Pemanfaatan Energi Arus Sungai Sebagai Sumber Energi Alternatif

Sebagai Negara kepulauan sumber-sumber energi alternatif berbasis air yang berkelanjutan dan terbarukan (energi arus laut/sungai,energi ombak, energi pasang surut permukaan laut, dan energi perbedaan temperatur antara permukaan laut dan dasar laut (OTEC) cukup melimpah . Dari sumber-sumber energi alternatif tersebut, yang tersedia melimpah namun belum dimanfaatkan secara optimal adalah sumber energi yang berasal dari arus laut/sungai.  

Sumber ini banyak terdapat hampir di seluruh wilayah Indonesia, khsususnya Indonesia bagian Timur yang memiliki sumber arus dengan kecepatan cukup kuat. Potensi arus laut banyak ditemukan di Selat-selat NTB, NTT, Maluku dan  Papua. Sedangkan potensi arus sungai cukup banyak ditemui di Sumatra,Kalimantan dan Papua.

Keuntungan penggunaan energi arus laut/sungai adalah selain ramah lingkungan juga energi arus laut/sungai mempunyai densitas yang jauh lebih besar dibandingkan dengan energi angin (830 kali) sehingga dengan kapasitas yang sama, dimensi turbin arus  akan jauh lebih kecil dibandingkan turbin angin (lebih efisien).

Turbin arus Sungai

Listrik adalah sumber utama dalam kehidupan. Tanpa listrik maka aspek-aspek yang lain, seperti aspek ekonomi,sosial, keamanan dan  pendidikan tidak akan berjalan. Faktanya, masih banyak wilayah-wilayah yang memiliki sumber kecepatan arus cukup besar tetapi wilayahnya belum sepenuhnya terlayani oleh listrik PLN sehingga  aspek-aspek  seperti disebutkan di atas menjadi tidak berjalan dengan baik.  Kondisi inilah yang menyebabkan suatu Daerah menjadi terbelakang tingkat pembangunan-nya dibanding Daerah lainya yang sudah terlayani listrik.

Pada dasanya sistem operasional turbin arus Sungai sama dengan Turbin arus laut. Perbedaan-nya adalah arus laut bergerak dua arah (bi-direction) sedangkan arus sungai bergeak satu arah (mono-direction). Perhitungan-perhitungan ukuran bilah turbin, radial arms,poros turbin  dan komponen lainnya mengikuti prinsip perhitungan yang sama dengan perhitungan desain turbin arus laut.

Manfaat :

§  Dapat diaplikasikan di Sungai yang memiliki kecepatan arus sekitar 2.5 m/dt. Sebagai sumber energi listrik bagi peduduk di wilayah pedalaman (Kalimantan,Papua,Sumatra atau Daerah Aliran Sungai (DAS) di Pulau Jawa)

§  Membantu Pemerintah dalam program pengembangan dan pemanfaatan sumber energi terbarukan untuk pembangkit listrik sehingga mampu mengurangi polusi dan kerusakan lingkungan.

§  Dapat dimanfaatkan sebagai sarana  pendidikan dan wisata teknologi ( jika dipasang di wilayah pariwisata atau sungai di perkotaan (Taman kota)

DESAIN TURBIN ARUS SUNGAI

Perhitungan Daya listrik didasarkan pada formula :

 Dimana :

0.593 adalah besaran efisiensi berdasarkan ketetapan Betz (Betz law)

r adalah density air (Kg/m³)

A luasan penampang piringan turbin (m²)

V besaran kecepatan arus (m/det)

Pada Daerah yang memiliki selisih ketinggian desain turbin di Sungai dibuat dengan sistem membuat Dam (bendungan) aliran sungai. Akibat terjadi suatu pressure head (Selisih tekanan) antara bagian atas dan bagian bawah maka aliran yang dibendung tadi kemudian dialirkan menuju rotor turbin dengan kecepatan aliran yang lebih besar sehingga akan memutar rotor turbin, seperti gambar di bawah ini :

Gambar.1  tipikal Turbin arus sungai sistem bendungan (dam)

Konstruksi ini memerlukan biaya yang sangat mahal dan tidak sesuai dengan sungai yang memiliki permukaan datar.

Desain ini berbeda untuk desain turbin untuk aliran sungai datar seperti yang pada umumnya terdapat di sejumlah sungai-sungai besar di Sumatra,Kalimantan atau Papua. Tidak diperlukan bendungan (Dam) untuk menahan tekanan air, tetapi cukup dilengkapi dengan duct  sebagai pemercepat aliran.

Energi listrik dihasilkan dengan cara mengubah energi kinetik arus laut yang di alirkan ke rotor turbin kemudian melalui generator dirubah menjadi listrik. Pada struktur turbin tanpa Duct, energi yang dihasilkan oleh rotor relatif kecil karena penurunan tekanan aliran di daerah sekitar rotor sangat kecil sehingga aliran juga kecil. Dengan menggunakan duct, maka arus dapat dipercepat hampir dua kali lipat karena terjadi penurunan tekanan (Pressure drop yang cukup besar) sehingga menyebabkan peningkatan kecepatan aliran menuju rotor .

Peningkatan kecepatan ini berpengaruh pada semakin besar-nya tenaga yang dihasilkan untuk menghasilkan listrik, atau dengan kata lain  untuk menghasilkan tenaga yang sama maka dimensi dari rotor bisa deperkecil hampir separohnya sehingga akan menghemat biaya produksi.

Selain fungsi tersebut, beberapa keuntungan dari turbin yang menggunakan Duct adalah :

§  Efisiensi turbin menjadi lebih besar sehingga dengan kebutuhan tenaga yang sama, tidak memerlukan ukuran peralatan pendukung yang terlalu besar.

§  Dapat melindungi turbin dari benda-benda di sungai yang dapat mengganggu operasional turbin.

§  Melindungi turbin dari terpaan gelombang yang dapat menyebabkan turunnya efisiensi.

§  Melindungi turbin dari sinar matahari secara langsung sehingga akan menghambat pertumbuhan binatang/tumbuhan laut yang menempel pada daun turbin.

§  Pada corong duct dapat dipasang kisi-kisi untuk mencegah kotoran,atau barang-barang lainnya masuk ke turbin.

§  Aliran pada duct yang dipercepat akan mempercepat putaran turbin sehingga dapat mengurangi ongkos pembuatan gear box.

Ada beberapa penelitian yang pernah dilakukan untuk mendesain bentuk duct agar menghasilkan efisiensi operasional yang paling optimum, termasuk pengujian model duct yang pernah di lakukan oleh  UPT-BPPH, BPPT di kolam uji tarik (Towing tank ) Laboratorium Hidrodinamika . Hasilnya adalah dengan penggunaan Duct mampu meningkatkan kecepatan aliran disekitar rotor  serta aliran menjadi lebih steady (tidak bergantung pada perubahan kecepatan aliran di luar duct).    .

Dalam paper yang ditulis oleh Ponta dan Dutt (1999),’An Improved vertical axis water current turbine incorporating a channeling device”, telah didesain sebuah duct untuk ditempatkan di Sungai sehingga arus sungai yang melewati daerah kerja rotor akan dipercepat. Tipe duct ini terbuka di atasnya. Desain ini sangat cocok untuk sungai tanpa ketinggian statis (static head) atau sungai yang mendatar tanpa riam seperti gambar di bawah ini :

Gambar.2 Turbin arus sungai desain Ponta dan Dutt

Keuntungan dari turbin ini adalah tidak membutuhkan bendungan (dam) sehingga biaya produksi menjadi jauh lebih murah serta tidak terlalu menghalangi lalu lintas perahu yang melewati alur sungai tersebut.

Literatur lainnya yang ditulis oleh Kirke,B.K (2005).” Developments in ducted water current turbines” dilaporkan hasil desain duct dari gabungan potongan foil sehingga foil tersebut membentuk leher dan corong duct. Dari hasil penelitian terbukti mampu meningkatkan efisiensi daya turbin.

Gambar .3 Duct hasil desain Brian Kirkie

Gambar.4 Prototipe Duct di Bengkel UPT-BPPH

Gambar.5 Rotor turbin berputar di dalam Duct

Faktor kelayakan :

Teknis

Sejak tahun 2006, UPT BPPH,BPPT telah melaksanakan penelitian pengembangan potensi arus laut di beberapa lokasi di Seluruh wilayanh Indonesia, dimulai dari Pemetaan numerik, Desain turbin, desain Duct (selubung), pembuatan dan uji model di Laboratorium Hidrodinamika sampai ke skala pembuatan prototipe dimana pada awal tahun 2010 telah berhasil di uji cobakan di Selat Flores-NTT.

Untuk  teknologi turbin arus di sungai, pada dasarnya tidak ada perbedaan prinsipiil antara desain turbin di laut dan di Sungai, bahkan teknologi turbin di sungai relatif lebih mudah.  UPT-BPPH,BPPT sedang merintis kerjasama desain dan pemasangan Turbin Arus Sungai di Kabupaten Nunukan, Kalimantan.

Ekonomis.

Suatu kenyataan bahwa masih banyak saudara-saudara kita yang sampai dengan saat ini belum bisa menikmati layanan listrik PLN dikarenakan keterbatasan supply bahan bakar untuk pembangkit listrik maupun lokasi yang sulit dijangkau untuk keperluan transmisi dan distribusi sehingga secara ekonomis PLN merasa tidak profitable (tarif listrik lebih rendah dari biaya operasional).

Instalasi turbin arus ini diharapkan mampu mengatasi permasalahan di atas, khususnya bagi Daerah-daerah yang memiliki Sungai-sungai dengan kecepatan arus cukup deras dan layak untuk di pasang turbin arus. Biaya pembuatan dan perawatan di desain se ekonomis mungkin sehingga penduduk setempat mampu untuk meng-operasikannya.

Disamping itu, untuk wilayah area sungai di perkotaan, pemasangan turbin arus Sungai ini disamping dapat digunakan sebagai sarana pendidikan juga bisa dimanfaatkan sebagai sarana wisata (taman teknologi) untuk memperkenalkan kepada warga (khususnya para pelajar ) tentang pentingnya pemanfaatan sumber energy terbarukan yang ramah lingkungan dan tidak akan pernah habis sampai akhir zaman.