Penerapan Teknologi Sel Surya dan Turbin AnginUntuk Meningkatkan Efisiensi Energi Listrik diGalangan Kapal

MIZZA FAHRIZA RAHMAN4107100082DOSEN PEMBIMBINGIr. TRIWILASWANDIO WP. , M.Sc.19610914 198701 1 001

LATAR BELAKANG

• Kebutuhan energi listrik yang tidak tergantikan• Eksploitasi bbm dan batubara• Tarif dasar listrik selalu naik• Keterseediaan sumber energi yang potensial :

matahari dan angin

• Kebutuhan energi listrik yang tidak tergantikan• Eksploitasi bbm dan batubara• Tarif dasar listrik selalu naik• Keterseediaan sumber energi yang potensial :

matahari dan angin

PERUMUSAN MASALAH

• Bagaimana kebutuhan energi listrik galangankapal.

• Bagaimana potensi energi listrik pada cahayamatahari dan angin.

• Bagaimana aplikasi teknologi sel surya danturbin angin.

• Bagaimana pengaruh aplikasi teknologi sel suryadan turbin angin pada efisiensi energi listrik

• Bagaimana kebutuhan energi listrik galangankapal.

• Bagaimana potensi energi listrik pada cahayamatahari dan angin.

• Bagaimana aplikasi teknologi sel surya danturbin angin.

• Bagaimana pengaruh aplikasi teknologi sel suryadan turbin angin pada efisiensi energi listrik

BATASAN MASALAH

• Data kebutuhan energi listrik di galangan kapalselama satu tahun

• Data karakteristik angin dan cahaya matahariselama satu tahundiambil dari BMKG Surabaya.

• Data sel surya dan turbin angin didapatkan darikatalog-katalog yang tersedia di internet.

• Data kebutuhan energi listrik di galangan kapalselama satu tahun

• Data karakteristik angin dan cahaya matahariselama satu tahundiambil dari BMKG Surabaya.

• Data sel surya dan turbin angin didapatkan darikatalog-katalog yang tersedia di internet.

TUJUAN

• Mendapatkan pola konsumsi energi listrik digalangan kapal.

• Mendapatkan pola kecepatan angin dan radiasimatahari.

• Mendapatkan konnfigurasi turbin angin dan selsurya.

• Mendapatkan besar penghematan yangdihasilkan sistem turbin angin dan sel surya.

• Mendapatkan pola konsumsi energi listrik digalangan kapal.

• Mendapatkan pola kecepatan angin dan radiasimatahari.

• Mendapatkan konnfigurasi turbin angin dan selsurya.

• Mendapatkan besar penghematan yangdihasilkan sistem turbin angin dan sel surya.

HIPOTESIS

Hipotesis untuk tugas akhir ini adalah bahwadengan menerapkan teknologi sel surya dan turbinangin dapat meningkatkan efisiensi penggunaanenergi listrik pada galangan kapal.

Hipotesis untuk tugas akhir ini adalah bahwadengan menerapkan teknologi sel surya dan turbinangin dapat meningkatkan efisiensi penggunaanenergi listrik pada galangan kapal.

Distribusi kecepatan angin

• Distribusi Rayleigh

Ekstrapolasi kecepatan angin

• Hellmann exponential Law

• Koefisien friksi

Turbin angin

• Sumber EnergiAngin adalah udara yang bergerak. Udaramemiliki kepadatan udara sehingga udaramemiliki massa. Dua komponen ini yaitukecepatan dan massa dapat menimbulkan energikinetik. Dari energi kinetik dapat diketahuidayanya :

• Sumber EnergiAngin adalah udara yang bergerak. Udaramemiliki kepadatan udara sehingga udaramemiliki massa. Dua komponen ini yaitukecepatan dan massa dapat menimbulkan energikinetik. Dari energi kinetik dapat diketahuidayanya :

• Daya nyataDaya yang bisa dihasilkan sebuah turbin angindibatasi oleh efisiensi. Sehingga daya nyata :

Hukum betz menyatakan bahwa efisiensimaksimal dari sebuah turbin angin hanya 0,59

• Daya nyataDaya yang bisa dihasilkan sebuah turbin angindibatasi oleh efisiensi. Sehingga daya nyata :

Hukum betz menyatakan bahwa efisiensimaksimal dari sebuah turbin angin hanya 0,59

Teknologi Photovoltaic

• Energi yang terkandungdalam foton menumbukelektron keluar dari orbitnya.1 elektron 1 foton

• Medan listrik yangdisebabkan keluarnyaelektron menimbulkan aruslistrik.

Sel surya

• Energi yang terkandungdalam foton menumbukelektron keluar dari orbitnya.1 elektron 1 foton

• Medan listrik yangdisebabkan keluarnyaelektron menimbulkan aruslistrik.

• Daya nyataDaya yang mampu dihasilkan oleh solar moduledipengaruhi oleh efisiensi.

Efisiensi ini dapat dilihat pada katalog-katalogsolar module atau dapat dihitung dari formula:

• Daya nyataDaya yang mampu dihasilkan oleh solar moduledipengaruhi oleh efisiensi.

Efisiensi ini dapat dilihat pada katalog-katalogsolar module atau dapat dihitung dari formula:

• Studi Literatur• Identifikasi Konsumsi dan potensi energi listrik• Pengumpulan data• Penerapan Teknologi sel surya dan turbin angin• Perhitungan Efisiensi Energi Listrik• Perhitungan Aspek Ekonomis

• Studi Literatur• Identifikasi Konsumsi dan potensi energi listrik• Pengumpulan data• Penerapan Teknologi sel surya dan turbin angin• Perhitungan Efisiensi Energi Listrik• Perhitungan Aspek Ekonomis

PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK

Motorpembakaran

(kimia/Termal)

Turbin Uap(Termal)

Turbin air(Potensial)

Motorpembakaran

(kimia/Termal)

Turbin Uap(Termal)

Turbin air(Potensial)

Generator listrik(Kinetik)

Elektrik

Konsumsi energi listrik galangan kapal selama

satu tahun dikategorikan menjadi dua :

• Bengkel : 8.051.406 kwh (78%)

• Kantor : 2.301.788 kwh (22%)

Konsumsi energi listrik galangan kapal selama

satu tahun dikategorikan menjadi dua :

• Bengkel : 8.051.406 kwh (78%)

• Kantor : 2.301.788 kwh (22%)

Pengambilan sampel dari kebutuhan energi listrik:•Bengkel : mesin las FCAW 28,6kW, SMAW 15kW, GMAW 12 kW duty cycle 60%

•Kantor : komputer 350 w dan lampu TL 40 w

POTENSI PADA ANGIN

• Kecepatan angin merupakan fungsi probabilitasrayleigh

• Standar pengukuran oleh bmkg

• Kecepatan angin merupakan fungsi probabilitasrayleigh

• Standar pengukuran oleh bmkg

0.15

0.2

0.25

Jan

0

0.05

0.1

0 5 10 15 20 25

Jan

Feb

mar

POTENSI PADA CAHAYA MATAHARI

POTENSI PADA TURBIN ANGIN DAN SELSURYA• Ekstrapolasi kecepatan angin• Distribusi daya listrik

Sel surya

PENERAPAN SEL SURYA

Modul SuryaEnergi listrik : 1.019369 kWhTegangan : 37.6 Volt (DC)

Batery chargerTegangan input (max) : 55 Volt (DC)Tegangan output : 24 Volt (DC)Arus output : 42.47369 Ah

BateraiBateraiKapasitas baterai : 22 AhTegangan baterai : 12 Volt (DC)Jumlah baterai : 2Kapasitas total : 44 Ah

InverterTegangan input : 24 Volt (DC)Tegangan output : 380 Volt (AC)Efisiensi : 85%Arus output : 36.10264 AhEnergi listrik output : 0.866463 kWh

Item hargaModul Rp3.301.500Charge controller Rp540.000Baterai 22Ah 12V Rp2.700.000Baterai 22Ah 12V Rp2.700.000Inverter 90% Rp1.250.000ATS Rp2.410.000

Rp10.201.500

Daya @ lampu LED : 0.015 kWJam nyala : 20 jam/hari (LWBP)

4 jam/hari (WBP)400 jam/bulan (LWBP)80 jam/bulan (WBP)

Energi @ lampu LED : 0.36 kWhEnergi @ modul : 0.866463259 kWhJumlah lampu LED : 492LampuJumlah modul : 156ModulTotal kebutuhan daya : 7380VATotal kebutuhan daya : 7380VAEnergi total lampu LED : 177.12kWh/hari

3542.4kWh/bulanSambungan PLN : 7700VABiaya penyambungan PLN : Rp775/VABiaya energi listrik PLN : Rp803/kWh (LWBP)

Rp1,205/kWh (WBP)Rp3,081,593/bulan

Investasi sel suryaPembelian sistem : Rp10,201,500/modulTotal investasi : Rp2,081,106,000

Biaya PLN Sel surya

Pemasangan Rp5,967,500 Rp2,081,106,000

Tagihan listrik 20 tahun Rp1,941,403,464 -

Penggantian baterai - Rp376,380,000Penggantian baterai - Rp376,380,000

Biaya selama 20 tahun Rp1,947,370,964 Rp2,457,486,000

PENERAPAN TURBIN ANGIN

Pengambilan• Turbin angin AC

• Konverter (AC)• Baterai• Konverter (AC)• Baterai

• Inverter• Automatic Transfer Switch

Turbin anginEnergi listrik : 327.3296 kWhTegangan : 380 Volt (AC)Arus output 861.3937 Ah

Batery chargerTegangan input : 320 - 450 Volt (AC)Tegangan output : 24 Volt (DC)Arus output : 13638.73 Ah

Baterai

Inverter

Tegangan input : 48 Volt (DC)

Tegangan output : 380 Volt (AC)

Efisiensi : 0.87

Arus output : 749.4125Ah

Energi listrik output : 284.7768kWh

BateraiKapasitas baterai : 1500 AhTegangan baterai : 2 Volt (DC)Jumlah baterai : 12Kapasitas total : 18000 AhArus output 13638.73 Ah

Trafo step upTegangan input 24 Volt (DC)Tegangan output 48 Volt (DC)Arus output 6819.367 Ah

Item Unit harga

Turbin Hummer 20kW 1 Rp167,400,000

Rp206,280,000Baterai 600Ah 2V 12 Rp206,280,000

Konstruksi menara 1 Rp388,125,000

TOTAL Rp761,805,000

SMAWEnergi @ turbin angin : 284.78 kWhJumlah turbin angin : 22.00 Turbin anginTotal energi turbin angin : 6,265.09 kWhDaya mesin las : 15.00 kWDurasi operasi mesin las : 4.80 jam/hari

96.00 jam/bulanEnergi @ mesin las : 72.00 kWh/hari

1,440.00 kWh/bulanJumlah mesin las : 88 mesin las SMAWJumlah mesin las : 88 mesin las SMAWTotal kebutuhan daya : 1,320,000 VASambungan PLN : 1,385,000 VABiaya penyambungan PLN : Rp505 /VABiaya energi listrik PLN : Rp803 /kWh

Rp101,756,160 /bulanInvestasi turbin anginPembelian sistem : Rp761,805,000 /turbin anginPemasangan : Rp17,688,120 /turbin anginPondasi : Rp64,698,078 /turbin anginTotal investasi : Rp844,191,198 /turbin angin

Biaya PLN Wind turbine

Pemasangan Rp699,425,000 Rp18,572,206,356

Tagihan listrik 15 tahun Rp40,295,439,360 -

Penggantian baterai - Rp618,840,000

Perawatan - Rp125,511,801

Biaya selama 15 tahun Rp40,994,864,360 Rp19,316,558,157

GMAWEnergi @ turbin angin : 284.78 kWhJumlah turbin angin : 22.00 Turbin anginTotal energi turbin angin : 6,265.09 kWhDaya mesin las : 12.00 kWDurasi operasi mesin las : 4.80 jam/hari

96.00 jam/bulanEnergi @ mesin las : 57.60 kWh/hari

1,152.00 kWh/bulanJumlah mesin las : 110 mesin las GMAWJumlah mesin las : 110 mesin las GMAWTotal kebutuhan daya : 1,320,000 VASambungan PLN : 1,665,000 VABiaya penyambungan PLN : Rp505 /VABiaya energi listrik PLN : Rp803 /kWh

Rp101,756,160 /bulanInvestasi turbin anginPembelian sistem : Rp761,805,000 /turbin anginPemasangan : Rp17,688,120 /turbin anginPondasi : Rp64,698,078 /turbin anginTotal investasi : Rp844,191,198 /turbin angin

Biaya PLN Wind turbinePemasangan Rp840,825,000 Rp18,572,206,356

Tagihan listrik 15 tahun Rp40,295,439,360 -

Penggantian baterai - Rp618,840,000Perawatan - Rp125,511,801

Biaya selama 15 tahun Rp41,136,264,360 Rp19,316,558,157Biaya selama 15 tahun Rp41,136,264,360 Rp19,316,558,157

Biaya energiEfisiensi

Sebelumpenerapan

Setelahpenerapan

Pengurangan

Efisiensi penerapan sel surya

Sebelumpenerapan

Setelahpenerapan

Pengurangan

Rp1.701.936.878 Rp1.594.786.363 Rp107.150.515 6,30%

Efisiensi penerapan turbin angin

Beban

Biaya energi

EfisiensiSebelumpenerapan

Setelahpenerapan

PenguranganSebelumpenerapan

Setelahpenerapan

Pengurangan

GMAW Rp3.499.590.244 Rp2.289.160.804 Rp1.210.429.440 34,59%

SMAW Rp3.499.590.244 Rp2.289.160.804 Rp1.210.429.440 34,59%

NPV penerapan sel surya

Tahun ke-SNPV

Awal Kenaikan TDL 9%Awal Kenaikan TDL 9%17 (Rp207.334.345) (Rp16.647.000)18 (Rp99.478.514) Rp100.915.85619 Rp4.919.965 Rp214.710.19820 Rp21.535.910 Rp240.407.014

NPV penerapan turbin angin

Tahun ke-

SNPVGMAW SMAW

KenaikanTDL 9%

KenaikanTDL 9%

Tahun ke-Awal

KenaikanTDL 9%

AwalKenaikanTDL 9%

11 Rp(4.738) Rp(3.493) Rp(4.738) Rp(3.493)12 Rp(3.659) Rp(2.316) Rp(3.659) Rp(2.316)13 Rp(2.624) Rp(1.189) Rp(2.624) Rp(1.189)14 Rp(1.636) Rp(112) Rp(1.636) Rp(112)15 Rp(694) Rp915 Rp(694) Rp915

KONFIGURASI SEL SURYA

• 1 modul surya 250 W• 1 Charge controller• 2 Baterai 22Ah 12 V• 1 Inverter dengan efisiensi 85%• 1 ATS

156 sistem dapat memenuhi kebutuhan energilistrik 492 lampu LED.

• 1 modul surya 250 W• 1 Charge controller• 2 Baterai 22Ah 12 V• 1 Inverter dengan efisiensi 85%• 1 ATS

156 sistem dapat memenuhi kebutuhan energilistrik 492 lampu LED.

KONFIGURASI TURBIN ANGIN

• Kapasitas : 20 kW• Kecepatan kerja : 11,5 m/s• Efisiensi : 0,4• Tegangan : 380 V AC• Baterai : 12 x 2 V @ 600 Ah

Dirangkai Seri• 1 Inverter 85%22 sistem dapat memenuhi kebutuhan listrik 110

mesin las GMAW atau 88 SMAW.

• Kapasitas : 20 kW• Kecepatan kerja : 11,5 m/s• Efisiensi : 0,4• Tegangan : 380 V AC• Baterai : 12 x 2 V @ 600 Ah

Dirangkai Seri• 1 Inverter 85%22 sistem dapat memenuhi kebutuhan listrik 110

mesin las GMAW atau 88 SMAW.

KESIMPULAN

• Potensi energi listrik dari angin dan matahari diSurabaya masing-masing sebesar 505,98kWh/m2 putaran bilah dan 5,027 kWh/m2

luasan modul.

• Potensi energi listrik dari angin dan matahari diSurabaya masing-masing sebesar 505,98kWh/m2 putaran bilah dan 5,027 kWh/m2

luasan modul.

KESIMPULAN

• Konsumsi energi listrik galangan kapaldidominasi oleh kategori bengkel sebesar 78 %dari total konsumsi energi listrik. Sisanyasebanyak 22% pada kategori kantor.

• Konsumsi energi listrik galangan kapaldidominasi oleh kategori bengkel sebesar 78 %dari total konsumsi energi listrik. Sisanyasebanyak 22% pada kategori kantor.

KESIMPULAN

Penerapan sel surya dan turbin angin di galangankapal adalah sebagai berikut :• 156 sistem sel surya untuk 492 lampu LED 15 W

memberikan efisiensi 6,3%• 22 sistem turbin angin pada ketinggian 80 meter

untuk 110 mesin las GMAW atau untuk 88mesin las SMAW memberikan efisiensi 34,59%

Penerapan sel surya dan turbin angin di galangankapal adalah sebagai berikut :• 156 sistem sel surya untuk 492 lampu LED 15 W

memberikan efisiensi 6,3%• 22 sistem turbin angin pada ketinggian 80 meter

untuk 110 mesin las GMAW atau untuk 88mesin las SMAW memberikan efisiensi 34,59%

KESIMPULANInvestasi dari masing-masing sistem dengan asumsikenaikan TDL 9% per tahun sebagai berikut :• Sistem sel surya untuk lampu LED menghasilkan

keuntungan pada tahun ke-18 dan keuntungandiakhir lifetime sebesar Rp.240.407.014

• Sistem turbin angin untuk mesin las GMAW atauSMAW menghasilkan keuntungan diakhir lifetimesebesar Rp. 914.582.706.

•

Investasi dari masing-masing sistem dengan asumsikenaikan TDL 9% per tahun sebagai berikut :• Sistem sel surya untuk lampu LED menghasilkan

keuntungan pada tahun ke-18 dan keuntungandiakhir lifetime sebesar Rp.240.407.014

• Sistem turbin angin untuk mesin las GMAW atauSMAW menghasilkan keuntungan diakhir lifetimesebesar Rp. 914.582.706.

•