TUGAS

Energi Nonkonvensional Laut

Dr.Eng. Hamzah Latief, M.Si

Shafira Anindita

15512049

Hari Kurniawan

15512069

TEKNIK KELAUTAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2014

Potensi dan Teknologi Energi Laut Indonesia: Ocean Thermal Energy

Conversion

Pada makalah oleh Indonesian Ocean Energy Association ini mengulas tentang

Ocean Thermal Energy Conversion atau OTEC. OTEC merupakan sumber energi

terbarukan yang berefisiensi tinggi, ramah lingkungan serta dapat mengalirkan energi

sepanjang 24 jam per hari. OTEC menggunakan perbedaan suhu di tiap ketinggian air

lautterutama perbedaan suhu yang cukup besar di permukaan dan di laut dalam

untuk menggerakan turbin mesin uap yang nantinya akan dikonversi menjadi tenaga

listrik lewat generator (energi kinetik menjadi energi listrik).

Pada permukaan laut di daerah tropis, suhu berkisar antara 27-30oC akibat

terpapar radiasi panas matahari. Pada teknologi OTEC, permukaan laut berperan

sebagai heat source, sedangkan air laut dengan suhu rendah berkisar antara 4-6o di

kedalaman 700-1000 m berperan sebagai heat sink atau pelepas panas.

Disamping menghasilkan listrik, teknologi OTEC juga memiliki keuntungan

lain yaitu menghasilkan air tawar.

Pada makalah disebutkan bahwa sudah dilakukan pengkajian berkala serta

survey dan pengumpulan data menggunakan alat CTD (Conductivity, Temperature

and Depth) dengan tingkat akurasi tinggi sejak tahun 1996 hingga sekarang.

Di Indonesia, jenis sumber daya dan potensi energi laut yang diratifikasi versi

ASELI (Asosiasi Energi Laut Indonesia) pada tahun 2011; arus pasang surut memiliki

potensi teoritis 160 GWpotensi teknis 22,5 GW, dan potensi praktis 4,8 GW;

sedangkan untuk gelombang laut memiliki potensi teoritis 510 GW, potensi teknis 2

GW, dan potensi praktis 1,2 GW, serta yang terakhir untuk panas laut memiliki

potensi teoritis 57 GW, potensi teknis 52 GW, dan potensi praktis 43 GW

(Mukhtasor, anggota Dewan Energi Nasional/DEN).

Teknologi OTEC

Pada makalah disebutkan bahwa saat ini Indonesia masih belum

mengembangkan teknologi OTEC baik dalam skala laboratorium maupun skala

lapangan. Hal ini sangat penulis sayangkan mengingat besarnya efisiensi yang

dihasilkan oleh OTEC serta produk sampingan yaitu air tawar yang dihasilkan. Saat

ini, Asosiasi Energi Laut Indonesia (ASELI) masih mendorong implementasi

teknologi OTEC melalui kerjasama pemerintah Jepang dan Indonesia.

Sekedar informasi1 yang penulis dapatkan dari luar makalah bahwa salah satu

negara yang telah mengimplementasikan teknologi OTEC adalah Jepang. Departemen

energi berbasis kelautan di Saga University, Jepang bekerjasama dengan pemerintah

Republik Palau di sebelah utara Pulau Papua untuk mengimplementasikan teknologi

tersebut. Proyek ini mampu menghasilkan air minum untuk 20.000 penduduk pulau

tersebut sekaligus menghasilkan listrik.

Perkembangan teknologi OTEC lambat namun pasti, dan diharapkan biaya

pembuatan semakin turun, mengingat biaya bahan bakar dan gas sebagai sumber

energy utama yang terus naik. Untuk itu, tantangan yang saat ini dihadapi adalah

bagaimana mendesain teknologi OTEC seefisien dan seekonomis mungkin.

Kendala mengapa perkembangan teknologi ini lambat dan kurang mendapat

sorotan, dipaparkan dalam makalah, antara lain:

Energi terbarukan bukanlah target kebijakan pemerintah mendesak

Global warming kurang ditindaklanjuti secara serius

Teknologi OTEC masih dalam tahap riset dan pengembangan

Beberapa badan usaha yang telah mengembangkan dan mengimplementasikan

teknologi OTEC selain Saga University Jepang, yaitu Lockheed Martin (Amerika

Serikat), dan Makai Engineering (Amerika Serikat).

Sistem kerja OTEC mirip dengan sistem kerja siklus hidrologi di bumi yaitu

ketika pada siang hari, matahari mengangkat molekul-molekul air mengalami

penguapan (evaporation) ke awan lalu angin meniupkan ke arah daratan dan saat

terjadi pengembunan (condensation)di awan, maka butiran-butiran air yang tadinya

berupa uap kembali menjadi cair lalu turun ke darat. Sistem kerja inilah yang ditiru

oleh OTEC yaitu memompa air laut permukaan yang bertemperatur tinggi (hangat)

dan mengevaporasikannya kedalam turbin untuk menghasilkan listrik lalu

mengkondensasikannya kembali dengan air laut dingin yang diambil pada laut dalam

dan kemudian siklus berulang (Rahman,2008).

Pada makalah dipaparkan persamaan dasar yang digunakan pada teknologi

OTEC adalah sebagai berikut:

.

=

1http://beranda.miti.or.id/energinonkonvensionalberbasiskelautanuntuk

masadepanindonesia/

Dimana

P : Tekanan (N/m2)

V : Volume cairan (m3)

T : Temperatur (Celcius/Fahrenheit/Kelvin)

Pada hubungan ini, perbedaan suhu air laut dapat membuat peningkatan

tekanan. Peningkatan tekanan tersebut digunakan untuk menghasilkan energi

mekanik.

Untuk wilayah laut yang paling cocok untuk operasi OTEC, temperatur

permukaan rata-rata tiap tahunannya adalah berkisar 26.7oC hingga 29.4oC. Cold

water pada 4.4oC atau dibawah tersedia pada kedalaman dari 900 m. Oleh karena itu,

maksimum efisiensi heat OTEC bahkan tanpa reduksi yang tak dapat dihindari

disebabkan oleh friksi dan kehilangan panas, dapat dicapai hanya pada laju yang

sangat kecil dari produksi power. Efsiensi adalah perbandingan dari energi atau hasil

kerja pada sistem ke dalam input energi ke dalam sistem.

Prinsip Kerja

Beberapa pakar energi berpendapat bahwa OTEC akan menjadi teknologi

penghasil listrik yang sangat kompetitif di masa depan. OTEC dapat memproduksi listrik

hingga skala gigawatt, dan dengan penggabungan dengan sistem elektrolisis, akan

menghasilkan hidrogen cukup untuk menggantikan konsumsi bahan bakar fosil dunia.

Tetapi, mengatur biaya adalah yang tersulit. Seluruh fasilitas OTEC membutuhkan

peralatan khusus dan pipa panjang berdiameter besar yang ditenggelamkan hingga

beberapa kilometer jauhnya dari permukaan untuk mendapatkan air dingin. Dan itu

membutuhkan banyak biaya.

Secara sederhana dapat disebutkan bahwa OTEC bekerja dengan memanfaatkan

perbedaan temperatur untuk membangkitkan tenaga listrik dengan cara

memanfaatkannya untuk menguapkan Ammonia atau Freon. Tekanan uap yang

timbul kemudian dipergunakan untuk memutar turbin.

Sistem kerja OTEC ini terbagi menjadi dua sistem yang menggunakan siklus

yang berbeda, yaitu siklus terbuka dan siklus tertutup. Siklus terbuka dan siklus

tertutup ini merupakan pengembangan dari siklus rankine atau siklus termodinamika

yang biasanya menggunakan air sebagai fluida kerja. Siklus Rankine ini digunakan

untuk memproduksi 80% dari kebutuhan listrik dunia.

Adapun prinsip kerja dari OTEC secara umum adalah:

Gambar 1.1 Prinsip kerja otec

1. Konversi energi panas laut atau OTEC menggunakan perbedaan temperatur

antara permukaan yang hangat dengan air laut dalam yang dingin, minimal sebesar 77

derajat Fahrenheit (25C) agar bisa digunakan untuk membangkitkan listrik.

2. Laut menyerap panas yang berasal dari matahari. Panas matahari membuat

permukaan air laut lebih panas dibandingkan air di dasar laut. Hal ini menyebabkan

air laut bersirkulasi dari dasar ke permukaan. Sirkulasi air laut ini juga dapat

dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan energi listrik.

3. Dalam beroperasinya OTEC, pipa-pipa akan ditempatkan di laut yang berfungsi

untuk menyedot panas laut dan mengalirkannya ke dalam tangki pemanas guna

mendidihkan fluida kerja. Umumnya digunakan ammonia sebagai fluida kerja karena

mudah menguap. Dari uap fluida tersebut selanjutnya akan digunakan untuk

menggerakkan turbin pembangkit listrik. Selanjutnya, uap fluida dialirkan ke ruang

kondensor. Didinginkan dengan memanfaatkan air laut bersuhu 5 derajat Celcius. Air

hasil pendinginan kemudian dikeluarkan kembali ke laut. Begitu siklus seterusnya.

Jenis Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)

a. Berdasarkan lokasi :

Daratan (land based plant)

Mengapung (floating based plant)

Perairan dangkal (shelf based plant)

b. Berdasarkan sistem siklus yang digunakan :

Closed-Cycle (Siklus Tertutup) :

Closed-cycle system menggunakan fluida dengan titik didih rendah,seperti

ammonia, untuk memutar turbin guna membangkitkan listrik. Air laut permukaan

yang hangat dipompa melewati sebuah heat exchanger (penukar panas) di mana fluida

dengan titik didih rendah tadi diuapkan. Fluida yang mengalami perubahan wujud

menjadi uap akan mengalami peningkatan tekanan. Uap bertekanan tinggi ini

kemudian dialirkan ke turbin untuk menghasilkan listrik. Kemudian air dingin dari

dasar lautan dipompa melewati heat exchanger yang kedua, mengembunkan hasil

penguapan tadi menjadi fluida lagi, di mana siklus ini berputar terus menerus.

Siklus Rankine tertutup adalah sebuah proses yang mula-mula mengevaporasi

fluida pada tekanan konstan dalam sebuah boiler atau evaporator, yang kemudian uap

tersebut memberikan daya kerja pada mesin piston atau turbin. Uap buangan

kemudian masuk kedalam sebuah tempat dimana panas tersebut ditransfer pada cairan

pendingin, mengakibatkan perubahan bentuk dari uap menjadi cairan,yang kemudian

dipompa kembali kedalam evaporator dan membentuk sebuah siklus.

Gambar 1.2 Sistem OTEC siklus tertutup

Gambar 1.3 Diagram siklus tertutup Rankine

Dimana :

1. Titik awal a, penambahan panas pada fluida kerja pada boilersampai tempera

pada tekanan rencana yang di tunjukkan pada titik b.

2. Dengan sedikit penambahan panas, cairan menguap pada temperatur dan tek

mengalami perubahan volume di titik c.

3. Uap bertekanan tinggi kemudian memasuki piston atau turbin di titik d.

4. Uap bertekanan rendah masuk kedalam kondenser dan dengan pelepasan pana

mengalami pendinginan dan mengembun, kembali ke volume awal pada titik a.

Open-Cycle (Siklus Terbuka) :

Siklus terbuka atau Claude Cycleadalah pelopor dari berbagai macam variasi

siklus OTEC. Siklus terbuka menggunakan air laut sebagai fluida kerja. Sebuah

siklus kerja yang terdiri dari sebuah flash evaporator, Expansi turbin uap dan

generator, condenser uap, alat-alat pemisah zat non kondensable, dan deaerator.

Siklus tersebut merupakan dasar dari siklus Rankine yang mengkonversi energi panas

dari air hangat permukaan menjadi energi listrik. Dalam siklusnya, air laut yang

hangat di deaerasi dan dilewatkan ke dalam ruang evaporasi, dimana bagian dari air

laut di konversi menjadi uap bertekanan rendah. Uap tersebut melalui turbin, yang

kemudian mengekstraksi energi darinya, lalu kemudian keluar kedalam sebuah

kondenser. (Avery and Wu.1994).

Gambar 1.4 Sistem OTEC siklus terbuka

Kekurangan utama pada sebuah OTEC yang menggunakan siklus terbuka

adalah rendahnya tekanan yang ada untuk memutar turbin yaitu sebesar 2.8 kPa

dibandingkan dengan sistim tertutup sebesar 270 kPa yang menggunakan ammonia

sebagai fluida kerja, dan dibutuhkan volume fluida kerja yang sangat besar pada

turbin uap. Siklus dengan efisiensi yang rendah dikombinasikan dengan jumlah besar

volume fluida yang dibutuhkan membutuhkan turbine yang sangat besar. Kerugian

lainnya yang tidak kalah penting adalah penyediaan pompa vakum untuk memisahkan

gas campuran pada fluida kerja, yang apabila tidak dipisahkan akan terakumulasi

pada kondenser, gas campuran ini akan mengurangi fungsi kerja kondenser. Energi

yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pompa vakum dapat mengurangi output

listrik secara signifikan.

Hybrid System (Siklus Gabungan) :

Siklus hybrid menggunakan keunggulan sistem siklus terbuka dan tertutup.

Siklus hybrid menggunakan air laut yang diletakkan di tangki bertekanan rendah

(vacuum chamber) untuk dijaikan uap. Lalu uap tersebut digunakan untuk

menguapkan fluida bertitik didih rendah (amonia atau yang lainnya) yang akan

menggerakkan turbin guna menghasilkan listrik. Uap air laut tersebut lalu

dikondensasikan untuk menghasilkan air tawar desalinasi.

Gambar 1.5 Sistem siklus Hibrid

Analisa Teknologi OTEC

Produk sekunder dari OTEC yang merupakan teknologi reverse osmosis

adalah produk air tawar. Produk ini dapat menjadi solusi alternatif dari masalah

sumber air tawar yang semakin terbatas akibat terus bertambahnya populasi dan

semakin menurunnya curah hujan akibat perubahan iklim.

Selain air tawar, teknologi OTEC juga menghasilkan air dingin pada suhu

10oC yang kaya nutrisi dari dasar laut dalam jumlah besar untuk digunakan oleh

Marine Culture. Dipaparkan pula bahwa hal ini telah diterapkan di Hawaii dan India

untuk produksi ikan Abalone, Lobster, Kepiting, Salmon, Tilapia dengan hasil

memuaskan.

Hasil Produk sekunder dari OTEC diantaranya:

Air Conditioning

Air laut yang dingin yang dipompa oleh fasilitas OTEC memberikan

kemampuan untuk pendinginan mesin-mesin yang berkaitan dengan fasilitas OTEC.

Menurut perhitungan Departemen Energi Amerika Serikat, pipa berdiameter 0,3 m dapat

memompa sebanyak 0,08 meter kuibk air perdetik. Jika 6 oC air dingin mampu dipompa

oleh fasilitas OTEC, dapat digunakan untuk mendinginkan bangunan besar. Jika sistem

beroperasi selama 8000 jam dan listrik lokal dijual seharga 5-10 sen per kWh, maka itu

akan menghemat tagihan listrik sebesar 200.000 hingga 400.000 dolar pertahun.

Budidaya perairan

Sistem OTEC memiliki kemampuan untuk memompa air laut perairan dalam

dalam jumlah besar. Air laut tersebut mengandung nutrisi yang diperlukan

untuk budidaya perikanan. Budidaya salmon danlobster sangat bergantung pada nutrisi

dari laut dalam, sehingga hal ini sangat berpotensial untuk dikembangkan. Dinginnya air

juga dapat dipergunakan untuk mengatur suhu air kolam budidaya dan mendinginkan

hasil budidaya.

Desalinasi

Sistem siklus terbuka dan hybrid OTEC dapat dimanfatkan untuk desalinasi.

Air yang dikondensasi adalah air tawar tanpa mineral laut yang dapat dijadikan air minum

atau irigasi pertanian dekat pantai.

Produksi hidrogen

Hidrogen bisa diproduksi lewat elektrolisis menggunakan listrik yang

dihasilkan OTEC. Air hasil disalinasi dapat dimanfaatkan sebagai medium elektrolisis

dengan penambahan bahan lain untuk meningkatkan efisiensi.

Ekstraksi mineral

Sejak dulu diketahui bahwa laut mengandung banyak sekali mineral terlarut

yang dapat dimanfaatkan, misalnya magnesium, namun mahalnya biaya pemompaan

dibandingkan dengan hasilnya membuat kegiatan tersebut tidak berlangsung secara besar-

besaran. Dengan adanya fasilitas OTEC, ekstraksi mineral air laut dalam dapat dilakukan

sambil memproduksi listrik.

Kekurangan dan Kelebihan dari OTEC:

Kelebihan:

Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya.

Tidak membutuhkan bahan bakar.

Biaya operasi rendah.

Produksi listrik stabil.

Dapat dikombinasikan dengan fungsi lainnya: menghasilkan air pendingin,

produksi air minum, suplai air untuk aquaculture, ekstraksi mineral, dan produksi

hidrogen secara elektrolisis.

Kekurangan:

Belum ada analisa mengenai dampaknya terhadap lingkungan.

Jika menggunakan amonia sebagai bahan yang diuapkan menimbulkan potensi

bahaya kebocoran.

Efisiensi total masih rendah sekitar 1%-3%.

Kelayakan Teknis OTEC

Salah satu parameter pengembangan teknologi OTEC yaitu kelayakan

teknisnya saat ini. Tiga komponen utama teknologi OTEC adalah komponen sumber

suplai energy (air hangat dan air dingin laut, perpipaan untuk menghasilkan gradient

panas), sistem desalinasi air dan sistem konversi energy. Komponen yang telah teruji

feasible barulah komponen pertama yaitu sumber suplai energy, pipa vertical di laut

dalam di Hawaii telah berhasil dipasang. Untuk komponen lainnya masih belum ada

bukti teruji feasible pada skala komersil saat ini. Untuk itu, teknologi OTEC

dikatakan masih belum mencapai tahap feasible pada skala komersial. Namun, saat

ini telah dilakukan uji coba pembuatan prototype barge OTEC untuk menjadi penentu

kelayakan teknologi OTEC dalam skala komersial. NREL USA mengatakan bahwa

OTEC menjadi efektif jika harga minyak mencapai lebih dari US $ 30/barrel.

Faktor penghambat pengimplementasian OTEC berskala komersial adalah

sulitnya mendapatkan investasi awal yang besar karena OTEC dikatakan efektif dan

efisien jika dilakukan pada skala besar. Penghambat lain adalah terbatasnya lokasi

dimana sumber air laut cukup dekat dengan pantai untuk teknologi OTEC ini.

Dampak Lingkungan

Pada sejumlah kajian menunjukkan bahwa teknologi OTEC merupakan

teknologi yang amat ramah lingkungan serta terbarukan. Ditambah lagi, buangan air

dingin dari teknologi OTEC kaya nutrisi dan justru berdampak baik pada biota laut

serta berpotensi untuk komersialisasi bahan pangan seperti yang telah diuji di Hawaii.

Dampak negatif teknologi OTEC yang sebenarnya sangat sedikit dapat diminimalisasi

dengan pemilihan lokasi OTEC yang tepat.

Riset dan Pengembangan

Kebutuhan dalam riset dan pengembangan untuk perkembangan teknologi

OTEC yang harus dipertimbangkan antara lain heat exchanger, power cable, cold

water pipe, pumps and turbines, platform mooring, platform interface, platform, dan

general.

Referensi Utama

Potensi dan Teknologi Energi Laut Indonesia 2012 bagian Ocean Thermal Energy

Conversion oleh Asosiasi Energi Laut Indonesia.

Referensi Tambahan

Had, Abd. Latief and Klara, Syerly. 2011. PEMBANGKIT LISTRIK DENGAN

SISTEM OCEAN THERMAL ENERGY CONVERSION. Universitas Hasanuddin

Press. Makassar.

http://id.wikipedia.org/wiki/Konversi_energi_termal_lautan. Diakses pada Kamis, 27 Maret 2014, 13:13 PM.

http://indomaritimeinstitute.org/2011/08/energipanaslautantigasrumah

kaca/.DiaksespadaKamis,27Maret2014,13:18PM.

http://majalahenergi.com/forum/energibarudanterbarukan/energi

laut/oceanthermalenergyconversionotec.DiaksespadaKamis,27Maret

2014,13:24PM.