solar thermal energy storage -...
TRANSCRIPT
SOLAR THERMAL ENERGY
STORAGE
Prepared by :
Izzu Farhan Fajri (1006735492)
Ocky Meilianie Puspasari (100673542)
Ratih Harumsari (1006787760)
MANAJEMEN GAS - TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA - 2011
TABLE OF CONTENT
INTRODUCTION
TYPE
TECHNOLOGY & APPLICATION
COST
ADVANTAGE & DISADVANTAGE
SOLAR THERMAL ENERGY IN INDONESIA
LATAR BELAKANG
KRISIS ENERGI :
Ketergantungan terhadap energi tak terbarukan
Konsumsi energi yang terus meningkat
Keterbatasan energi dan perusakanlingkungan
PERLUNYA PENGEMBANGAN ENERGI TERBARUKAN
ENERGI MATAHARI
Cahaya matahari pancaran gelombang
elektromagnet
Salah satu contoh dari
sekian banyak bentuk
energi yang dapat kita
rasakan di bumi dan
telah kita manfaatkan
sumber dayanya
berabad-abad
PEMANFAATAN ENERGI
MATAHARI
PEMANFAATAN ENERGI
MATAHARI
Jumlah tenaga matahari yang mengenai bumi
SANGAT besar
Sinar Matahari adalah sumber daya alam yang
sangat besar, dan sangat berpotensi untuk
menggantikan suber daya alam yang tidak
dapat diperbaharui.
Yearly Solar fluxes & Human Energy Consumption
Solar 3,850,000 EJ
Wind 2,250 EJ
Biomass 3,000 EJ
Primary energy use (2005) 487 EJ
Electricity (2005) 56.7 EJ
PEMANFAATAN ENERGI
MATAHARI
Ada 2 macam teknologi yang sudah
diterapkan:
1. Energi surya fotovoltaik
Photovoltaic, atau konversi energi PV,
secara
langsung mengubah cahaya matahari
menjadi
Listrik
2. Energi surya termal
Energi surya termal menggunakan tenaga
matahari untuk menghasilkan listrik secara
Solar Water Heating
Ada 2 tipe Sistem Solar Water Heating
1. Aktif
Memiliki circulating pumps and controls.
Cara kerjanya ada dua macam :
aktif langsung jika air dipompa ke kolektor panas
untuk dipanaskan lalu menuju langsung ke tangki
penampung.
aktif tidak langsung setelah air dipanaskan di
kolektor panas, air berputar ke pemutar panas
kembali ke kolektor sampai merata kemudian baru
disimpan di dalam tangki.
Contoh : Pemanas Air
Prinsip:
Kolektor solar panel data pada dasarnya merupakan kotak yang ditutupi
kaca yang ditaruh di atap seperti cahaya langit. Di dalam kotak terdapat
serangkaian tabung pemotong dengan sirip pemotong terpasang. Seluruh
struktur dilapisi substansi hitam yang didesain untuk menangkap sinar
matahari. Sinar ini memanaskan air dan campuran bahan anti beku, yang
beredar dari kolektor turun ke pemanas air di bawah tanah.
Solar Water Heating (Cont’d)
2. Passive, tidak memiliki circulating pumps and controls.
lebih mudah dalam pemasangan dengan cara kerja lebih sederhana.
Tangki air berfungsi ganda sebagai kolektor panas dan penampung air. Pergerakan air dikendalikan oleh gaya gravitasi. Air ditimba dari sumber air ke kolektor panas, diputar sehingga panas merata lalu dialirkan ke tangki penyimpan dengan reaksi konveksi. Konveksi menyebabkan terjadinya pertukaran antara air dingin di dalam tangki dengan air yang sudah dipanaskan dari kolektor panas.
Solar Water Heating (Cont’d)
SOLAR THERMAL ENERGY
– solar thermal collector :
HIGH -temperature collectors
MEDIUM -temperature collectors
LOW -temperatur
e collectors
Berupa flat plates/plat datar
umumnya digunakan untuk
memanaskan kolam renang
Berupa flat plates/plat datar
digunakan untuk
memanaskan air atau udara
pada perumahan dan
komersial
cermin atau lensa
digunakan untuk
produksi tenaga listrik.
PROVEN AND
MATURE
TECHNOLOGIE
S
PERLU
PENELITIAN DAN
PENGEMBANGA
N LEBIH LANJUT
UNTUK MENJADI
KOMPETITIF
– mengumpulkan radiasi matahari untuk memanaskan air dan
udara untuk perumahan dan industri diantaranya sbb :
- pemanas kolam renang
- pemanas ruangan untuk rumah, kantor
- air panas untuk domestik dan industri
- desalinasi
- alat pemasak energi matahari
- pengeringan tanaman
APLIKASI
LOW & MEDIUM thermal collector
Pada akhir tahun 1998, sekitar 30 juta m2 kolektor surya di seluruh dunia yang menyediakan air panas domestik dan komersial.
sekitar 180 produsen di Eropa dan UnitedStates saja.
Di Eropa, mar-ket telah tumbuh sebesar 18 % per thn (1990)dan diharapkan mencapai 15 juta m2 dengan tahun2003.
Pengalaman di Australia dan Belanda menunjukkan bahwa peraturan yang mendukung dapat di-lipatan volume produksi, sehingga menurunkan biaya secara keseluruhan.
TREND INDUSTRI DAN PASAR
“LOW & MEDIUM thermal collector ” :
PRINSIP KERJA :
menggumpulkan panas matahari dengan concentrate solar
power untuk menjalankan turbin, yang kemudian
menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik
APLIKASI
HIGH thermal collector
MAYOR SOLAR THERMAL PLAYER
Spanyol dan Australia adalah negara terkemuka saat ini dalam
produksi energi surya termal.
Spanyol sudah menghasilkan sebagian besar listrik mereka
dengan fasilitas termal surya mereka, seperti Acciona dan
Abengoa - pendiri PS10 dan PS20 .
Abengoa adalah pionir menara listrik pertama yang digunakan
untuk produksi energi komersial.
eSolar bekerja dengan Southern California Edison untuk
menggunakan teknologi panas matahari untuk menghasilkan
245 MW listrik.
BrightSource memiliki kontrak dengan Pacific Gas dan Electric
Company untuk membawa tenaga surya yang dihasilkan lebih
panas ke California.
An eSolar project in California.
Abengoa’s PS10 project in Seville, Spain.
The Acciona Nevada Solar One plant :
75 MW (Parabolic Trugh)
System Concentrated-solar technology
menggunakan cermin atau lensa untuk
memfokuskan cahaya matahari dari area
besar ke area kecil.
Concentrating technologies ada dalam empat
bentuk umum, yaitu melalui :
Parabolic trough
Dish Striling
Concentrating linear Fresnel reflector
Solar power tower
Concentrate Solar Power
2. DISH STRILING1. PARABOLIC TROUGH
3. FRESNEL REFLECTOR 4. SOLAR POWER TOWER
1. Parabolic Trough
PENGERTIAN Terdiri dari reflektor parabola linier yang cahaya
terkonsentrasi ke penerima/receiver diposisikansepanjang garis fokus reflektor itu.
Penerima/receiver adalah tabung diposisikan tepatdi atas tengah cermin parabola dan diisi denganfluida kerja.
Reflektor mengikuti matahari selama siang haridengan melacak sepanjang sumbu tunggal.Bersamaan dengan itu, fluida kerja (misalnyamolten-salt) menjadi dipanaskan hingga 150-350°Ckemudian mengalir melalui receiver dan kemudiandigunakan sebagai sumber panas untuk systempembangkit listrik sistem.
KELEBIHAN :
Merupakan Thermal Concentrate yangpaling maju dan banyak digunakan
Berpotensi untuk menyimpan energipanas matahari untuk digunakanselama periode non-surya dan untukmengirimkan ketika dibutuhkan.
Maka penyimpanan energi termal(TES) memungkinkan pembangkitlistrik mencapai kapasitas tahunanlebih tinggi 25% - 70% tanpapenyimpanan panas
TEKNOLOGI PERNYIMPANAN ENERGI PANAS
“Parabolic Trough” terdiri dari :
Storage systems
Two-tank direct
Two-tank indirect
Single-tank thermocline
Molten-salt heat transfer fluid
Storage media
STORAGE TANK“Single-Tank Thermocline”
Pengertian :
Satu tank untuk hot dan cold fluid
hot fluid terletak di bagian atas dan cold fluid di bawah.
Kelebihan :
sistem penyimpanan dengan biaya lebih murah dibandingmenggunakan two-tank storage.
Selain itu sebagian dari storage fluid dapat diganti dengan low-cost filler material (quartzite rock and sand for the filler material)
Thermocline test at Sandia National Laboratories
HEAT TRANSFER FLUID (MOLTEN-SALT)
Cairan perpindahan panas : minyak sintetis atau molten-salt
Saat ini lebih banyak digunakan nitrate molten-salt
untuk suhu operasi yang lebih tinggi sehingga meningkatkan efisiensi
pabrik
Harganya relatif lebih rendah daripada minyak sintetik
Molten salt membeku pada suhu tinggi 120 - 220°C maka harus dipastikan
molten-salt tidak membeku dalam pipa pada malam hari.
Research :
The Italian research laboratory, ENEA, menemukan molten-salt (a salt
mixture) yang membeku pada 220°C
Sandia National Laboratories mengembangkan salt mixture yang
mempunyai titik beku dibawah 100°C
FILLER MATERIAL INSIDE TANK
Berguna untuk :
mengurangi volume cairan molten-salt yang diperlukan
Menghambat konduksi aksial
Filler Material :
quartzite rock and silica
Mekanisme :
Pada bagian atas dan bawah porous bed adalah distributor daerah bebas dari filler bed. Daerah distributorini berfungsi untuk mempertahankan kondisi aliran seragam pada kedua ujung filler bed untuk mencapai tingkatan termal yang baik di dalam filler bed.
charge half-cycle : Molten-salt mengalir melalui filler bed dari atas ke bawah filler bed dalam
discharge half-cycle. : arah sebaliknya
PENGERTIAN
Dish Stirling or Dish Engine System terdiri dari sebuah reflektor parabola yang berdiri sendiri yang mengkonsentrasikan cahaya ke receiver/penerima diposisikan pada titik fokus reflektor itu.
Reflektor mengikuti Matahari sepanjang dua sumbu.
Fluida kerja di receiver/penerima dipanaskan hingga 250-700°C dan kemudian digunakan oleh mesin Stirling untuk menghasilkan listrik.
KELEBIHAN
Parabolic-dish system mempunyaiefficiensi matahari-ke-listrik tertinggi
2. Dish Strilling
PENGERTIAN
tipis, strip cermin datar untuk mengkonsentrasikan sinar matahari ke tabung melalui fluida kerja yang dipompa.
KELEBIHAN
Cermin datar permukaannya lebih reflektif dibanding reflektor parabola,untuk menangkap lebih banyak sinar matahari yang tersedia,
lebih murah daripada reflektor parabola.
Fresnel reflektor dapat digunakan dalam berbagai ukuran CSP
3. Fresnel Reflectors
Liddell Power Station's
Fresnel solar power plant PE 1 in southern Spain
PENGERTIAN
solar power tower terdiri dari sebuah array of dual-axis tracking reflectors (heliostats) yang mengkonsentrasikan cahaya pada pusat receiver/penerima di atas menara, Didalam penerima/receiver berisi fluida kerja, yang dapat berupa air laut.
Fluida kerja di receiver/penerima dipanaskan hingga 500-1000 ° C dan kemudian digunakan sebagai sumber panas untuk pembangkit listrik atau energi sistem penyimpanan .
KELEBIHAN
Pengembangan Power-tower kurang maju dibanding denganparabolic trough , tetapi mereka menawarkan efisiensi yang lebih tinggi dan lebih baik kemampuan penyimpanan energi.
PLANT :
Solar-Two di Daggett, California
Planta Solar 10 (PS10) di Sanlucar la Mayor, Spanyol
5 MW eSolar yang SunTower Sierra di Lancaster, California
(menara CSP operasi fasilitas hanya di Amerika Utara)
4. Solar Power Tower
Solar Towers from left: PS10, PS-10 merupakan Solar Power Generation Plant pertama dengan power yang akan dihasilkan lebihdari 300MW pada tahun2013.
PS10 solar power tower menyimpan panas dalamtank sebagai superheated dan pressurized water pada 50 bar @ 285°C.
Negara Spain
LocationSanlúcar la Mayor,
Andalusia
Coordinates
37°26′36.42″N
06°15′14.28″WCoordinate
s: 37°26′36.42″N
06°15′14.28″W
Status Operational
Construction began 2004
Construction cost €35 million
Owner(s) Abengoa Solar
Constructor(s)
Tecnical-Tecnicas
Reunidas
ALTAC
Solar farm information
Type CSP
CSP technology Solar power tower
Heliostats 624
Power generation information
Installed capacity 11 MW
• mirrors (kaca) mempunyai permukaan area pengkuran 120 m²
dimana kosentrat sinar matahari sampai atas 115 m
• 40-storey tower ditempatkan solar receiver dan steam turbine
• Turbin mengerakkan generator untuk menghasilkan listrik
PS10 (Planta Solar 10) Solar Power Plant
PERBANDINGAN CST VS
PV
Contoh perhitunganmenggunakan data Solar Power Plant diAustralia
Untukmembandingkanteknologi solar yang lain, perlu dilakukanperhitungan “LevelizedPower Cost” dan NPV dari project.
Analisa keekonomianmenggunakan WACC sebesar 9.5%
Umur proyek selama20 tahun
HASIL SIMULASI
Dari hasil simulasi diperoleh ACT solar through plant memiliki Capex paling kecil danLevelized Cost terendah.
Untuk selanjutnya ACT solar through plant akan digunakan dalam simulasi sensitivitasberikut:
Skenario 1: Capex = $4,600/kW (tanpa subsidi, subsidi 33% dan 50%)
Skenario 2: Asumsi lower Capex = $2,500/kW (tanpa subsidi, subsidi 33% dan 50%)
Skenario 3: peningkatan subsidi dengan Capex $2,500/kW untuk mencapai Levelised Cost sebesar$95/MW
Skenario 4: Capex = $4,600/kW tapi menghasilkan listrik 93GWh/a
Skenario 5: menurunkan WACC menjadi 7.5% namun CAPEX tidak diberikan subsidi.
SENSITIVITY ANALYSIS
Input skenario:
SENSITIVITY ANALYSIS
Sensitivity analysis results:
PENGARUH UKURAN DAN
LOKASI PLANT
Peningkatan ukuran plant tidak berbanding lurus dengan cost yang
dikeluarkan, sebagai contoh:
Pada Plant dengan Capex $4,600/kW, peningkatan kapasitas dari 22 MW menjadi 44MW
justru mengurangi Capex menjadi $3,416/kW menjadikan levelised cost turun 25% menjadi
$191/MW
Pada Plant dengan Capex $2,500/kW, peningkatan kapasitas dari 22 MW menjadi 44MW
justru mengurangi Capex menjadi $1,895/kW menjadikan levelised cost turun menjadi
$137/MW (namun harus disadari bahwa angka $2,500/kW sudah sangat rendah.
Pemilihan lokasi plant yang memiliki radiasi panas yang baik dapat mengurangi
cost, sebagai contoh:
Apabila Plant dibangun di Mildura (Solar radiation 21.7 MJ/m2/day (20% lebih tinggi
dibanding Canbera), maka akan mengurangi Plant cost sebesar $300/kW menjadi
$4,300/kW.
Hal ini mengurangi levelised cost dari $254/MW menjadi $210/MW (berkurang sekitar
17%)
TENAGA TERBARUKAN
LAIN
KEUNTUNGAN
1. Energi panas matahari merupakan energi yang
tersedia hampir diseluruh bagian permukaan
bumi dan tidak habis (renewable energy).
2. Penggunaan energi panas matahari tidak
menghasilkan polutan dan emisi yang
berbahaya baik bagi manusia maupun
lingkungan.
3. Penggunaan energi panas matahari untuk
pemanas air, pengeringan hasil panen akan
dapat mengurangi kebutuhan akan energi fosil.
4. Pembangunan pemanas air tenaga matahari
cukup sederhana dan memiliki nilai ekonomis.
KERUGIAN
1. Sistem pemanas air dan pembangkit listrik
tenaga panas matahari tidak efektif digunakan
pada daerah memiliki cuaca berawan untuk
waktu yang lama.
2. Pada musim dingin, pipa-pipa pada sistem
pemanas ini akan pecah karena air di
dalamnya membeku.
3. Membutuhkan lahan yang sangat luas yang
seharusnya digunakan untuk pertanian,
perumahan, dan kegiatan ekonomi lainya. Hal
ini karena rapat energi matahari sangat
rendah.
4. Lapisan kolektor yang menyilaukan bisa
mengganggu dan membahayakan penglihatan,
misalnya penerbangan.
5. Sistem hanya bisa digunakan pada saat
matahari bersinar dan tidak bisa digunakan
ketika malam hari atau pada saat cuaca
berawan.
6. Penyimpanan air panas untuk perumahan
bukan merupakan masalah, tetapi
penyimpanan uap air pada pembangkit listrik
memerlukan teknologi yang sulit.
KERUGIAN (Cont’d)
TEKNOLOGI DAN
KEMAMPUAN NASIONAL
Selama ini masih dilakukan secara tradisional
Pengguna : para petani dan nelayan di
Indonesia untuk mengeringkan hasil
pertanian dan perikanan secara langsung.
TEKNOLOGI DAN KEMAMPUAN
NASIONAL
Secara umum, teknologi surya termal yang kini
dapat dimanfaatkan termasuk dalam teknologi
sederhana hingga madya.
Skala rendah (temperatur kerja lebih kecil atau
hingga 60 o C) dapat dibuat oleh bengkel
pertukangan kayu/besi biasa.
Skala menengah (temperatur kerja antara 60
hingga 120 o C) telah dikuasai dari rancang-
bangun, konstruksi hingga manufakturnya secara
nasional. dapat dilakukan oleh industri manufaktur
nasional.
PERALATAN YANG DIKUASAI
Peralatan yang telah dikuasai perancangan danproduksinya seperti sistem atau unit berikut:
• Pengering pasca panen (berbagai jenis teknologi);• Pemanas air domestic;• Pemasak/oven;• Pompa air (dgn Siklus Rankine dan fluida kerja
Isopentane );• Penyuling air ( Solar Distilation/Still );• Pendingin (radiatif, absorpsi, evaporasi, termoelektrik, • kompressip, tipe jet);• Sterilisator surya;• Pembangkit listrik dengan menggunakan konsentrator
dan fluida kerja dengan titik didih rendah.
SASARAN PENGEMBANGAN
Meningkatnya kapasitas terpasang sistem
energi surya termal, khususnya untuk
pengering hasil pertanian, kegiatan produktif
lainnya, dan sterilisasi di Puskesmas.
Tercapainya tingkat komersialisasi berbagai
teknologi energi surya thermal dengan
kandungan lokal yang tinggi.
STRATEGI PENGEMBANGAN
ENERGI
a. Mengarahkan pemanfaatan energi surya termal
untuk kegiatan produktif, khususnya untuk
kegiatan agro industri.
b. Mendorong keterlibatan swasta dalam
pengembangan teknologi surya termal.
c. Mendor ong terciptanya sistem dan pola
pendanaan yang efektif.
d. Mendorong keterlibatan dunia usaha untuk
mengembangkan surya termal.
PROGRAM PENGEMBANGAN
1. Melakukan inventarisasi, identifikasi dan
pemetaan potensi serta aplikasi teknologi
fototermik secara berkelanjutan.
2. Melakukan diseminasi dan alih teknologi dari
pihak pengembang kepada pemakai (agro-
industri, gedung komersial, dan lain-lain) dan
produsen nasional (manufaktur, bengkel
mekanik, dan lain-lain) melalui forum
komunikasi, pendidikan dan pelatihan dan
proyek-proyek percontohan.
3. Melaksanakan standarisasi nasional komponen dan
sistem teknologi fototermik.
4. Mengkaji skema pembiayaan dalam rangka
pengembangan manufaktur nasional.
5. Meningkatkan kegiatan penelitian dan
pengembangan untuk berbagai teknologi fototermik.
6. Meningkatkan produksi lokal secara massal dan
penjajagan untuk kemungkinan ekspor.
7. Pengembangan teknologi fototermik suhu tinggi,
seperti: pembangkitan listrik, mesin stirling , dan lain-
lain.
PROGRAM PENGEMBANGAN
(Cont’d)
PELUANG PEMANFAATAN
Prospek teknologi energi surya termal cukupbesar, terutama untuk mendukung peningkatankualitas pasca-panen komoditi pertanian, untukbangunan komersial atau perumahan diperkotaan :
Industri, khususnya agro-industri dan industripedesaan, yaitu untuk penanganan pasca-panen hasil-hasil pertanian, seperti: pengeringan (komoditi pangan, perkebunan, perikanan/peternakan, kayu olahan) dan jugapendinginan (ikan, buah dan sayuran);
Bangunan komersial atau perkantoran,
yaitu: untuk pengkondisian ruangan ( Solar
Passive Building , AC) dan pemanas air;
Rumah tangga, seperti: untuk pemanas air
dan oven/ cooker ;
PUSKESMAS terpencil di pedesaan, yaitu:
untuk sterilisator, refrigerator vaksin dan
pemanas air.
PELUANG PEMANFAATAN
(Cont’d)
KENDALA PENGEMBANGAN
Teknologi energi surya termal untuk memasak dan mengeringkan hasil pertanian masih sangat terbatas.
Sebagai pemanas air, energi surya termal sudah mencapai tahap komersial. Teknologi surya termal masih belum berkembang karena sosialisasi ke masyarakat luas masih sangat rendah;
Daya beli masyarakat rendah, walaupun harganya relatif murah;
Sumber daya manusia (SDM) di bidang surya termal masih sangat terbatas. Saat ini, SDM hanya tersedia di Pulau Jawa dan terbatas lingkungan perguruan