penerapan pembangkit listrik tenaga arus laut dengan

Penerapan Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut dengan Menggunakan Turbin Darrieus; Studi Kasus Selat Larantuka

1. Maryam Muthi’ah Karimah, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok,16424, Indonesia2. Amien Rahardjo, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia

[email protected]

Abstrak

Pada tahun 2013 rasio elektrifikasi di Indonesia hanya 78,06%, artinya masih banyak daerah yang belum teraliri oleh listrik. Padahal sumber daya energi terbarukan di Indonesia mencapai 1,2 x 109 MW, tapi yang termanfaatkan hanya 4.679,37 MW. Hal ini menunjukkan perlunya optimalisasi terhadap sumber daya energi terbarukan di Indonesia, salah satunya adalah energi yang berasal dari laut. Energi lautan terdiri dari beberapa sumber energi, yakni energi arus laut termasuk energi pasang surutdi dalamnya, energi ombak, energi yang berasal dari perbedaan kadar garam, energi hasil konversi energi dari perbedaan panas laut, dan lainnya. Salah satu yang kini sedang dikembangkan adalah Pembanggkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLTAL) dengan menggunakan teknologi Vertical Axis Turbines yakni, Turbin Darrieus. Turbin Darrieus merupakan salah satu teknologi PLTAL yang dinilai paling cocok dengan kondisi di Indonesia, yakni dengan kecepatan arus laut yang tidak begitu besar, serta arah arus laut yang bidirectional yang disebabkan oleh gaya coriolis. Salah satu daerah yang berpotensi yakni, Selat Larantuka. Menurut perhitungan ACDP, kecepatan rata-rata arus di Selat Larantuka pada kedalaman 5 meter sebesar 1,84 m/s dengan rapat daya 3.192,62 watt/m2. TurbinDarrieus yang digunakan berdiameter 3,6 m dan tinggi 2,5 m dengan efisiensi sebesar 40% dapat menghasilkan energi listrik sebesar 3,39 kW pada kecepatan 1,84 m/s. PLTAL ini dapat menjadi sumber energi alternatif yang dapat terhubung off-grid maupun on-grid untuk memenuhi beban daya. Kata Kunci : Energi Arus Laut, Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut, Turbin Darrieus, Selat Larantuka.

The Implementation of Ocean Current Power Plant by Using Darrieus Turbines; A Case Study in Larantuka Strait

Abstract

In 2013 electrification ratio in Indonesia is only 78.06%. This percentage shows there are still many areas that has not access to electricity. However, renewable energy resources in Indonesia reach 1,2 x 109 MW, but only 4.679.37 MW that can be utilized. Therefore, the optimize of renewable energy resources in Indonesia are needed. One of them is Ocean Energy. The Ocean Energy consisting various energy such as tidal energy, wave energy, Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC), and salinity gradient energy. The one that is being developed is the ocean current power plant by using technology of vertical axis turbine, namely Darrieus Turbines. Darrieus turbines is one of the ocean current power plant technology which is consideredsuitable with Indonesia’s condition. For instance, the speed of ocean current that are not so high and the direction of ocean currents that bidirectional caused by coriolis force. One of the potential areas is Larantuka Strait. According to the calculations of the ACDP, the average speed of the current in Larantuka Strait at a depth of 5 meters, amounting to 1,84 m/s with a power density 3.192,62 watts/m2. Darrieus turbine that is used has diameter 3,6 m, high 2,5 m with an efficiency of 40% that can generate electrical energy to 3,9 kW. The ocean current power plant can be alternative energy sources,it can be connected to off-grid or on-grid to meet the power load. Keywords: Ocean Current Energy, Ocean Current Power Plant, Darrieus Turbine, Larantuka Strait.

Penerapan pembangkit ..., Maryam Muthiah Karimah, FT UI, 2015

1. Pendahuluan

Energi listrik saat ini sudah menjadi kebutuhan pokok yang menunjang berbagai aspek

kehidupan. Konsumsi listrik pada tahun 2013 saja sebesar 188 TWh (Rumah Tangga 41%,

Industri 34%, Komersial 19%, Publik 6%) dengan realisasi pertumbuhan konsumsi listrik 7,8

%. Kebutuhan akan energi listrik saat ini lebih banyak dipenuhi oleh energi fosil seperti

minyak dan batubara. Bauran energi pembangkitan Listrik pada tahun 2013 yakni Batubara

50%, Gas 23%, BBM 13%, Energi Air 9%, Panas Bumi 5% [1]. Pemanfaatan energi fosil

tidak dapat terus dilakukan, hal ini karena energi fosil akan habis jika terus digunakan.

Apalagi dengan kondisi di Indonesia, dimana cadangan energi fosilnya semakin menipis. PLN

mempunyai sebuah upaya pelayanan untuk masyarakat yang disebut dengan Visi 75-100,

yang tujuannya yakni mengalirkan listrik di seluruh wilayah di Indonesia yang ditargetka

tercapai pada 2020. Oleh karena itu, pemenuhan terhadap kebutuhan energi harus masif

dilakukan, mengingat kondisi geografis di Indonesia dengan wilayah kepulauannya, sehingga

bukan menjadi hal yang mudah dalam pendistribusian energi listrik.

Laut merupakan salah satu sumber daya yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber

energi baru terbarukan. Indonesia merupakan negara kepulauan yang berada di garis

khatulistiwa mempunyai potensi sumber-sumber energi baru terbarukan yang melimpah

sekitar 1,2 x 109 MW energi listrik yang bisa dihasilkan. Namun yang baru termanfaatkan

masih sangat kecil, sekitar 4679,37 MW atau 3,88 x 10-4 % dari total potensi tersebut (Azis,

2010) [2].

Kondisi kelistrikan di Indonesia pun masih belum terlalu baik. Rasio elektrifikasi di

Indonesia menurut Statistik PLN tahun 2013 baru mencapai 78,06%, artinya sekitar

seperempat penduduk Indonesia masih hidup tanpa listrik., dimana daerah yang belum

terelektrifikasi banyak tersebar di luar Pulau Jawa. Rata-rata pertumbuhan konsumsi energi di

Indonesia mencapai 8,5% per tahun [4]. Rasio elektrifikasi di wilayah Maluku hanya 67,57%,

Maluku Utara 63,82%, Papua 36,71%, NTB 63,40% dan NTT 48,30%. Jumlah ini masih

sangat kecil jika dibandingkan dengan daerah lainnya di Indonesia. Oleh karena itu perlu

dilakukan produksi energi listrik dan pembangunan infrastruktur yang lebih masif pada

daerah-daerah tersebut untuk memenuhi kebutuhan energi listriknya. Energi arus laut sebagai

energi terbarukan adalah energi yang cukup potensial di wilayah pesisir terutama pulau-pulau

kecil di kawasan timur (Erwandi, 2006). Sehingga Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut

(PLTAL) merupakan salah satu pembangkit yang diharapkan bisa menopang kebutuhan listrik

daerah-daerah Indonesia bagian Timur, salah satunya adalah di NTT.


NTT merupakan provinsi di Indonesia yang terdiri dari beberapa pulau yang terpisah

oleh lautan. Sehingga di NTT sendiri terdapat beberapa sistem penyaluran listrik sendiri.

Pembangkit listrik yang ada di wilayah ini pun tidak banyak, namun tidak memungkinkan

untuk menyalurkan energi listrik dari sistem transmisi utama seperti pada sistem Jawa-Bali.

Oleh karena itu diperlukan pembangkit listrik yang dekat dengan wilayah NTT, sehingga

mudah disalurkan untuk memenuhi kebutuhan energi di NTT. Salah satu pembangkit yang

dapat dikembangkan adalah pembangkit listrik tenaga arus laut. Terdapat beberapa lokasi di

NTT yang berpotensi untuk dijadikan sumber energi arus laut, diantaranya Selat Larantuka

dan Selat Alor.

2. Tinjauan Pustaka

Laut merupakan bagian terbesar dari seluruh dunia, tapi pemanfaatannya belum

maksimal dalam hal energi. Diperkirakan energi yang berasal dari laut dan dikombinasikan

dengan tidal energi jumlahnya mencapai 5 TW[5]. Energi laut merupakan energi yang dapat

dihasilkan dari konversi gaya mekanik, gaya potensial serta perbedaan temperatur air laut

menjadi energi listrik. Pengembangan energi baru terbarukan juga termasuk energi laut

didalamnya, hal ini selain karena sumber dayanya yang terus menerus ada, dan sebagai

sumber pemenuhan kebutuhan energi listrik energy laut mempunyai emisi yang sangat rendah

sehingga aman bagi lingkungan. Energi yang berasal dari lautan (ocean energy) dapat

berbentuk macam-macam, seperti energi arus laut (ocean current energy) termasuk energi

pasang surut (tidal energy) di dalamnya, energi ombak (wave energy), energi yang berasal

dari perbedaan kadar garam (salinity gradient energy), hasil konversi energi dari perbedan

panas laut (ocean thermal energy conversion), dan lainnya.

Tabel 2.1 Tipe, Teknologi dan Potensi Energi Laut di Dunia [3] Tipe Energi Laut Tipe Teknologi Perkiraan Potensi yang

ada di Dunia (TWh/year)

Gelombang Laut Attenuator, Collector, Overtopping, OWC, OWSC, Point absorber, Submerged pressure differential, Terminator, Rotor

8.000 – 80.000

Arus Laut dan Arus Tidal

Horizontal/Vertical-axis turbine, Oscillating hydrofoil, Venturi

800+

Perbedaan Salinitas Semi-permeable osmotic membrane

2.000

OTEC Thermo-dynamic ranking cycle

10.0


A. Energi Gelombang Laut

Energi dari gelombang laut ini memanfaatkan energi kinetik dari pergerakan gelombang

laut yang akan menggerakkan rotor. Semakin bersar tinggi gelombang laut menandakan

semakin besar tekanan yang akan diberikan, artinya energi yang dikonversinya pun semakin

besar. Teknologi yang dapat mengkonversi energi gelombang laut menjadi energi listrik

diantara lain yakni pelamis dan ocean water column.

B. Ocean Thermal Energi Conversion (OTEC)

Sekitar 15% dari total masukan matahari ke laut dipertahankan sebagai energi panas,

dengan penyerapan terkonsentrasi pada permukaan laut, menurun secara eksponensial dengan

kedalaman sebagai konduktivitas termal air laut yang rendah. Suhu permukaan laut dapat

melebihi 25°C di lintang tropis, sementara suhu 1 km di bawah permukaan adalah antara 5°C

dan 10°C (Charlier dan Justus, 1993). Perbedaan suhu minimal 20°C dianggap potensial

untuk mengoperasikan pembangkit listrik OTEC. Teknologi OTEC memanfaatkan perbedaan

suhu yang ada pada permukaan laut. Sistem konversi terdiri dari evaporator (limbah panas

boiler), turbin expander, kondensor, dan pompa.

C. Energi Perbedaan Salinitas

Air tawar atau air sungai yang mengalir ke laut akan melepaskan energi panas. Potensi

kimia antara pertemuan keduanya dibuat melewati membran semipermeabel yang dapat

menangkap tekanan panas ini yang kemudian dapat dikonversi menjadi energi listrik. Ada dua

cara untuk mengkonversi perbedaan salinitas ini, yakni dengan menggunakan Reversed

Electro Dialysis (RED) dan Pressure-Retarded Osmosis (PRO). Bentuk konversi energi

seperti ini sering disebut sebagai daya osmotik [7].

D. Energi Arus Laut

Energi yang dapat dikonversi dari arus laut sebenarnya terdiri dari dua macam, yakni

berasal dari arus laut karena perbedaan massa air laut dan berasal dari arus pasang surut air

laut karena interaksi bumi dan bulan. Arus laut adalah gerakan massa air laut yang berpindah

dari satu tempat ke tempat lain. Arus di permukaan laut terutama disebabkan oleh tiupan

angin, sedang arus di kedalaman laut disebabkan oleh perbedaan densitas massa air laut.

Pasang-surut merupakan salah satu gejala alam yang tampak nyata di laut, yakni suatu

gerakan vertikal (naik turunnya air laut secara teratur dan berulang-ulang) dari seluruh

partikel massa air laut dari permukaan sampai bagian terdalam dari dasar laut. Gerakan


tersebut disebabkan oleh pengaruh gravitasi (gaya tarik menarik) antara bumi dan bulan, bumi

dan matahari, atau bumi dengan bulan dan matahari[6].

Terdapat beberapa klasifikasi untuk mengkonversi arus pasang surut maupun arus laut

menjadi energi. Biasanya berdasarkan prinsip operasinya, seperti axial-flow turbines, cross-

flow turbines dan reciprocating devices (Bernitsas, 2006). Beberapa perangkat memiliki

beberapa turbin dalam satu unit. Teknologi turbin arus laut ini terbagi menjadi Vertical-axis

turbines, Horizontal-axis turbines dan Hydrofoil [8]:

1) Vertical Axis Turbine : Desain teknologi ini menggabungkan variabel baling-baling

(Gbr. 3). Beberapa keuntungan dari teknologi ini, vertical-axis turbines bekerja dengan baik

dengan aliran yang tidak tetap arahnya, desainnya pun menguntungkan, mempunyai area

penampang turbin yang lebih besar di perairan dangkal dari pada horizontal axis turbines [8].

Selain itu cut in speed dari teknologi ini pun tidak begitu besar, sehingga turbin dapat mulai

bergerak meski kecepatan arusnya tidak begitu besar (Erwandi, 2015).

Gambar 2.1 Vertical axis turbines: (a) aliran bebas dan (b) saluran [8]

2) Horizontal Axis Turbine : Teknologi ini menggunakan desain yang mirip dengan

turbin angin.. Pada teknologi ini terdapat beberapa pendekatan, seperti pipa saluran

didalamnya, variabel pada baling-baling yang digunakan dan juga generatornya. Teknologi ini

terdiri dari turbin dengan rotasi sumbu horizontal yang dipasangkan secara paralel dengan

aliran arus (Gbr. 2) [8].


Gambar 2.2 Horizontal axis turbines: (a) aliran bebas dan (b) saluran [8]

3) Hydrofoil : teknologi konversi berdasarkan konsep hydrofoil, yang mirip seperti

sayap pesawat terbang. Berbeda dengan horizontal axis turbine dan vertical axis turbine yang

gerakannya memutar, hydrofoil ini bergerak keatas dan kebawah. Arus air laut akan memaksa

perangkat bergerak dan menghasilkan gaya angkat untuk mendorong pompa hidrolik (Gbr. 4)

[8].

Gambar 2.3 Hydrofoil [8]

Pada penelitian ini, teknologi yang digunakan yakni Vertical-Axis Turbine, tipe H atau

Turbin Darrieus. Turbin Darrieus merupakan salah satu jenis Vertical-Axis Turbine yang

pertama kali dikembangkan oleh George Jean Marie Darrieus pada tahum 1931[18]. Turbin

Darrieus ini tergolong sederhanadibandingkan dengan teknologi pembangkit listrik tenaga

arus laut yang lainnya. Salah satu keunggulan Turbin Darrieus yakni dapat bekerja dengan

arah arus yang bidirectional dan mempunyai cut-in speed yang rendah. Prinsip kerja turbin ini

juga sederhana, turbin akan bekerja akibat aliran air yang menyebabkan sudut berputar

dengan kecepatan putar tertentu, resultan dari kecepatan tersebut akan menghasilka gaya


hydrodinamis[18]. Gambar 2.16 menunjukkan desain Turbin Darrieun tipe H dan bagaimana

turbin tersebut bekerja.

Gambar 2.4 Prinsip kerja Turbin Darrieus [19]

Di Indonesia sendiri telah dikembangkan teknologi Turbin Darrieus oleh UPT-

BPPH, BPPT, Surabaya. Turbin ini telah disesuaikan dengan karakteristik perairan di

Indonesia yang mempunyai arah arus yang bidirectional, serta relatif kecil kecepatan arus

lautnya. Gambar 2.17 merupakan prototipe Turbin Darrieus tipe H yang dirancang oleh

UPT-BPPH, BPPT. Turbin ini telah berhasil diuji coba di Towing Tank milih UPT-BPPH,

BPPT.

Gambar 2.5 Prototipe Turbin Darrieus UPT-BPPH, BPPT

3. Metodelogi Penelitian

Penelitian ini mempunyai batasan pada energi yang berasal dari arus laut saja. Penelitian ini

memanfaatkan literatur yang diperoleh dari berbagai sumber dan bukan merupakan studi

lapangan. Karakteristik beban pada penelitian ini didapat dengan melakukan pendekatan dan


estimasi. Penelitian ini ingin menggambarkan bahwa PLTAL merupakan salah satu sumber

energi listrik yang memungkinkan untuk dikembangkan di Indonesia dengan teknologi yang

sesuai dengan karakteristik di Indonesia. Penelitian ini diasumsikan menggunakan teknologi

Turbin Darrieus karya UPT-BPPH, BPPT Indonesia dan mengambil studi kasus pada wilayah

Nusa Tenggara Timur, tepatnya pada Selat Larantuka, dengan pusat beban di Pulau Adonara.

Metodelogi yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.1;

Gambar 3.1 Alur Penelitian

Penelitian dilakukan dengan mengetahui besar potensi arus laut di Indonesia, sebagai

pondasi bahwa perairan Indonesia mempunyai potensi energi laut dibeberapa titik. Setelah itu

kemudian baru bisa ditentukan tempat spesifik turbin akan diuji coba, dalam hal ini yakni

pada Selat Larantuka. Setelah mendapatkan tempat yang strategis untuk dibangun PLTAL,

tentukan teknologi yang akan digunakan untuk membangun PLTAL yang sesuai dengan

kondisi perairan di Indonesia, dalam penelitian ini menggunakan Turbin Darrieus karya UPT-

BPPH, BPPT, Surabaya. Setiap teknologi dapat menghasilkan energi yang berbeda,

tergantung dari spesifikasi turbin yang digunakan, untuk itu sangat penting mengetahui

spesifikasi Turbin Darrieus yang digunakan pada penelitian ini. Ketika telah mengetahui

spesifikasi turbin yang digunakan, maka dapat dihitung perkiraan potensi pada suatu lokasi.

Mengetahui potensi energi arus laut di Indonesia

Menentukan lokasi penelitian yang mempunyai potensi arus laut

Mengetahui spesifikasi teknologi yang digunakan

Menghitung potensi energi arus laut pada lokasi tersebut

Menghitung kebutuhan beban pada daerah yang ingin di suplai

Menghitung dan menentukan kapasitas PLTAL yang ingin dibangun

Analisis


Setelah itu dihitung perkiraan beban suatu wilayah yang menjadi pusat beban PLTAL ini,

sehingga kemudian dapat dihitung kapasitas PLTAL yang perlu dibangun.

4. Hasil dan Pembahasan Penelitian

Indonesia merupakan negara kepulauan yang berada di garis khatulistiwa mempunyai

potensi sumber-sumber energi baru terbarukan yang melimpah sekitar 1,2 x 109 MW energi

listrik yang bisa dihasilkan. Sayangnya yang baru termanfaatkan masih sangat kecil, sekitar

4.679,37 MW atau 3,88 x 10-4 % dari total potensi tersebut[2].

Guru besar Oseanografi ITB, Prof. Safwan Hadi, Ph.D mengatakan, terdapat tiga

sumber energi listrik baru dari kelautan di Indonesia, yakni angin, gelombang laut dan arus

laut. Arus laut merupakan yang paling berpotensi dari ketiganya. Menurutnya Indonesia

memiliki energi laut yang potensial untuk dikembangkan. Energi arus laut sebagai energi

terbarukan adalah energi yang cukup potensial di wilayah pesisir terutama pulau-pulau kecil

di kawasan timur (Erwandi, 2006).

Potensi pada Selat Larantuka

Menurut hasil pemetaan yang dilaporkan kepada anggota Dewan Energi Nasional,

menunjukkan bahwa potensi daya listrik Selat Larantuka lebih dari 6000 MW bergantung

pada jumlah turbin yang dipasang [12]. Menghitung kecepatan arus laut dapat dilakukan

dengan metode numerik dan pengukuran langsung di lapangan dengan menggunakan ADCP

(Acoustic Doppler Current Profiler). Lazimnya metode numerik dilakukan terlebih dahulu

sebelum melakukan perhitungan, hal ini dilakukan agar lokasi yang akan diukur arus lautnya

merupakan lokasi yang sudah diperkirakan potensinya, sehingga pengukuran langsung

dilakukan untuk menvalidasi potensi tersebut dan agar hasil yang diperoleh lebih akurat.

Tabel 4.1 menunjukkan pengukuran yang telah dilakukan sebelumnya.

Tabel 4.1 Kecepatan Arus Laut di Selat Larantuka [13] Kedalaman

(m)KecepatanArus

Min(m/s)KecepatanArusMaks(m/s)

3 0,011 3,4365 0,004 3,6767 0,011 3,3519 0,016 3,46211 0,015 3,44113 0,014 3,50515 0,026 3,52717 0,014 3,35019 0,014 3,283


21 0,006 3,08723 0,010 3,10525 0,019 2,92827 0,015 2,381

Kecepatan pada Selat Larantuka ini berbeda pada kedalaman dan posisi tertentu,

sehingga harus ditentukan lokasi yang paling berpotensi namun memungkinkan untuk

dipasangkan PLTAL. Pada tabel tersebut ditunjukkan bahwa kecepatan tertinggi ada pada

kedalaman 5 m. Meski pada kedalaman 5m mempunyai kecepatan maksimal yang paling

besar, namun ternyata kecepatan minimalnya pun sangat kecil. Oleh karena itu harus

diketahui kecepatan arus laut secara periodik.

Selain dilakukan pengukuran dengan ACDP untuk mengukur kecepatan arusnya, untuk

membangun PLTAL juga diperlukan pengukuran morfologi laut, tujuannya agar dapat

mengetahui apakah lokasi tersebut memungkinkan untuk dipasang PLTAL. Pengukuran

morfologi dan topologi laut juga dengan menggunakan metode numerik (Gambar 4.1)

sebelumnya, kemudian setelah itu dilakukan dengan menggunakan Echosounder 200 KHz

Single Beam tipe Reson Navisound 210.

Gambar 4.1 Kontur kedalaman Selat Larantuka dengan simulasi numerik [14]

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh UPT-BPPH, BPPT ditunjukkan

bahwa daerah yang memungkinkan untuk dipasang PLTAL yakni disekitar Tanjung Gonsales

sampai Tanjung Udang di sisi timur selat dan daerah pesisir kota Larantuka sampai daerah

Kotarawido di sisi barat Selat Larantuka[13]. Pada rentang daerah tersebut, dicari titik paling

tepat dipasangkan PLTAL. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh UPT- BPPH,

BPPT, daerah yang paling memungkinkan dari kecepatan arus, morfologi dan letaknya adalah

pada koordinat 123o 01’ 36,25” BT – 08o 18’ 55’49” LS (Pelabuhan Tanah Merah).


Kebutuhan Energi Listrik

Salah satu hal yang perlu dipertimbangkan dalam membangun pembangkit listrik adalah

beban kelistrikan yang dibutuhkan. Hal ini dilakukan agar listrik yang diproduksi semuanya

bisa termanfaatkan dengan baik, sehingga tidak sia-sia. Oleh karena itu pula kapasitas

pembangkit kerap kali berubah-ubah, tergantung kebutuhan yang diperlukan pada rentang

waktu tertentu. PLTAL sendiri ditunjukkan untuk memenuhi beban listrik daerah pulau,

khususnya pesisir, sehingga harus mengetahui berapa beban yang diperlukan untuk daerah

yang ingin disuplai. Tujuannya agar membangun PLTAL berkapasitas sesuai kebutuhan

hingga beban puncaknya.

Pembangunan PLTAL sangat bergantung pada letak pusat beban dan besar dari

pembebanan itu sendiri. Letak pusat beban akan mempengaruhi posisi PLTAL akan

beroperasi, semakin dekat dengan pusat beban akan semakin menguntungkan. Sementara

besar pembebanan akan mempengaruhi kapasitas PLTAL yang akan dibangun. Prioritas

pembangunan PLTAL ini salah satunya adalah tidak terhubung dengan jaringan utama, sesuai

dengan prinsip desentralisasi, memanfaatkan potensi energi setempat untuk konsumsi energi

di daerah setempat[4].

Neraca daya merupakan perbandingan antara kepasitas pembangkit dengan beban

puncak di suatu daerah. Neraca daya pada sistem yang ada di NTT, yakni total daya terpasang

204,85 MW dengan daya mampu 162,67 MW dan beban puncaknya 146,84 MW. Pada

penelitian ini akan berfokus pada sistem Adonara yang dekat dengan Selat Larantuka. Sistem

Adonara dengan daya terpasang 4,86 MW , daya mampu 3,28 MW dan beban puncaknya 3,11

MW yang disuplai oleh sebuah PLTD.

Turbin Darrieus

Indonesia sendiri terletak pada garis khatulistiwa, hal ini menyebabkan karakteristik

tersendiri pada perairan di Indonesia, salah satunya karena efek dari gaya coriolis. Gaya

coriolis merupakan suatu proses alam yang ditemukan oleh Gaspard Gustave Coriolis (1884),

Ia menemukan bahwa selalu ada simpangan gerakan pada permukaan bumu akibat rotasi

bumi, besar penyimpangan ini bergantung pada letak geografis gerakan tersebut terjadi.

Letak Indonesia yang berada pada garis khatulistiwa ini menyebabkan penyimpangan

gerak yang terjadi dipermukaan wilayah Indonesia tidak besar dan selalu berubah-ubah, baik

ke utara maupun selatan. Hal ini mempengaruhi karakteristik arus di Indonesia yang menjadi

bidirectional (dua arah) dan tidak memiliki arus yang cukup besar. Sehingga untuk


pemanfaatan arus laut di Indonesia sebagai sumber energi, diperlukan penyesuaian teknologi

dengan arus laut yang ada di Indonesia. Karakteristik arus laut di Indonesia yang seperti ini

berbeda dengan beberapa negara yang sebelumnya telah menerapkan teknologi PLTAL.

Beberapa negara tersebut mempunyai karakteristik geostropic current, artinya arus lautnya

terus menerus ada dan searah (Erwandi, 2015). Sehingga pemilihan teknologi untuk

digunakan di Indonesia pun tidak bisa hanya berdasarkan behncmark yang sudah ada saja,

namun lebih disesuaikan dengan kondisi perairan di Indonesia. Oleh karena itu dipilih Turbin

Darrieus yang dinilai sesuai dengan kondisi perairan di Indonesia.

Turbin Darrieus merupakan salah satu jenis teknologi Vertical Axis Turbines. Turbin

tipe ini yang sedang diuji coba oleh UPT-BPPH, BPPT. Penelitian telah dilakukan sejak taun

2006 dan berhasil diuji coba di Selat Flores, NTT pada tahun 2010. Turbin ini juga telah diuji

coba di Selat Larantuka, tepatnya pada 100 m dari pesisir Adonara Barat. Persamaan daya

dari energi arus laut sama seperti pada energi angin, yang dapat dituliskan sebagai berikut :

𝑃 = !!𝜌𝐴𝑉!……………………………….(4.1)

Dengan P merupakan daya yang dihasilkan (watt), merupakan rapat massa cairan

(kg/m3), A merupakan luas permukaan dari turbin (m2) dan V merupakan kecepatan arus laut

(m/s). Namun dalam setiap perhitungan yang berhubungan dengan suatu alat tidak pernah

lepas dari sebuah efisiensi, sehingga nilai efisiensi harus dimasukkan kedalam perhitungan.

Sehingga persamaannya menjadi:

𝑃 = 𝜂 !!𝜌𝐴𝑉!………………………..………..(4.2)

Turbin Darrieus ini menghasilkan daya dengan efisiensi diasumsikan sebesar 40%,

angka ini dipilih berdasarkan wawancara langsung dengan salah satu karyawan LHI-BPPT

yang mengatakan bahwa hingga saat ini efisiensi sebenarnya belum mencapai 30%, sehingga

40% dipilih dengan asumsi turbin sudah lebih efektif ketika diterapkan menjadi sebuah

PLTAL. Turbin yang digunakan mempunyai diameter 3,6 m dan tinggi 2,5 m. Apabila

ditambah dengan poton yang mengambangkan turbin, maka panjangnya menjadi 5 m, dengan

lebar yang juga 5 m. Oleh karena itu luas yang diperlukan untuk membangun satu turbin

PLTAL yakni 5 x 5 m2.

Kecepatan arus laut yang dihasilkan tidak selalu sama, kecepatan ini akan sangat

menentukan daya yang akan dihasilkan. Turbin Darrieus ini menggunakan HY 5.0-5KW

Wind Generator (Tabel IV) yang mempunyai bekerja pada kecepatan angin 3-25 m/s dan

kecepatan awalnya 2,5 m/s. Kerapatan antara angin dan air laut yang jauh berbeda,


menyebabkan cut in speed pada generator pun akan berbeda apabila digunakan untuk arus

laut. Kecepatan arus laut 12 miles per hour (5,36 m/s) setara dengan 110 mph (49,17 m/s)

pada kecepatan angin. Tabel 4.2 Spesifikasi generator

Model Number HY-PMG-5kw Rated output power 5,0Kw Max output power 9,5Kw Rated rotation speed 240r/min Bearing shaft material SKF Rated voltage output After rectifier DC240V Generator configure 3-phases star connected AC output Working wind speed: 3-25m/s Initial wind speed: 2.5m/s Nominal wind speed: 10m/s（22.5mph） Storm-stand: up to 50m/s Start-up torque 4.5n/m Working circumstance from -40 to +60 C Lamination stack: High grade cold-rolled Steel Weight 200Kg Package Dimension 0.32*0.43*0.45 Magnet material NdFeB Phase resistance: 3.5 ohms

Gambar 4.2 Keluaran daya dengan kecepatan Angin

Sehingga dapat dihitung kecepatan kerja pada Turbin Darrieus untuk menggerakkan turbin

pada kecepatan angin sebesar 2,5 m/s akan setara dengan kecepatan arus laut sebesar 0,27

m/s. Generator akan mulai berputar pada kecepatan arus laut 0,27 m/s. sedangkan generator

bekerja pada kecepatan angin 3-25 m/s yang setara dengan kecepatan arus laut sebesar 0,33-

2.73 m/s. Generator ini juga kuat menopang kecepatan angin hingga 50 m/s atau setara

dengan 5.45 m/s kecepatan arus laut. Sehingga berdasarkan grafik Gambar 4.5, pada

kecepatan arus laut, akan menghasilkan kurva pada Gambar 4.6 dengan kecepatan arus laut.

-2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

0 5 10 15 20 25 30

Day

a (k

W)

Kecepatan Angin (m/s)

Output Power Curve (kW)


Gambar 4.3 Keluaran daya dengan menggunakan kecepatan arus laut

Daya yang Dihasilkan Turbin

Potensi arus untuk dikonversi menjadi energi listrik oleh Turbin Darrieus dapat dihitung

dengan perhitungan sederhana pada persamaan 4.2, dengan spesifikasi generator yang telah

disebutkan, dan asumsi arus yang digunakan adalah kecepatan arus dengan rata-rata terbesar

yakni pada kedalaman 5m sebesar 1,84 m/s. Sehingga daya yang dihasilkan satu unit turbin

adalah 3,39 kW.

Potensi Daya di Selat Larantuka

Luas Selat Larantuka yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber energi arus laut,

diasumsikan luas selat tersebut yakni 1.018.553.81m2. Apabila dihitung kemampuan daya

yang dihasilkan oleh Turbin Darrieus, mempunyai potensi 138.118 kW.

Posisi PLTAL

Pada kenyataannya tidak seluruh area Selat Larantuka dapat dimanfaatkan sebagai area

PLTAL. Hal ini karena sebagian wilayah digunakan untuk jalur laut dan juga terdapat syarat-

syarat untuk membangun PLTAL, sehingga tidak bisa disembarang lokasi, meski arus laut

yang ada disana cukup besar. Selain kecepatan arus perlu dipertimbangkan adalah morfologi

lokasi tersebut seperti yang telah dijelaskan sebelumnya dan yang terpenting lainnya juga

jarak antara sumber energi dan beban yang akan disuplai. Hal ini akan menentukan dimana

lokasi PLTAL akan diinstalasi. Artinya potensi yang ada belum tentu dapat dimanfaatkan

keseluruhannya.

Berdasarkan geomorfologi Selat Larantuka menurut beberapa literatur, letak PLTAL

yang paling berpotensi adalah pada posisi 123,010 BT dan -8,325 LS yang berjarak ±190 m

dari pantai, sekitar Tanjung Gonsales. Tetapi posisi ini juga harus ditinjau kembali, karena

letaknya yang cukup jauh dengan daratan, apalagi pusat beban. Selain itu mitos yang

-1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

10.00

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 D

aya

(kW

) Kecepatan Arus Laut (m/s)

Output Power Curve (kW)


berkembang di masyarakat bahwa kawasan Tanjung Gonsales ini merupakan kawasan yang

rawan bahaya. UPT-BPPH, BPPT juga telah melakukan peninjauan langsung ke lapangan dan

memasang turbinnya sekitar ±100m dari Pelabuhan Tanah Merah. Lokasi tersebut terletak

pada koordinat 123o 01’ 36,25’’ BT – 08o 18’ 49’’ LS.

Kapasitas PLTAL

Kapasitas PLTAL yang nantinya akan dipasang sangat ditentukan oleh besar beban

yang akan disuplai, untuk itu pada penelitian ini dibuat dua skenario. Pertama, apabila sistem

off-grid, berapa jumlah Turbin Darrieus yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan energi

listrik di desa Wureh yang merupakan lokasi beban terdekat dengan sumber energi. Kedua,

apabila sistem on-grid berapa jumlah Turbin Darrieus yang harus diinstal untuk memenuhi

beban pada sistem listrik Adonara.

A. Sistem Off-Grid

Sebelum menghitung kapasitas PLTAL yang diperlukan, perlu diketahui juga estimasi

potensi energi listrik yang dapat dihasilkan disekitar titik yang telah ditentukan sebelumnya,

berdasarkan morfologi, kecepatan arus laut dan kelayakan PLTAL lainnya, diperkirakan

wilayah yang dapat dimanfaatkan sebagai PLTAL seperti pada Gbr.14 dengan luas wilayah

30.987,56m2. Dengan luas wilayah kerja 30.987,56 m2, maka turbin yang dapat dipasangkan

sebanyak 1.240 turbin dengan total daya yang dihasilkan adalah 4,2 MW.

Artinya apabila PLTAL ditempatkan disekitar titik 123°02'57.8710"BT -

08°31'53.4430"LSsampai 123°02'64.4900"BT -08°31'26.5440"LS dengan luasan ±30,987.56

m2 dapat ditempatkan 74 turbin yang menghasilkan daya ±4,2 MW dengan catatan

karakteristik turbin yang sebelumnya telah disebutkan dengan kecepatan diasumsikan 1,84

m/s. Apabila karakteristiknya berubah maka sangat memungkinkan daya yang akan dihasilkan

pun akan berubah mengikuti karakteristik turbin, begitu pula apabila kecepatannya berubah-

ubah atau tidak stabil.

Sistem off-grid untuk mensuplai energi listrik, dipilih beban yang paling dekat, yakni

Desa Wureh, Adonara Barat. Tabel 4.3 merupakan estimasi kebutuhan daya di desa Wureh.


Tabel 4.3 Estimasi Kebutuhan Daya di Desa Wureh

No Jenis Kebutuhan Kebutuhan

(Watt)

Kebutuhan Daya

(kW)

1. Rumah Keluarga Pra-

Sejahtera

250 x 110 27,5

2. Rumah Keluarga Sejahtera

I

450 x 50 22,5

3. Rumah Keluarga Sejahtera

II

900 x 4 3,6

4. Sekolah dan Pustu 1300 x 2 2,6

Total 56,2

Pada tabel 4.3 dapat dilihat bahwa total daya yang diperlukan sebesar 56,2 kW. Untuk

mencari kebutuhan PLTAL yang diperlukan, acuan yang digunakan adalah beban puncaknya.

Pada perhitungan sebelumya diketahui bahwa dalam fungsi optimal satu Turbin Darrieus

dapat menghasilkan 3,39 kW energi listrik, maka untuk memenuhi beban 56,2 kW, setidaknya

diperlukan 17 unit turbin.

Dalam mengoperasikan sebuah pembangkit, harus disesuaikan dengan kebutuhan

bebannya, agar nantinya energi yang dihasilkan dapat dimanfaatkan dengan optimal. PLTAL

disini berbeda dengan pembangkit berbahan bakar fosil yang relatif dapat diatur sesuai

dengan kebutuhan. Turbin arus laut akan terus bekerja selama ada kecepatan arus laut yang

menggerakkan, sehingga energi yang dihasilkan hanya bisa diperkirakan bukan direncanakan.

Sebagaimana karakteristik PLTAL yang akan terus bekerja, maka listrik yang dihasilkan pun

harus efisien, artinya tidak boleh terbuang sia-sia.

Apabila pada digunakan beban puncak untuk menentukan jumlah turbin, maka

konsekuensinya adalah turbin ini akan tetap menghasilkan energi listrik meski tidak

mensuplai beban sebesar beban puncak. Oleh karena itu pada sistem Off-Grid ini diperlukan

batarai sebagai tempat penyimpanan energi. Selain berfungsi sebagai tempat penyimpanan

energi yang belum terpakai, dengan adanya baterai ini juga bisa menjadi cadangan energi

apabila turbin arus laut tidak bisa memproduksi energi listrik sesuai dengan bebannya. Hal ini

juga berkaitan dengan karakteristik perairan yang digunakan sebagai sumber energi yang


memanfaatkan juga pasang surut air laut (tidal), dimana terdapat waktu-waktu tertentu

perairan akan pasang dan akan surut.

Berdasarkan waktu yang diperlukan, air laut di Selat Larantukan akan pasang sekitar 7 –

8 jam dan akan surut sekitar 5 – 6 jam. Selan antara pasang dan surut ini terdapat kondisi

tenang, dimana hampir tidak ada aliran arus laut, selama kurang lebih 30 – 60 menit. Pada

kondisi seperti ini arus laut yang mengalir sangat kecil, sehingga arus yang terlalu kecil ini

belum dapat menggerakkan turbin yang mempunyai initial speed sebesar 0,27 m/s. hal ini

menyebabkan arus laut tidak dapat menghasilkan energi listrik apabila arus lautnya dibawah

0,27 m/s. Besar 0,27 m/s pun belum merupakan torsi yang diperlukan untuk turbin mulai

berputar, sehingga sangat mungkin terjadi turbin ini membutuhkan kecepatan yang lebih besar

lagi. Bahkan Turbin Darrieus yang sedang diuji coba pada tahun 2015 ini baru bisa berputar

pada kecepatan antara 0,6 – 0,7 m/s. Hal ini juga bergantung pada sistem transmisi yang

digunakan pada turbin tersebut. Akibat tidak adanya energi listrik yang diproduksi, sementara

beban listrik tetap ada, menyebabkan diperlukannya energi cadangan untuk mensuplai beban.

Oleh karena itu diperlukan baterai atau tempat penyimpanan energi (energy storage) untuk

menyimpan energi berlebih dan penyuplai energi apabila kekurangan energi.

Pembulatan perhitungan keatas atau jumlah turbin menjadi 17 unit turbin, selain dengan

tujuan untuk memenuhi beban puncak juga untuk mengantisipasi error pada estimasi yang

telah dilakukan. Hal ini juga dilakukan karena pertumbuhan beban yang terus bertambah

setiap tahunnya, sehingga harapannya kapasitas ini dapat memenuhi kebutuhan energi listrik

hingga beberapa tahun kedepan dan juga bisa mempercepat pertumbuhan ekonomi karena

adanya energi listrik. Pada sistem Off-Grid ini diharapkan PLTAL bisa menjadi penyuplai

utama bahkan satu-satunya di Desa Wureh.

Penyaluran energi listrik kepada pulau-pulau diharapkan dapat meningkatkan taraf

hidup, iklim pembangunan dan perekonomian di suatu daerah tersebut. Seperti contoh

Pelabuhan Tanah Merah yang hingga saat ini masih rusak kondisinya, akan segera diperbaiki.

Berbagai aktivitas lain juga dapat berkembang dengan adanya energi.

B. Sistem On-Grid

Sistem On-Grid merupakan rencana yang lebih besar lagi dan untuk jangka panjang

pemenuhan energi sebuah daerah. Hal ini juga sesuai dengan kebijakan pemerintah terhadap

energi terbarukan. Skenario sistem On-Grid dirancang karena di Pulau Adonara sudah

terdapat sistem transmisi dan distribusi listrik, yang disebut dengan Sistem Adonara. Sistem

Adonara merupakan sistem yang disuplai oleh pembangkit diesel, diketahui bahwa daya yang


terpasang pada Sistem Adonara sebesar 4,86 MW, dengan daya mampu 3,28 MW dan puncak

bebannya sebesar 3,11 MW. Untuk memenuhi pembebanan tersebut kapasitas pembangkit

yang diperlukan 918 unit turbin.

PLTAL ini tidak dapat menyuplai sepenuhnya kebutuhan beban pada Sistem Adonara,

PLTAL hanya mampu memenuhi beban dasar dari Sistem Adonara. Hal ini juga dikarenakan

PLTAL bukan pembangkit yang dapat dikontrol daya yang dihasilkannya, maka PLTAL

paling cocok digunakan untuk mensuplai beban dasar.

Beban pada sistem Adonara secara kesuluruhan harus disuplai dengan pembangkit

tenaga lainnya. Menurut kebijakan pemerintah, pembangkit energi terbarukan lainnya yang

ingin dikembangkan di NTT adalah pembangkit tenaga surya dan pembangkit tenaga panas

bumi, dimana NTT juga mempunyai potensi dikedua sumber energi tersebut. Harapannya dari

pengembangan pembangkit energi terbarukan ini dapat mengurangi konsumsi energi dari

bahan bakar fosil yang cadangannya mulai menipis dan tidak ramah lingkungan.

Rasio Elektrifikasi

Berdasarkan data statistik PLN pada tahun 2013, wilayah NTT merupakan wilayah yang

rasio elektrifikasinya masih dibawah 50%, yakni sebesar 48,30%. Jumlah seluruh rumah

tangga yang ada di wilayah NTT sebanyak 1.081.200, namun pelanggan rumah tangganya

masih sebanyak 522.221 saja. Sumber energi arus laut yang dapat dikonversikan menjadi

energi listrik 4,2 MW dapat menopang beban energi listrik pada wilayah NTT. Apabila

diasumsikan tiap rumah tangga memerlukan daya sebesar 450 watt, maka 4,2 MW dapat

menyuplai sebanyak ±9.333 rumah tangga, atau bisa meningkatkan rasio elektrifikasi sebesar

0,86% menjadi 49,16%. Jumlah ini memang tidak begitu besar, karena wilayah yang

dimanfaatkan hanya sebagian kecil lagi. Jumlah ini akan meningkat jika selat-selat lain di

wilayah NTT juga dimanfaatkan potensinya untuk dikembangkan PLTAL guna menyuplai

energi di wilayah NTT.

5. Kesimpulan

1) Turbin Darrieus berdiameter 3,6 m dan tinggi 2,5 m dengan efisiensi 40% sebesar

dapat menghasilkan energi listrik sebesar 3,39 kW.

2) PLTAL dengan menggunakan Turbin Darrieus pada luas wilayah ±30,987.56 m2

dengan koordinat 123°02'57.8710"BT - 08°31'53.4430"LS sampai 123°02'64.4900"BT

-08°31'26.5440"LS dapat menghasilkan energi listrik sebesar ±4,2 MW..

3) Pengujian sistem off-grid dapat dilakukan di Desa Wureh dengan estimasi kebutuhan

beban sebesar 56,2 kW yang dapat disuplai oleh 17 Turbin Darrieus


4) Pada sistem on-grid, PLTAL digunakan sebagai penanggung beban dasar sistem di

Adonara

5) Rasio elektrifikasi di NTT dapat meningkat sebesar 0,86% dengan pemanfaatan

PLTAL berkapasitas 4,2 MW.

Daftar Referensi

[1] Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. (2013, Desember 27). Dikutip pada Desember 29, 2014, dari

Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Web site: http://www.esdm.go.id/siaran-pers/55-siaran-

pers/6641-kinerja-sektor-esdm-tahun-2013.html

[2] Azis, A. (2010). STUDI PEMANFAATAN ENERGI LISTRIK TENAGA ARUS LAUT DSSI SELAT ALAS

KABUPATEN LOMBOK, NTB. Surabaya

[3] AEA Energy & Environment on the behalf of Sustainable Energy Ireland for the IEA’sImplementing

AgreementonOceanEnergySystems.(2006).Reviewandanalysisofoceanenergysystemsdevelopment

andsupportingpolicies.ImplementingAgreementonOceanEnergySystems

[4] Wibisono, A. D. (2014). STUDI ANALISIS KEEKONOMIAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PANAS

BUMI SKALA KECIL. Jakarta: Universitas Indonesia.

[5] MUETZE, A.(2006). Ocean Wave Energi Conversion - A Survey. Industry Applications Conference, 2006.

41st IAS Annual Meeting. Conference Record of the 2006 IEEE. IEEE CONFERENCE PUBLICATIONS.

[6] Sunarti, Dewi. (2007). PASANG SURUT DAN ENERGINYA. Oseana, Volume XXXII, Nomor 1

[7] A, Lewis., S, Estefen. J, Huckerby. W, Musial. T, Pontes. J, Torres-Martinez. (2011). Ocean Energi. In R. P.-

M. O. Edenhofer, IPCC Special Report on Renewable Energi Sources and Climate Change Mitigation.

Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press.

[8] H. Polinder dan M.Scuotto. (2005). “Wave energi converters and their impact on power systems,”

International Conference on Future Power Systems.

[9] Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. (2012).

[10] Asosiasi Energi Laut Indonesia. (t.thn.). Dipetik pada 2 Januari 2015, dari www.Aseli.co:

http://www.aseli.co/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=40&Itemid=53

[11]Aziz,N.S.(2009).TidalenergyresourcesassessmentinIndonesiaacasestudyinAlasStrait.Netherlands.

[12]Garniwa,I.(2011).LaporanAkhirArusLaut.Jakarta:KementerianESDM.

[13]Yuningsih,A.,&Masduki,A.(2011).PotensiEnergiArusLautuntukPembangkitTenagaListrikdiKawasan

PesisirFloresTimur,NTT.JurnalIlmudanTeknologiKelautanTropis,Vol.3,No.1,13-25.

[14]Erwandi.(2011).TheDevelopmentofIndonesianVerticalAxisMarineCurrentTurbineforTheTidalPower

Generation.Surabaya


penerapan pembangkit listrik tenaga arus laut dengan

Documents