2012

18

Gambar 4 Titik Yang Diambil

Data Kecepatan Angin Data Kebutuhan Penerangan

Titik Yang Diambil

Laut Jawa1

Laut Banda2

KECEPATAN ANGIN

5 February 2012

19

Year Month

Laut Jawa Laut Banda

Average Wind

Direct (0)

Average Wind Speed (knots)

Average Wind

Direct (0)

Average Wind Speed (knots)

2010 Agustus 113,657 16,221 123,753 16,9922010 September 125,505 9,187 107,350 7,6412010 Oktober 160,561 6,531 151,218 5,6002010 November 158,312 5,252 152,722 4,6862010 Desember 286,927 5,313 303,978 6,3132011 Januari 269,880 11,112 254,605 6,4092011 Februari 265,213 11,142 236,520 6,3572011 Maret 274,920 10,677 214,120 6,3352011 April 207,888 7,489 146,297 6,2172011 Mei 130,247 8,826 128,265 13,6442011 Juni 125,656 13,452 132,915 17,1182011 Juli 123,709 14,922 130,198 17,3412011 Agustus 126,086 18,787 129,355 19,195

Rata-Rata 10,686 10,296

Data Kecepatan Angin

10,5 knot

12 knotKecepatan Kapal

15,94 knotAtau

8,21 m/s

Kecepatan Angin Yang Bekerja Pada Turbin

VARIASI WIND TURBINE

5 February 2012

20

No BuatanDaya (Kw)

Kec.Kerja (m/s)

Range Kec (m/s)

Maks Kec (m/s)

Tinggi (m)

Diameter (m)

Luas (m2)

Massa (kg)

1 HAWKSFORD 4 12 3-25 50 3,5 2 7 500

2CENTURY WIND ENERGY 5 10,7 2,8-22,3 44,7 4,6 4 18,4 1088

3 MUCE 5 10 3,5-25 60 4 4 16 376

4 SANTA FE 6 12,5 3-25 40 3 2,75 8,25 130

5 EVERWIND 10 11 4-25 45 5,2 5,2 27,04 552

6 HAWKSFORD 10 12 4-25 55 6,2 6 37,2 1700

7 QIANGSHENG 5 11 3-30 50 1,83 3,5 6,41 437

8 SAIAM 5 11 3-24 50 3,13 3,2 10 102

9 BYTRADE 1 10 3-25 50 1,45 2,5 3,63 168

10 QIANGSHENG 1 10 3-25 50 1,65 2,5 4,13 163

11 DHGate 1 10 3-25 50 2 2,5 5 168

12 SAIAM 1 8 2-24 50 1,8 2,4 4,5 73

13 QINGDAO 1 10 3-25 40 1,65 2,5 4,13 163

14 QIANGSHENG 2 10 3-25 50 1,65 2,5 4,13 252

15 VT 2,5 10 4-25 35 2,6 2,5 6,5 260

Vertical Axis Wind Turbine

VARIASI WIND TURBINE

5 February 2012

21

No BuatanDaya (Kw)

Kec.Kerja (m/s)

Range Kec (m/s)

Maks Kec (m/s)

Diameter (m)Luas (m2)

Massa (kg)

1 ISKRA 5 11 3-20 60 5,4 22,9 280

2 PROVEN WT 6 12 2,5-20 65 5,5 23,76 539

3 TRAVERE 5,5 10 3-15 60 6 28,27 60

4 REDRIVEN 5 10 2-18,0 40 5,2 21,24 380

5 EOLTEC 6 12 4-15,0 60 5,6 24,63 202

6 HUAYING 5 11 3-25 50 5,6 24,63 340

7 CLIMA 5 11 3-25 60 5,2 21,24 400

8 SAIAM 5 kW 5 10 3-25 40 5 19,63 360

9 NANJING 2 8 3-25 50 4 12,56 100

10 BERGEY 1 11 3-20 54 2,5 4,91 43,5

11 ANHUI 1 9 3-20 54 3,1 7,55 84,4

12 ANHUI 2 9 3-25 50 3,8 11,34 93,2

13 CLIMA 1,5 10 3-25 50 3,2 8,04 120

14 SAIAM 2 kW 2 9 3-25 40 3,2 8,04 90

Horizontal Axis Wind Turbine

PERHITUNGAN DAYA OUTPUT

5 February 2012

22

1. Rumus Teoritis

2. Kurva Performansi

P = 0,5 x η x ρudara x A x V3

Dimana

P = Daya output (watt)η = Efisiensi turbin anginρ = Massa jenis udara (kg/m3)A = Swept Area (m2)V = Kecepatan angin (m/s)

η = P1 x 2ρudara x A x V1

3

Efisiensi

Daya Output

Gambar 7 Kurva Performansi

PERHITUNGAN DAYA OUTPUT

5 February 2012

23

Vertical Axis Wind Turbine

Buatan Daya Output (kW)

HAWKSFORD 2.093

CENTURY WIND ENERGY 2.259

MUCE 2.767

SANTA FE 1.001

EVERWIND 7.497

HAWKSFORD 3.316

QIANGSHENG 2.079

SAIAM 2.079

BYTRADE 0.553

QIANGSHENG 0.553

DHGate 0.553

SAIAM 1.081

QINGDAO 0.553

QIANGSHENG 1.107

VT 1.383

Horizontal Axis Wind Turbine

BuatanDaya Output

(kW)ISKRA 2.695

PROVEN WT 3.210

TRAVERE 3.321

REDRIVEN 2.601

EOLTEC 2.931

HUAYING 2.985

CLIMA 2.289

SAIAM 2.767

NANJING 2.162

BERGEY 0.416

ANHUI 0.853

ANHUI 1.745

CLIMA 0.883

SAIAM 1.518

Turbin Terpasang (N)

11108

2237

111139393920392016

Turbin Terpasang (N)

877988108105125132514

21,2 kW

Penerangan

PERHITUNGAN BATERAI

5 February 2012

24

Variasi Baterai

Pemenuhan kapasitas

nQ = Qtot/Qbat

Pemenuhan Tegangan

nV = Vchr/Vbat

Total Kebutuhan

ntot = nQ x nV

1. Total Kebutuhan Baterai

Baterai Yang Dipilih

Merk Rolls

Tipe 8 CH 33 PM

Tegangan 8 volt

Kapasitas 846 Ah

Dimensi

- panjang 718 mm

- lebar 286 mm

- tinggi 464 mm

Berat 187,8 kg

Spesifikasi Baterai

2. Lama Pengisian t = (QbatxVbat) / P

Buatan P (Watt) Lama Pengisian (jam)

HAWKSFORD 2092.637 11.173CENTURY WIND ENERGY 2258.646 11.387

MUCE 2766.938 11.619EVERWIND 7496.998 11.435

SAIAM 2078.842 11.247VT 1383.469 11.619

Buatan P (Watt) Lama Pengisian (jam)

ISKRA 2695.260 11.928PROVEN WT 3210.000 11.446REDRIVEN 2600.583 10.988HUAYING 2985.000 10.770

SAIAM 5 kW 2767.000 11.618NANJING 2162.000 11.896

SAIAM 2 kW 1518.000 12.102

Sumbu Vertikal

Sumbu Horisontal

DIMENSI TOWER

5 February 2012

25

Perencanaan Dimensi Tower

Berdasar Rumus Teoritis

1. Tegangan

Pemodelan Pada Ansys

Analisa Hasil

2. Deformasi

Perhitungsn Gaya Pada Tower

1. Gaya Berat Turbin

3. Gaya Drag Tower

2. Gaya Dorong Rotor

Cek Kekuatan

Gambar 5 Pemodelan Tower

EVALUASI KECEPATAN DAN DAYA MAIN ENGINE

5 February 2012

26

Perhitunganm Hambatan

Total Hambatan

1. Hambatan Kapal

Holtrop

Maxsurf 156 kN

Perhitungan 158 kN

2. Hambatan Turbin0,5 x ρ x V2 x A x CD

+

=

Buatan Hambatan Kapal (kN)

Hambatan Wind Turbine (kN)

Total Hambatan (kN)

HAWKSFORD 156 3.606 159.606CENTURY WIND ENERGY 156 6.163 162.163MUCE 156 3.607 159.607EVERWIND 156 3.263 159.263SAIAM 156 13.437 169.437VT 156 5.094 161.094

Buatan Hambatan Kapal (kN)

Hambatan Wind Turbine

(kN)

Total Hambatan

(kN)ISKRA 156 1.180 157.180PROVEN WT 156 1.078 157.078REDRIVEN 156 1.158 157.158HUAYING 156 1.333 157.333SAIAM 156 1.115 157.115NANJING 156 0.862 156.862SAIAM 156 1.002 157.002

Sumbu Vertikal

Sumbu Horisontal

Pengurangan Kecepatan

Penambahan Daya Main Engine

Ship Resistance and Propulsion

ηp = EHP/BHP

EVALUASI KECEPATAN DAN DAYA MAIN ENGINE

5 February 2012

27

Pengurangan Kecepatan Kapal

Buatan Kec Kapal Baru (knot)

Pengurangan(knot)

HAWKSFORD 11.729 0.271CENTURY WIND ENERGY 11.544 0.456MUCE 11.729 0.271EVERWIND 11.754 0.246SAIAM 11.048 0.952VT 11.621 0.379

Sumbu Vertikal

Buatan Kec Kapal Baru (knot)

Pengurangan(knot)

ISKRA 11.910 0.090PROVEN WT 11.918 0.082REDRIVEN 11.912 0.088HUAYING 11.898 0.102SAIAM 11.915 0.085NANJING 11.934 0.066SAIAM 11.923 0.077

Sumbu Horisontal

Penambahan Daya Main Engine

Buatan Daya Mesin Awal (kW)

Penambahan Daya (kW)

HAWKSFORD 2760 63.799CENTURY WIND ENERGY 2760 109.042MUCE 2760 63.820EVERWIND 2760 57.733SAIAM 2760 237.734VT 2760 90.122

Sumbu Vertikal

Buatan Daya Mesin Awal (kW)

Penambahan Daya (kW)

ISKRA 2760 20.869PROVEN WT 2760 19.066REDRIVEN 2760 20.492HUAYING 2760 23.581SAIAM 2760 19.724NANJING 2760 15.254SAIAM 2760 17.732

Sumbu Horisontal

EVALUASI STABILITAS KAPAL

5 February 2012

28

Maxsurf Hydromax

Perhitungan Stabilitas Kapal Mengacu Pada IMO A. 749 (18)

Pembuatan Model Kapal1

Pembuatan Model Tanki2

Pembebanan4

Kriteria Stabilitas5 Pros

es R

unni

ng

Gambar 6 Pemodelan Tanki

Gambar 7 Kurva Stabilitas

29

BIAYA INVESTASI

5 February 2012

30

BIAYA INVESTASI

5 February 2012

31

ANALISA KELAYAKAN INVESTASI

5 February 2012

32

Biaya Operasional Turbin

1. Biaya Maintenance

2. Biaya Replacement

Biaya Investasi Turbin

+

=

Total Biaya

Biaya Penghematan Bahan Bakar

SFC Genset Lama

SFC Genset Baru

Kelayakan Investasi

Skema Analisa Kelayakan Investasi

Sumber: Wind Turbine Desain Cost and Scalling ModelPerhitungan Biaya Maintenance dan Replacement

ANALISA KELAYAKAN INVESTASI

5 February 2012

33

34

KESIMPULAN

5 February 2012

35

Spesifikasi wind turbine yang dipilih

Jumlah wind turbine yang dibutuhkan10 buah @ 2162 Watt

Tower wind turbine berbentuk tabung berongga dengan diameter luar 150 mm

dan diameter dalam 120 mm.

Generator yang baru berjumlah 3 @354 kW.

KESIMPULAN

5 February 2012

36

Kecepatan service 11,9 knot atau mengalami pengurangan kecepatan

sebesar 0,066 knot.

Daya mesin 15,2 kW. Karena pengurangan kecepatan kapal tidak terlalu

signifikan, maka tidak perlu dilakukan penggantian main engine.

Biaya investasi dan operational wind turbine dengan lama operasi 15 tahun

sebesar USD 325,157.56 sehingga biaya investasi dan operasional wind

turbine per tahunnya sebesar USD 21,677.17

Penghematan bahan bakar generator USD 552.74 per hari atau USD

192,905.68 per tahun.

SARAN

5 February 2012

37

Perlu dilakukan pemodelan wind turbine dengan menggunakan CFD.

Perlu dilakukan survei kondisi kapal secara langsung

Perlu dilakukan variasi sudut serang angin terhadap wind turbine

Perlu dilakukan penelitian yang menggantikan seluruh kebutuhan listrik kapal

dengan energi angin dengan demikian secara ekonomis penggantian ini dapat

lebih signifikan dirasakan pengaruhnya.

TERIMA KASIH ATAS PERHATIANNYA