PRA-STUDI KELAYAKAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU DI PANTAI SELATAN GUNUNG KIDUL YOGYAKARTA
PRA-STUDI KELAYAKAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
BAYU DI PANTAI SELATAN GUNUNG KIDUL YOGYAKARTA
1 2 3 Wahyudi Budi Pramono , Warindi , Nafiul Mualimin 1.Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta 2.
Universitas Negeri Mataram 3. Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta
Kontak Person:
Wahyudi Budi Pramono
Jurusan Teknik Elektro FTI Universitas Islam Indonesia Yogyakarta
Jl Kaliurang km 14,5 Sleman Yogyakarta 55584
Telp: 0274 895287, Fax: 0274 895007, E-mail: wahyudi_budi_p@uii.ac.id
Abstrak
Energi angin merupakan salah satu sumber daya alam yang bisa didapatkan secara cuma-cuma dan
bisa di temukan dimana saja dengan kapasitas yang berbeda-beda. Karena pembangunan Pembangkit
Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTB) membutuhkan investasi awal yang cukup mahal dan juga pola
hembusan angin yang tidak stabil, maka dibutuhkan sebuah pra-studi kelayakan energi angin untuk
examine (menguji/membahas/mempertimbangkan) potensi energi angin yang bisa dimanfaatkan. Pada
penelitian ini merupakan pra-studi kelayakan yang menjelaskan potensi energi angin untuk
pengembangan PLTB melalui data kecepatan angin dengan melihat topografi lokasi dan energi yang
bisa dihasilkan oleh PLTB di Pantai Selatan Gunungkidul. Data kecepatan angin didapat dari hasil
pengukuran kecepatan dan arah angin BMKG Yogyakarta dan aplikasi perkiraan cuaca Predict Wind
dan Wind Finder. Dengan melakukan penelitian di tiga titik lokasi Pantai Selatan Gunungkidul yang
sudah ditentukan, dilakukan estimasi biaya investasi turbin angin dan jumlah energi listrik tahunan
yang bisa dihasilkan di tiga titik lokasi tersebut. Dari ketiga titik lokasi, semuanya mempunyai energi
angin yang cukup potensial. Dengan kecepatan angin sampai 3.561 m/s. Selain itu arah angin yang
berhembus di dominasi dari arah Barat dan Timur. Dengan menggunakan turbin sebesar 1 kW maka
energi yang dihasilkan dalam setahun dapat mencapai 0.4497 MWh.
Kata kunci: Energi Angin, Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTB), Pra-Studi Kelayakan,
Pantai Selatan Gunungkidul, Yogyakarta PendahuluanEnergi angin memberikan kontribusi dalam meningkatkan taraf hidup masyarakat khususnya pedesaan, daerah/pulau terpencil ke tingkat yang lebih baik melalui pemenuhan energi listrik. Pemenuhan kebutuhan energi listrik dengan energi angin menghadapi permasalahan yang disebabkan oleh fluktuasi kecepatan angin dan variasi musim [1]. Kajian potensi angin untuk pembangkit listrik tenaga bayu dan pemanfaatan lainnya di berbagai bidang harus dilakukan melalui pengukuran data angin dan analisis potensinya [2] dengan memperhatikan faktor pola energi, profil gesekan angin, dan pemilihan tempat pemasangan [3].
Kajian potensi energi angin dan kajian ekonomi dilakukan dengan mendapatkan data sekunder yang didapat dari berbagai macam sumber, yang nantinya dijadikan data awal untuk memperkirakan lokasi studi dan lingkup wilayah yang akan diobservasi dan juga studi dapat dilakukan secara
purposif. Selanjutnya melakukan pengumpulan data primer dengan melakukan survey lapangan
langsung dengan alat ukur kecepatan angin (anenometer) yang nantinya dapat memberikan perhitungan tentang berapa rata-rata kecepatan angin di daerah yang sudah ditentukan sebelumnya. [4] Estimasi energi output turbin angin dapat dilakukan melalui simulasi dengan bantuan software WasP dengan daya input berupa peta vektor dan data kecepatan angin. [5]
Energi angin merupakan salah satu sumber daya alam yang bisa didapatkan secara cuma-cuma dan bisa di temukan dimana saja dengan kapasitas yang berbeda-beda. Akan tetapi, sumber energi angin ini juga memiliki kelemahan yaitu investasi awal yang cukup mahal dan juga pola hembusan angin yang tidak stabil. [6] Maka dibutuhkan sebuah pra-studi kelayakan energi angin untuk menguji, membahas, dan mempertimbangkan potensi Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTB).
Penelitian ini merupakan pra studi kelayakan yang menjelaskan potensi energi angin untuk pengembangan PLTB melalui data kecepatan angin dengan melihat topografi lokasi dan energi yang bisa dihasilkan oleh PLTB di Pantai Selatan Gunungkidul.
Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan mencakup beberapa tahapan, yaitu identifikasi topografi lokasi PLTB dengan menentukan koordinat lokasi PLTB dan detail lokasinya dengan menggunakan peta Digital Elevation Model (DEM), setelah itu pencarian data kecepatan dan arah angin menggunakan data pengukuran BMKG dan data forecast. Setelah melakukan pembahasan potensi energi angin untuk PLTB, energi listrik yang dihasilkan, maka akan ditentukan peringkat lokasi PLTB yang layak untuk dibangun. MULAI
TOPOGRAFI LOKASI PLTB POTENSI ENERGI ANGIN KOORDINAT LOKASI UNTUK PLTB.
PLTB KECEPATAN ANGIN
PETA DEM LOKASI PLTB.
DATA KECEPATAN DAN LOKASI PLTB. DETAIL TOPOGRAFI DIHASILKAN DISETIAP ENERGI LISTRIK YANG RATA LOKASI PLTB. KETINGGIAN RATA-
DATA PENGUKURAN BMKG. LOKASI PLTB SELAMA SATU TAHUN.
DATA FORECAST PREDICT WIND. FINDER DATA FORECAST WIND PERINGKAT LOKASI PLTB.
SELESAI Gambar 1. Diagram Alir Metode Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian antara lain komputer untuk penggunaan software Global
Mapper , Google Earth, IBM SPSS statistics 20, software online PredictWind dan Wind Finder, dan
software-software pendukung lainnya, serta aplikasi Android Predict Wind dan Wind Finder untuk
memonitoring secara berkala kecepatan dan arah angin.
Bahan atau materi yang digunakan adalah data kecepatan angin rata-rata tahunan dari BMKG, perkiraan kecepatan dan arah angin secara online, dan peta lokasi Digital Elevation Model (DEM) untuk mengetahui gambaran model relief di Pantai Selatan Gunungkidul. Gambar 1 menunjukan diagram alir (flow chart) metode penelitian.
Hasil Penelitian dan Pembahasan Topografi Lokasi PLTB
Topografi atau peta ruas bumi merupakan keadaan muka bumi pada daerah tertentu. Kondisi topografi ini memberikan gambaran mengenai relief atau kekasaran permukaan bumi yang antara lain dinyatakan oleh perbedaan lekukan bumi, adanya gunung, bukit, lembah, tumbuh-tumbuhan, hutan, ataupun rintangan-rintangan lain di atas muka bumi. Relief adalah tonjolan permukaan bumi secara vertikal yang diukur di atas permukaan laut. Relief dari lokasi PLTB yang akan diteliti, diperoleh dengan menggunakan peta DEM (Digital Elevation Model) yang didapat dari CGIAR Consortium for
Spatial Information (CGIAR-CASI) dan menggunakan aplikasi Google Earth untuk mendapatkan
profil ketinggian ketiga lokasi PLTB. Lokasi ketiga PLTB berada di Kecamatan Tepus, Kabupaten
Gunungkidul, Provinsi Yogyakarta. Koordinat dari tiga lokasi PLTB di Pantai Selatan Gunungkidul bisa dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Daftar tiga lokasi PLTB
Koordinat Ketinggian Jarak denganLokasi rata-rata S E Jalan Utama
Koordinat 1 8˚ 10' 58.3527" 110˚ 41' 40.8593" 5.15 km 182.5 m
Koordinat 2 4.05 km 89.5 m
8˚ 10' 28.4148" 110˚ 40' 5.5984"Koordinat 3 4.1 km 39.5 m
8˚ 09' 57.7075" 110˚ 38' 42.5065"Data Kecepatan dan Arah Angin
Data dari hasil pengukuran langsung BMKG Yogyakarta dan data pengukuran perkiraan cuaca Predict Wind dan Wind Finder akan dianalisis untuk mendapatkan data tahunan kecepatan angin di Pantai Selatan Gunungkidul. Berdasarkan hasil monitoring menggunakan aplikasi Predict Wind selama periode bulan Februari sampai April, diketahui bahwa arah angin yang dominan berasal dari arah Barat pada bulan Februari dan Maret, dan berubah dominan arah dari timur pada bulan April. Hal tersebut dipengaruhi oleh musim angin Monsun yang ada di Indonesia.
Dengan data pengukuran kecepatan angin dari BMKG yang terletak di Gamping, didapat data rata-rata kecepatan angin selama satu tahun. Data tersebut digunakan untuk mencari regresi linier dengan data kecepatan angin dari Predict Wind selama tiga bulan. Hasil perhitungan menggunakan rumus sederhana regresi linear, bisa diketahui rata-rata kecepatan angin bulanan Predict Wind, dengan
Tabel 2. Regresi Linier Data BMKG dengan Predict Wind.
Bulan Predictwind BMKG Bulan Predictwind BMKG Januari
2.44
0.5 Juli
3.41
0.8 Februari
2.67
0.5 Agustus
2.36
0.5 Maret
3.06
0.7 September
2.41
0.5 April
2.21
0.5 Oktober
4.74
1.2 Mei
2.44
0.5 November
2.05
0.4 Juni
2.44
0.5 Desember
1.72
0.3 Profil Gesekan Angin di 3 Lokasi PLTB Berdasarkan ketinggian rata-rata dari lokasi PLTB, maka dengan menggunakan persamaan profil gesekan, bisa ditentukan pengaruh ketinggian lokasi PLTB dengan kecepatan angin yang ada. Persamaan 1 menunjukkan hubungan antara kecepatan angin dengan ketinggian lokasi [3].
(1) Setelah dilakukan perhitungan dengan memasukan nilai sesuai dengan kecepatan angin yang sudah ditentukan dan diasumsikan setinggi 10 meter. Maka didapat hasil pada Tabel 3.
Semakin tinggi lokasi maka akan diperoleh kecepatan angin yang semakin besar pula, sehingga potensi energi angin yang akan dapat dikonversikan juga akan semakin besar.
Tabel 3. Data pengaruh ketinggian terhadap kecepatan angin.
Apabila besaran penampang sapuan turbin sebesar 2.5434 , diameter turbin sepanjang 1.8 meter, dan besaran kerapatan udara, dengan diasumsikan tekanan udara di lokasi PLTB sebesar 1010 hPa (hextopascal) dan temperatur udara sebesar 300.65° K, maka besaran kerapatan udaranya sebesar 1.17052 . Dengan menggunakan persamaan tersebut, maka didapat besaran energi yang dihasilkan suatu turbin angin setelah dimasukan nilai v (kecepatan angin (m/s)) dari data pada tabel 3, di setiap lokasi dengan ketinggian yang berbeda-beda. Lokasi PLTB 1 akan diperoleh energi tahunan untuk satu turbin berdaya 1 kW sebesar 0,44969 MWh disusul lokasi PLTB 2 sebesar 0,36314 MWh dan Lokasi PLTB 3 sebesar 0,28414 MWh. Data tersebut menunjukkan bahwa semakin tinggi lokasi PLTB yang akan dibangun maka potensi energi yang diperoleh juga semakin besar. Asumsi ketiga lokasi tersebut berada di bibir pantai sehingga angin tidak terhalang oleh apapun
Tabel 4. Data energi tahunan setiap lokasi PLTB.
November
2.05 2.746 2.558 2.357
Desember
1.72 2.295 2.137 1.969
Rata-rata 2.663 3.561 3.316 3.056
Energi Yang di Hasilkan di 3 Lokasi PLTBDaya (P) yang dihasilkan dari suatu Turbin Angin Sumbu Horisontal (TASH) 1 kW, dengan efisiensi maksimum, dapat dicari menggunakan persamaan 2 [3].
(2)
Lokasi PLTB 1 Lokasi PLTB 2 Lokasi PLTB 3 Energi tahunan (MWh)
Oktober
Energi tahunan 30 turbin
(MWh) Energi tahunan
(MWh) Energi tahunan 30 turbin
(MWh) Energi tahunan
(MWh) Energi tahunan 30 turbin
(MWh)
0,44969 13,49063 0,36314 10,89432 0,28414 8,52428 Peringkat Lokasi PLTB
4.74 6.344 5.908 5.444
2.41 3.228 3.006 2.770
Bulan Kecepatan
April
Angin (m/s) Ketinggian
182,5 m 89,5 m 39,5 m Januari
2.44 3.262 3.038 2.799
Februari
2.67 3.570 3.324 3.063
Maret
3.06 4.091 3.810 3.511
2.21 2.955 2.752 2.535
September
Mei
2.44 3.262 3.038 2.799
Juni
2.44 3.262 3.038 2.799
Juli
3.41 4.557 4.244 3.910
Agustus
2.36 3.160 2.942 2.711
Analisis dan perhitungan dari ketiga lokasi yang dipilih disusun berdasarkan prioritas dengan memperhatikan variabel potensi energi yang bisa dihasilkan, akses lokasi dari jalan utama, dan biaya pembangungan maka diperoleh hasil seperti dalam tabel 5. Analisis biaya ini hanya diasumsikan untuk biaya pembangunan PLTB nya saja, belum termasuk biaya biaya lainnya seperti biaya mobilisasi, biaya pembangunan saluran distribusi dan interkoneksi dan juga biaya umum lainnya.
Besaran energi yang dihasilkan selama 1 tahun dengan 30 turbin masing masing berdaya 1 kW untuk lokasi PLTB 1 dengan ketinggian 182,5 m sebesar 13,491 MWh. Hasil pra studi kelayakan ini memberikan gambaran awal tentang potensi energi angin dan perlu ditindaklanjuti dengan studi kelayakan yang lebih detil dan komprehensif.
Tabel 5. Peringkat lokasi PLTB.
Besar Energi Ketinggian Jarak dengan yang di
Koordinat Lokasi PLTB Peringkat Rata-Rata Jalan Utama hasilkan dalam
(meter) (km) S E 1 tahun (MWh) 1 182,5 5,15 13,491
8˚ 10' 58.3527" 110˚ 41' 40.8593"
2 89,5 4,05 10,894
8˚ 10' 28.4148" 110˚ 40' 5.5984"
3 39,5 4,1 8,524
8˚ 09' 57.7075" 110˚ 38' 42.5065" Kesimpulan
Berdasarkan analisa dan perhitungan data kecepatan dan arah angin, dan juga data topografi lokasi PLTB dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Tiga titik lokasi PLTB di Pantai Selatan Gunungkidul mempunyai energi angin yang cukup potensial. Dengan kecepatan angin rata-rata tahunan di ketinggian 182,5 m (lokasi 1) sebesar 3.561 m/s, di ketinggian 89,5 m (lokasi 2) sebesar 3.316 m/s dan diketinggian 39,5 m (lokasi 3) sebesar 3.056 m/s. Dengan arah angin yang dominan dari arah barat dan arah timur maka turbin angin tipe TASH (Turbin Angin Sumbu Horisontal) cocok digunakan.
2. Potensi besaran energi listrik yang bisa dihasilkan oleh ketiga lokasi PLTB dengan masing- masing satu turbin 1 kW, setiap tahunnya sebesar 0,4497 MWh pada ketinggian 182,5 m (lokasi 1), 0,3632 MWh pada ketinggian 89,5 (lokasi 2) dan 0,2842 MWh pada ketinggian 39,5 m (lokasi 3).
Daftar Notasi v : kecepatan angin (m/s) v reff : kecepatan angin referensi (m/s) h : ketinggian lokasi referensi (m) reff P : daya (watt) 2 A : penampang sapuan turbin (m )
2 : kerapatan udara (kg/m )
Referensi
[1] McGowan, J. G., et al. A Hybrid Wind-Diesel System for the US Navy at Guantanamo Naval Base Using an Energy Savings Performance Contract. Proceedings of the AWEA Annual Conference.
Chicago,2014 [2]
Nurhalim, Studi Analisis Pemanfaatan Energi Angin Sebagai Pembangkit Hibrida. Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik. Universitas Riau. 2007
[3] Daryanto, Y., Kajian Potensi Angin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG – UPT-LAGG, Yogyakarta, 2007.
[4] Subekti, Ridwan Arief., Susatyo, Anjar., & Sudibyo, Henny. Kajian Potensi dan Analisis Ekonomi
Sistem Konversi Energi Angin untuk Pemompaan di Jawab Barat. Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronika, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI). Bandung.
[5] Soeripto, MS., & Ibrochim, Malik. Analisa Potensi Energi Angin dan Estimasi Energi Output Turbin Angin di Lebak Banten. Peneliti Pusterapan, Lapan, 2009.
[6] Kadir, Abdul, ENERGI: Sumberdaya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensi Ekonomi. Jakarta, UI-
Press, 2010