Upload
votram
View
224
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
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
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
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
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
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
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
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.