AKADEMIK PAPER

Pembangkit Listrik Non Fosil

Dosen Pengampu: Wisnu Broto, ST. MT

Disusun Oleh : Sandi Purwo Krisnandri Widigdo

4313216209

TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS PANCASILA JAKARTA

2015

AKADEMIK PAPER

Pembangkit Listrik Non Fosil

Sandi Purwo Krisnandri Widigdo

Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila

Abstraks

Pembangkit tenaga listrik non fosil adalah pembangkit tenaga listrik yang menggunakan

energi terbarukan. Sumber daya non fosil dapat diperbaharui dan apabila dikelola dengan baik

maka sumber dayanya tidak akan habis.

Jenis energi terbarukan meliputi Panas bumi, Mikrohidro, Tenaga Surya, Tenaga

Gelombang, Tenaga Angin, dan Biomasa. Energi ini memberi masa depan bagi pembangkit

tenaga listrik.

Penggunaan energi terbarukan dapat mengatasi masalah ketersediaan bahan bakar fosil

yang semakin lama semakin berkurang dan pasti akan habis. Dari hasil penelitian yang dilakukan

pada tenaga angin, tenaga surya, dan tenaga mikrohidro menunjukkan bahwa sumber energi ini

sangat layak diandalkan untuk menjadi pengganti energi dari bahan bakar fosil yang tidak

terbarukan. Sumber energi terbarukan tersebut tersedia lebih melimpah dan lebih ramah

lingkungan dibandingkan energi dari bahan bakar fosil.

I. Pendahuluan

Beberapa tahun terakhir ini energi merupakan persoalan yang krusial didunia.

Peningkatan permintaan energi yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi penduduk dan

menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi dari bahan bakar fosil

memberikan tekanan kepada setiap negara untuk segera memproduksi dan menggunakan energi

terbaharukan.

Sebagian besar pembangkit tenaga listrik saat ini masih mengandalkan energi dari bahan

bakar fosil untuk membangkitkan tenaga listrik. Cadangan bahan bakar fosil di dunia yang

semakin lama semakin menipis menimbulkan kekhawatiran terhadap keberlangsungan proses

pembangkitan tenaga listrik. Bahan bakar fosil tidak dapat terus-menerus diandalkan untuk

membangkitkan tenaga listrik.

Energi dari bahan bakar fosil tidak dapat diperbaharui dan pasti akan habis jika terus-

menerus digunakan. Sebelum bahan bakar fosil habis, sektor energi terbarukan harus

dikembangkan untuk cukup menggantikan batubara dan minyak bumi. Ini hanya dapat dilakukan

jika kemajuan teknologi energi terbarukan berlanjut di tahun-tahun mendatang. Kegagalan

pengembangkan teknologi energi terbarukan akan membahayakan keamanan energi masa

depan kita, dan ini harus dihindari oleh dunia.

Negara kita berada dijalur garis khatulistiwa yang diberkahi sinar matahari sepanjang

tahun. Negeri ini juga memiliki potensi angin melimpah karena memiliki garis pantai yang sangat

panjang. Belum lagi jajaran gunung berapi yang menyediakan potensi panas bumi yang besar.

Selain itu ada juga potensi arus yang deras hampir sepanjang tahun.Banyak sekali energi

terbarukan yang ada di Negara kita. Oleh karena itu sangat perlu bagi kita untuk segera meneliti

dan mengembangkan potensi energi terbarukan yang ada.

II. Landasan Teori

2.1. Pembangkit Listrik

Pembangkit listrik adalah bagian dari alat industri yang dipakai untuk memproduksi

dan membangkitkan tenaga listrik dari berbagai sumber energi.

Sumber energi yang digunakan pada pembangkit listrik meliputi :

1. Energi yang berasal dari fosil

Energi yang berasal dari fosil adalah energi yang kesediaan sumbernya di alam

terbatas, sumber energi yang berasal dari fosil adalah batu bara, minyak bumi, dan

gas alam.

2. Energi terbarukan

Konsep energi terbarukan mulai dikenal pada tahun 1970-an, sebagai upaya untuk

mengimbangi pengembangan energi berbahan bakar nuklir dan fosil. Definisi paling

umum adalah sumber energi yang dapat dengan cepat dipulihkan kembali secara

alami, dan prosesnya berkelanjutan. Dengan definisi ini, maka bahan bakar nuklir

dan fosil tidak termasuk di dalamnya. (wikipedia)

2.2. Sumber Energi Terbarukan

Energi adalah kemampuan melakukan kerja. Disebut demikian karena

setiapkerja yang dilakukan sekecil apapun dan seringan apapun tetap

membutuhkan energi. Menurut KBBI energi didefiniskan sebagai daya atau kekuatan

yang diperlukan untuk melakukan berbagai proses kegiatan. Energi merupakan bagian

dari suatu benda tetapitidak terikat pada benda tersebut. Energi bersifat fleksibel artinya

dapat berpindah dan berubah.

Energi terbarukan adalah adalah energi yang berasal dari proses alam

yang berkelanjutan, beberapa energi terbarukan yang akan dibahas disini meliputi :

1. Energi Surya

Energi surya adalah energi yang dikumpulkan secara langsung dari

cahaya matahari. Tentu saja matahari tidak memberikan energi yang konstan untuk

setiap titik di bumi, sehingga penggunaannya terbatas. Sel surya sering digunakan

untuk mengisi daya baterai, di siang hari dan daya dari baterai tersebut digunakan di

malam hari ketika cahaya matahari tidak tersedia. Tenaga surya dapat digunakan

untuk:

http://id.wikipedia.org/wiki/Nuklirhttp://id.wikipedia.org/wiki/Fosilhttp://id.wikipedia.org/wiki/Mataharihttp://id.wikipedia.org/wiki/Baterai

Menghasilkan listrik menggunakan sel surya

Menghasilkan listrik Menggunakan menara surya

Memanaskan gedung secara langsung

Memanaskan gedung melalui pompa panas

Memanaskan makanan Menggunakan oven surya

2. Tenaga Angin

Perbedaan temperatur di dua tempat yang berbeda menghasilkan tekanan

udara yang berbeda, sehingga menghasilkan angin. Angin adalah gerakan materi

(udara) dan telah diketahui sejak lama mampu menggerakkan turbin. Turbin angin

dimanfaatkan untuk menghasilkan energi kinetik maupun energi listrik. Energi yang

tersedia dari angin adalah fungsi dari kecepatan angin; ketika kecepatan angin

meningkat, maka energi keluarannya juga meningkat hingga ke batas maksimum

energi yang mampu dihasilkan turbin tersebut[5]. Wilayah dengan angin yang lebih

kuat dan konstan seperti lepas pantai dan dataran tinggi, biasanya diutamakan untuk

dibangun "ladang angin".

3. Tenaga Air

Energi air digunakan karena memiliki massa dan mampu mengalir. Air

memiliki massa jenis 800 kali dibandingkan udara. Bahkan gerakan air yang lambat

mampu diubah ke dalam bentuk energi lain. Turbin air didesain untuk mendapatkan

energi dari berbagai jenis reservoir, yang diperhitungkan dari jumlah massa air,

ketinggian, hingga kecepatan air. Energi air dimanfaatkan dalam bentuk:

Bendungan pembangkit listrik. Yang terbesar adalah Three Gorges dam di China.

Mikrohidro yang dibangun untuk membangkitkan listrik hingga skala 100 kilowatt.

Umumnya dipakai di daerah terpencil yang memiliki banyak sumber air.

Run-of-the-river yang dibangun dengan memanfaatkan energi kinetik dari aliran air

tanpa membutuhkan reservoir air yang besar.

http://id.wikipedia.org/wiki/Sel_suryahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Menara_surya&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pompa_panas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Oven_surya&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Tekanan_udarahttp://id.wikipedia.org/wiki/Tekanan_udarahttp://id.wikipedia.org/wiki/Anginhttp://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_anginhttp://id.wikipedia.org/wiki/Energi_terbarukan#cite_note-5http://id.wikipedia.org/wiki/Ladang_anginhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Three_Gorges_dam&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Chinahttp://id.wikipedia.org/wiki/Mikrohidro

III. Pembahasan

3.1. Penelitian Sumber Energi Terbarukan

Mengingat pentingnya energi pada pembangkitan tenaga listrik. Penggunaan

energi terbarukan mulai diteliti dan dikembangkan. Berikut ini akan diibahas beberapa

aplikasi energi terbarukan untuk pembangkitan listrik yang diteliti dan dikembangkan oleh

Bono (2012), Musviratu Alvita, dkk (2013), Asri (2014), Arif Gunawan, dkk (2014), Asnal

Effendi (2012), dan Hendry Eko Hardianto, Reza Satria Rinaldi (2012).

1. Jurnal Kaji Eksperimen Turbin Angin Poros Horizonyal Tipe Kerucut

Terpancung Dengan Variasi Sudut Sudu Untuk Pembangkit Listrik Tenaga

Angin

Penelitian ini dilakukan oleh Bono (2012). Tujuan penelitian ini adalah

untuk mengkaji Turbin Angin poros horisontal tipe Kerucut Terpancung dengan

variasi sudut sudu untuk pembangkit listrik tenaga angin. Turbin yang diuji memiliki

diameter runner terbesar D1=60 cm,dan diameter runner terkecil D2=20 cm, tinggi

kerucut terpancung H=35 cm, jumlah sudu Z=10 buah, dan variasi sudut sudu.

Penelitian ini diawali dengan membuat Turbin Angin poros horisontal tipe

Kerucut Terpancung dengan variasi sudut sudu yang terdiri dari runner, dan poros

turbin. Runner turbin terdiri dari piringan bentuk kerucut terpancung dan sudu yang

dapat diatur sudutnya. Instalasi pengujian terdiri dari komponen utama blower, turbin

angin, Generator listrik atau dinamometer turbin, yang dilengkapi alat ukur pengujian

meliputi anemometer, tachometer, termometer, Volt meter, Ampere meter dan neraca

pegas. Pengujian yang dilakukan meliputi uji karakteristik turbin, dimana sudut sudu

divariasikan mulai dari sudut 150. Sampai dengan 600. Parameter yang diukur dalam

pengujian adalah kecepatan aliran angin, putaran dan torsi poros turbin. Parameter

yang ditentukan dan merupakan variabel dalam penelitian ini adalah sudut sudu,

yaitu 150, 300, 450, 600. Beban turbin divariasikan dan setiap variasi dilakukan

pencatatan terhadap parameter-parameter diatas.

Hasil penelitian terhadap masing-masing sudut sudu turbin pada berbagai

kecepatan angin menunjukkan bahwa pada sudut sudu sebesar 300 menghasilkan

daya mekanik terbesar dibandingkan dengan sudut sudu 150, 450,dan 600.

Sedangkan efisiensi total maksimum sebesar 20,75% dicapai pada sudut sudu 300

dan kecepatan angin 5 m/s.serta pada putaran 136,7 rpm.

2. Jurnal Perancangan dan Simulasi Chopper Buck Boost pada Aplikasi

Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Penelitian ini dilakukan oleh Musviratu Alvita, Syahrial, dan Siti Saodah

(2013) Pada penelitian ini dilakukan perancangan dan simulasi sebuah sistem

pembangkit listrik tenaga angin dengan spesifikasi ketinggian tower 30 m, radius

blade 6 m, dan densitas udara 1,23 kg/m3, menggunakan generator sinkron 3 fasa

8,5 kW. Tegangan line to line keluaran generator disearahkan dengan rectifier bridge

6 pulsa, kemudian tegangan dc diregulasi dengan chopper buck-boost sehingga

menghasilkan tegangan konstan yang diinginkan. Rentang input konverter adalah 50

V-100V. Kecepatan angin nominal yang digunakan adalah 5,113 m/s. Pada

kecepatan angin tersebut, tegangan line to line keluaran generator adalah 80 V,

tegangan dc 132,4 V, duty cycle buck 78%, duty cycle boost 0%. Pada kondisi ini,

konverter berfungsi sebagai chopper buck. Sedangkan keluaran chopper buck boost

adalah 102,3 V dari tegangan konstan yang diinginkan 100 V.

3. Jurnal Kapasitas Daya Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro di Alue Dua

Aceh Utara

Penelitian ini dilakukan oleh Asri (2014). Tujuan yang ingin dicapai yaitu

mendapatkan pembangkitan daya listrik yang sesuai terhadap kondisi musim hujan

dan kemarau. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode

pengukuran dan pengujian putaran generator terhadap bukaan valve secara manual.

Langkah pengujian yang dilakukan dengan memutar bukaan valve step by

step dari 0% sampai 100%. Kemudian diukur putaran turbin dengan menggunakan

thaco meter.

Hasil yang didapat yaitu kapasitas daya generator sebesar 40 kVA pada

musim hujan dengan bukaan valve 100% karena sumber energi air mencukupi.

Kapasitas daya generator sebesar 12 kVA pada musim kemarau dengan bukaan

valve 30% karena sumber energy air tidak mencukupi, jika vent valve dibuka 100%

maka dalam 12 menit sumber air dibak penenang sudah habis.

4. Jurnal Pemantauan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)

Penelitian ini dilakukan oleh Arif Gunawan, Arisco Oktafeni, dan Wahyuni

Khabzli (2013). Pada penelitian ini diibuan rancangan sistem pemantauan PLTMH.

PLTMH yang dipantau menggunakan kincir air yang terbuat dari plat sepeda yang

dipasangi pipa paralon untuk penampung air jatuh sebagai penggerak kincir. Putaran

dari kincir akan membangkitkan listrik dari generator yang satu sama lain terhubung

dengan pulley. Keluaran listrik yang dibangkitkan oleh generator tergantung pada

putaran yang dihasilkan oleh kincir. Keluaran tegangan tersebut digunakan untuk

menghidupkan lampu. Beberapa sensor digunakan untuk memantau kinerja

generator. Sensor membaca arus dan tegangan yang dihasilkan generator, dan

jumlah putaran kincir. Aki/baterai digunakan sebagai penyimpan tegangan keluaran

dari generator. Data hasil pemantauan dibaca melalui mikro Arduino dan ethernet

shield dan dihubungkan ke komputer melalui koneksi Wi-Fi.

Hasil pengukuran menunjukkan bahwa tegangan yang keluar dari

generator pada saat debit air besar adalah rata-rata 10 Volt. Selanjutnya ditemukan

pula bahwa pembangkit mikrohidro dapat menyuplai beban sebesar 5 Watt.

5. Jurnal Pembangkit Listrik Sel Surya Pada Daerah Pedesaan

Penelitian ini dilakukan oleh Asnal Effendi (2012). Latar belakang

penelitian ini adalah kebutuhan energi listrik di daerah ped esaan yang belum ada

listrik jala-jala PLN, maka dibuat sebuah pembangkit listrik sel surya untuk daerah

pedesaan.. Pembangkit Listrik Sel Surya pada daerah pedesaan dibuat berdasarkan

kapasitas daya yang diinginkan yakni 1000 Watt, tegangan 24 Volt, maka dari hasil

perhitungan untuk modul yang dipasang secara secara seri disusunan sebanyak 43

buah, sedangkan secara paralel sebanyak 48 buah

6. Jurnal Perancangan Prototype Penjejak Cahaya Matahari Pada Aplikasi

Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Penelitian ini dilakukan oleh Hendry Eko Hardianto, Reza Satria Rinaldi

(2012). Latar Belakang penelitian ini adalah pergerakan semu matahari dari timur

ke barat karene rotasi bumi. Fenomena ini menyebabkan intensitas cahaya yang

berbeda di setiap permukaan bumi. Untuk mengoptimalkan cahaya matahari,

desain dan realisasi solar tracker sangat penting. Tracker surya harus mampu

untuk melacak posisi matahari dan memindahkan sel surya untuk menghadapi

cahaya matahari.

Penelitian ini membuat prototype pelacak surya yang dapat bergerak

dalam dua sumbu dengan jenis gerakan memutar dan gerakan miring sehingga

dapat bekerja secara optimal menangkap cahaya matahari. Tracker surya ini

dirancang dengan menggunakan foto dioda sebagai sensor cahaya dan motor servo

sebagai aktuator. Sistem ini menggunakan ATMega8535 sebagai unit kontrol yang

mampu memproses sinyal dari sensor dan menghasilkan Pulse Width Modulation

untuk mengendalikan motor servo.

Pengujian menunjukkan solar tracker ini mampu meningkatkan daya rata-

rata untuk 0.676 watt dan efisiensi untuk 36.216%. Kesalahan dari pelacakan 90 di

awan berat.

IV. Kesimpulan

4.1. Kesimpulan Jurnal Kaji Eksperimen Turbin Angin Poros Horizonyal Tipe Kerucut

Terpancung Dengan Variasi Sudut Sudu Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Dari hasil pengujian dan analisis Turbin Angin Kurucut Terpancung, maka dapat

diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Daya mekanik yang dihasilkan dipengaruhi oleh kecepatan angin, dan posisi sudut

sudu, semakin besar kecepatan angin semakin besar pula daya mekanik yang

dihaslkan. Daya mekanik tertinggi yang mampu dibangkitkan adalah sebesar 22,58

watt, pada kecepatan angin sebesar 9 m/s dan posisi sudut sudu sebesar 300.

2. Efisiensi total tertinggi yang mampu dihasilkan turbin pada berbagai posisi sudut

sudu terjadi pada kecepatan angin 5 m/s. yaitu sebesar 20,75 % pada posisi sudut

sudu 300.

3. Nilai efisiensi tertinggi untuk setiap bukaan sudut sudu, pada kecepatan angin 5 m/s

adalah sebagai berikut : Sudut sudu 600, efisiensi sebesar 15,35%, Sudut sudu 450,

efisiensi sebesar 19,64%, Sudut sudu 300, efisiensi sebesar 21,27%, Sudut sudu

150, efisiensi sebesar 16,22%

4.2. Kesimpulan Jurnal Perancangan dan Simulasi Chopper Buck Boost pada Aplikasi

Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Berdasarkan data statistik angin dan spesifikasi generator, maka pengujian

dilakukan pada rentang kecepatan angin 2-9 m/s, dengan kecepatan nominal 5 m/s.

2. Berdasarkan daya angin pada kecepatan 5 m/s adalah 8,69 kW, maka pemilihan

generator adalah Permanent Magnet Synchronous Generator dengan daya 8,5 kW,

3 fasa, 60 Hz. Sedangkan tegangan line to line generator pada kecepatan angin 5

m/s adalah 80 3. Dengan tegangan VL-L 80 V, Vdc yang dihasilkan Rectifier Bridge

3 fasa adalah 132,38 V, tegangan keluaran konverter pada simulasi adalah 102,3 V.

3. Pada kecepatan angin nominal, konverter berfungsi sebagai mode buck-boost. Duty

cycle saklar 1 adalah 78%, dan saklar 2 tidak diberi sinyal.

4. Pada saat kecepatan angin 2-4 m/s, tegangan input chopper 68-108 V, konverter

bekerja sebagai chopper buck-boost. Hal ini dilihat dari kedua saklarnya yang

melakukan switching.

5. Pada saat kecepatan angin 5-9 m/s, tegangan input chopper 132-202 V, konverter

bekerja sebagai chopper buck. Hal ini dilihat dari hanya saklar 1 yang melakukan

switching.

4.3. Kesimpulan Jurnal Kapasitas Daya Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro di Alue

Dua Aceh Utara

Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa kondisi PLTMH Alur Dua dapat

menghasilkan daya 40 kVA pada musim hujan dengan bukaan guidevane 100% dan pada

musim kemarau hanya menghasilkan 12 kVA dengan bukaan guidevane 30% hal ini

dipengaruhi oleh kondisi debit air 117 liter per detik pada musim hujan dan 36 liter per

detik pada musim kemarau. Untuk menjaga kestabilan generator menggunakan beban

penyeimbang yaitu ballast load yang dikendalikan oleh elektronik load control (ELC),

kapasitas ballast load sebesar 40 kW dengan besar tahanan 3,7 Ohm. Jika ballast load

tidak sesuai, maka mengakibatkan putaran turbin akan naik, dengan demikian tegangan

dan frekuensi sistem akan naik juga sehingga tidak sesuai standar yang diizinkan.

4.4. Kesimpulan Jurnal Pemantauan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)

Pada sistem yang dirancang, pengukuran sensor arus, tegangan dan kecepatan

putaran kincir dapat dilakukan dengan baik. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa

tegangan yang keluar dari generator pada saat debit air besar adalah rata-rata 10 Volt.

Selanjutnya ditemukan pula bahwa pembangkit mikrohidro ini sesuai untuk menyuplai

beban sebesar 5 Watt.

4.5. Kesimpulan Jurnal Pembangkit Listrik Sel Surya Pada Daerah Pedesaan

kesimpulan dari perencaaan pembangkit listrik sistem sel surya untuk dapat dijadikan

alternatif pembangkit tenaga listrik, yaitu :

1. Hasil perh itungan dari sel surya yang direncanakan untuk 1000 Watt untuk sel

surya dan 1000 Watt untuk energi angin dihubungkan dengan jaringan pengguna

untuk beban 1000 Watt. Apabila sel surya tidak sanggup melayani permintaan

beban maka energi angin yang mensuplai energi untuk beban.

2. Tulisan ini dapat dilanjutkan untuk pengembangan sesuai dengan kebutuhan

daerahnya.

4.6. Kesimpulan Jurnal Perancangan Prototype Penjejak Cahaya Matahari Pada

Aplikasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya

1. Penggunaan sistem penjejak cahaya matahari dapat meningkatkan perolehan

daya yang dihasilkan sel surya sebesar 0,676 watt.

2. Sistem penjejak orientasi matahari dengan sensor foto dioda dan aktuator motor

servo telah mampu mengarahkan sel surya menghadap ke arah matahari dengan

kesalahan maksimum sebesar 9o pada saat awan tebal.

3. Efisiensi penggunaan penjejak matahari pada sel surya dengan daya maksimum

6 watt sebesar 36,216%.

4. Perolehan daya sel surya dengan menggunakan penjejak matahari akan lebih

efektif pada sore hari.

Daftar Pustaka

Bono. Kaji Eksperimen Turbin Angin Poros Horizonyal Tipe Kerucut Terpancung Dengan

Variasi Sudut Sudu Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Angin . Prosiding Seminar Nasional

Sains Dan Teknologi Fakultas Teknik Vol 1, No 1, 2012

Musviratu Alvita, Syahrial, dan Siti Saodah. Perancangan dan Simulasi Chopper Buck Boost

pada Aplikasi Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Jurnal Reka Elkomika 2337-439X, Februari 2013

Asri. Kapasitas Daya Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro di Alue Dua Aceh Utara. Jurnal

Rekayasa Elektrika Vol. 11, No. 2, Oktober 2014

Arif Gunawan, Arisco Oktafeni, dan Wahyuni Khabzli. Pemantauan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 10, No. 4, Oktober 2013

Asnal Effendi. Pembangkit Listrik Sel Surya Pada Daerah Pedesaan. Jurnal Teknik Elektro

ITP, Volume 1, No. 1; Januari 2012

Hendry Eko Hardianto, Reza Satria Rinaldi. Perancangan Prototype Penjejak Cahaya

Matahari Pada Aplikasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Jurnal Ilmiah Foristek Vol. 2, No.

2, September 2012