Wind energy (Budiastra, 2009)

Engineer Budiastra & colleagues at Udayana University (2009) published an article on sustainable energy, more specifically - in the case of Nusa Penida - in the form of wind energy. Below article is in Indonesian, preceded by an English abstract. A full English translation is forthcoming.

The use of wind energy as an alternative source of electricity in Nusa Penida and its environmental impact

Pemanfaatan energi angin sebagai energi alternatif pembankgkit listrik di Nusa Penida dan dampaknya terhapdap lingkungan

Abstract

The environmental impacts due to technology applications have been an interesting issue for researchers and engineers worldwide. Innovations in development such as friendly environmentally technology have been implemented to minimise severe consequences of the impacts, including in electricity generation technology. It has been known that the use of fossil fuel will increase the emission of greenhouse gasses, such as SO2, NO and CO2. A strong regulation for emission of greenhouse gasses has imposed a great extent of efforts in reducing the emitted gases.

At present, the electricity need for Nusa Penida is mainly generated using diesel-generating system. The use of large amount of diesel oil for electricity generation certainly increases the emitted greenhouse gasses. This paper discusses an alternative technology in wind energy utilisation for electricity generation at Nusa Penida. The position of Nusa Penida, which is in the ocean front region, yields a high potential use of wind energy for electricity generation.

The analysis results show that at the Nusa Penida, the electricity may be produced with a maximum power of 50kW from a single wind turbine. In order to fulfill the total electrical energy need for the island, it is required to develop hundreds of turbines. Development of this amount of wind turbines certainly produces other related environmental impacts, such as ecological impacts, visual aesthetics and generated noises.

Keywords: renewable energy, electrical energy, environmental impact

1. Introduction/Pendahuluan

Kebutuhan energi listrik di Bali menurut data PLN tahun 2007 sekitar 6.452 MWh per hari. Pembangkitan energi listrik di Bali 65% atau sekitar 350 MW ada di Bali dan 200 MW dipasok dari Pulau Jawa. Secara keseluruhan pembangkit listrik yang ada di Bali berbahan bakar dari fosil seperti batu bara dan solar. Penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Disel (PLTD) biasanya digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik dalam jumlah beban kecil, terutama untuk daerah baru yang terpencil atau untuk listrik pedesaan seperti yang ada di Nusa Penida. PLTD yang ada di Nusa Penida ada di dua lokasi yaitu di Nusa Penida dan Nusa Lembongan.

Penggunaan sumber energi fosil ini menimbulkan masalah baru bagi lingkungan serta bagi sumber daya alam (SDA) yang ada. Di samping itu, mahalnya harga minyak dan makin santernya gaung krisis energi yang dibarengi pula dengan seringnya pemadaman listrik bergilir, bukan hanya membuat makin berat beban hidup tetapi juga membuat miris dan cemas masyarakat. Untuk mengatasi hal ini, pemerintah Indonesia telah berketetapan untuk memanfaatkan energi alternatif pengganti energi fosil untuk mencukupi kebutuhan energi listrik yang terus meningkat. Energi alternatif yang dimaksud yaitu energi terbarukan yang salah satunya merupakan energi angin.

Angin adalah suatu bentukan energi surya yang terjadi ketika matahari memanaskan udara yang kemudian menyebabkan udaranya naik dan membentuk suatu vacuum, kemudian vacuum turun ke udara yang lebih dingin membentuk angin. Angin juga terjadi karena pemanasan bumi yang tidak sama oleh matahari. Para ahli mengestimasikan bahwa 2% dari energi sinar matahari yang diterima oleh bumi dikonversi menjadi energi kinetik angin (Leahy, 1997).

Nusa Penida secara geografis terdiri atas perbukitan kering berbatu dan sebagian kecil hutan yang berbukit dan sebelah selatan berhadapan langsung dengan samudra Hindia. Angin yang mengalir di Nusa Penida dapat disebabkan oleh angin planet dan angin lokal. Angin planet merupakan tipe angin yang disebabkan oleh pemanasan permukaan bumi yang lebih besar di dekat katulistiwa dibandingkan dengan di dekat kutub selatan atau kutub utara. Angin lokal disebabkan oleh dua mekanisme. Mekanisme pertama yaitu adanya perbedaan pemanasan terhadap tanah dan air. Mekanisme kedua yaitu bukit-bukit dan pegunungan. Berdasarkan kondisi tersebut kemungkinan memiliki potensi angin yang cukup besar dan dapat dimanfaatkan sebagai energi alternatif pembangkit listrik.

2. The effect on the environment of electricity generated by fossil fuel / Dampak lingkungan pembangkit listrik berbahan bakar fosil

Penggunaan bahan bakar fosil untuk pembangkit listrik akan dapat meningkatkan emisi dari partikel, SO2, NOx, dan CO2. Saat ini bahan bakar pembangkit listrik di Indonesia masih didominasi oleh penggunaan bahan bakar fosil. Di Indonesia dampak lingkungan dari teknologi pembangkit listrik mendapat perhatian yang serius. Hal ini tertuang dalam Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. KEP-13 /MENLH /3/1995 tentang standar emisi untuk pembangkit listrik seperti pada tabel 1.

Tabel 1. Standar emisi untuk pembangkit listrik

Parameter batas maksimum (mg/ml)  
  berlaku 1995 berlaku 2000
total partikel 300 150
Sulfur Dioxida 1500 750
Nitrogen Oksida 1700 850
Opasitas 40% 20%

Meskipun kandungan sulfur batubara Indonesia relatif kecil tetapi penggunaan dalam jumlah besar akan dapat meningkatkan emisi SO2 sehingga dapat berdampak negatif terhadap manusia dan lingkungan hidup.

Pemakaian energi fosil seperti minyak solar sebagai bahan bakar pembangkit listrik akan memberikan dampak lingkungan dan ekonomi. Menurat Wardana yang dikutif oleh Limbong (2002) kegiatan industri dan teknologi dapat memberikan dampak lingkungan, baik secara langsung maupun tidak langsung. Dampak langsung antara lain dapat berupa: a) pencemaran lingkungan akibat bahan buangan dan sisa industri yang dapat mengotori udara dan air tanah, b) kebisingan kontinyu maupun impulsif yang dapat menimbulkan penyakit, c) lingkungan menjadi tidak nyaman untuk pemukiman, d) pandangan kurang sedap di daerah industri. Dampak tak langsung antara lain berupa: a) urbanisasi, b) perubahan nilai sosial dan budaya.

Pada Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) zat-zat yang terkandung dalam bahan bakar yang mempengaruhi pengoperasian mesin diesel antara lain: a) arang, b) sedimen dan sludge, c) air, d) sulfur, e) debu (PLN,1996). Menurut Limbong (2002) dari hasil penelitian PLTD di Pulau Bitung menunjukkan kualitas udara untuk parameter SO2, NO2, H2S, NH3 dan CO masih di bawah batas ambang baku mutu kualitas udara ambien. Tingkat kebisingan sebagai dampak dari kegiatan PLTD Bitung pada jarak 100 m ke bawah telah melewati ambang batas baku mutu kebisingan yang diperbolehkan.

Dampak ekonomi pada biaya produksi pemakaian bahan bakar pembangkitan energi listrik untuk di Bali dapat diperlihatkan sebagai berikut: Biaya pembangkitan Rp 3.271/kWh, biaya distribusi Tenaga Listrik Rp. 304/kWh, biaya operasional pendukung Rp. 45/kWh biaya total produksi Rp. 3.620,96/kWh (PLN Distribusi, 2009).

Kalau dijual ke masyarakat harga listrik tanpa subsidi pemerintah untuk PLTD di atas Rp. 3.620,96/kWh. Sementara itu untuk di Indonesia masih beroperasinya beberapa pembangkit listrik yang biaya pembangkitan relatif kecil seperti PLTA, PLTG sehingga harga listrik masih berlaku standar nasional Rp. 600,-/kWh.

Seandainya berlaku harga listrik regional berarti harga listrik berlaku sesuai dengan biaya pembangkitan maka harga listrik per kWh menjadi sangat tinggi. Dampak dari harga listrik yang tinggi menyebabkan harga barang menjadi meningkat dan penghasilan masyarakat berkurang.

3. Research into the potential of wind energy as a source of electricity in Nusa Penida / Kajian potensi energi angin sebagai pembangkit energi listrik di Nusa Penida

Hasil pengukuran kecepatan angin di tiga titik lokasi di Nusa Penida, ditampilkan tabel 1.

Tabel 1 Data kecepatan angin harian

Lokasi Kec. angin (m/s) Arah angin Cuaca harian
Batumadeg 5.93 Selatan Cerah
Batumadeg 4.647 Selatan Cerah
Batumadeg 3.26 Selatan Cerah
Batumadeg 4.606 Selatan Cerah
Batumadeg 4.525 Selatan Cerah
Batumadeg 5.659 Selatan Cerah
Batumadeg 5.233 Selatan Mendung
Tanglad 5.75 Tenggara Mendung
Tanglad 5.27 Tenggara Berawan
Tanglad 5.65 Tenggara Berawan
Tanglad 6.26 Tenggara Cerah
Tanglad 7.76 Tenggara Cerah
Tanglad 6.259 Tenggara Mendung
Tanglad 5.119 Timur Cerah
Mundi 7.917 Tenggara Berawan
Mundi 8.023 Tenggara Berawan

Berdasarkan pada tabel 1 hasil pengukuran angin, dapat dihitung besaran daya listrik dan panjang jari-jari kincir angin yang dihasilkan. Contoh salah satu hasil perhitungan adalah sebagai berikut:

Data: Rerata kecepatan angin = 4,837 m/s
- Pmax = 1000 kWh/m/Tahun
- Generator DC 4.5 kW, 48 V DC, 300 rpm
- Preg = 4500 x 24 x 365 = 39420 kWh/Tahun
A = 39420/1000 = 39,42 m2; D = √(4/π x 39,42) = 7,08m; R = 3,54m

Jadi untuk menghasilkan daya 4,5 kW, dengan rerata kecepatan angin V = 4,837 m/s digunakan kincir dengan jari-jari minimal 3,54 m.
- Generator DC 10 kW, 48 V DC, 300 rpm
- Preg = 10000 x 24 x 365 = 87600 kWh/Tahun
A = 87600 / 1000 = 87,6 m2; D = √(4/π x r87,6) = 5,28 m

Jadi untuk menghasilkan daya 10 kW, dengan kecepatan angin rata-rata V = 4,837 m/s digunakan kincir dengan jari-jari minimal 5,28 m. Pada tabel 2 ditampilkan hubungan antara pembangkitan energi listrik dengan jari-jari kincir angin (meter) di tiga titik lokasi di Nusa Penida.

Tabel 2. Hasil perhitungan hubungan daya listrik dengan jari-jari kincir angin

Lokasi Jari-jari kincir jika digunakan generator (m)          
  4,5 kW 10kW 20kW 30kW 40kW 50kW
Batu Madeg 3,5 5,3 7,5 9,2 10,6 11,8
Tanglad 2,0 3,1 4,3 5,3 6,1 6,8
Mundi 1,6 2,4 3,4 4,2 4,9 5,4

4. The effect of wind energy on the environment / Dampak Lingkungan Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTB)

Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) karena sifatnya yang terbarukan (renewable) sudah jelas akan memberikan keuntungan karena angin tidak akan habis digunakan tidak seperti pada penggunaan bahan bakar fosil. Tenaga angin juga merupakan sumber energi yang ramah lingkungan, di mana penggunaannya tidak mengakibatkan emisi gas buang atau polusi yang berarti ke lingkungan.

Kalau dicermati dari pembangkitan energi listrik dari data potensi kecepatan angin, energi maksimum yang bisa dibangkitkan 50 kW. Karena itu, untuk memenuhi kebutuhan energi listrik masyarakat Nusa Penida perlu dibangun lebih dari satu unit pembangkit. Pada gambar 1 diperlihatkan gambar pembangkit listrik tenaga angin sebagai ilustrasi yang menunjukkan pembangunan pembangkit lebih dari satu unit. Dengan demikian, pembangkit listrik tenaga angin ini tidak sepenuhnya ramah lingkungan, terdapat beberapa masalah yang terjadi akibat penggunaan sumber energi angin sebagai pembangkit listrik, di antaranya yaitu dampak visual, derau suara, beberapa masalah ekologi, dan keindahan.

budiastra image1Image (right): Ilustrasi pembangkit listrik tenaga angin (Sumber: Firman Sasongko, 2009)

Dampak visual biasanya merupakan hal yang paling serius dikritik. Penggunaan ladang angin sebagai pembangkit listrik membutuhkan luas lahan yang tidak sedikit dan tidak mungkin untuk disembunyikan. Penempatan ladang angin pada lahan yang masih dapat digunakan untuk keperluan yang lain dapat menjadi persoalan tersendiri bagi penduduk setempat. Selain mengganggu pandangan akibat pemasangan barisan pembangkit angin, penggunaan lahan untuk pembangkit angin dapat mengurangi lahan pertanian serta pemukiman. Hal ini yang membuat pembangkitan tenaga angin di daratan menjadi terbatas. Beberapa aturan mengenai tinggi bangunan juga telah membuat pembangunan pembangkit listrik tenaga angin dapat terhambat. Penggunaan tiang yang tinggi untuk turbin angin juga dapat menyebabkan terganggunya cahaya matahari yang masuk ke rumah-rumah penduduk. Perputaran sudu-sudu menyebabkan cahaya matahari yang berkelap-kelip dan dapat mengganggu pandangan penduduk setempat.

Efek lain akibat penggunaan turbin angin yaitu terjadinya derau frekuensi rendah. Putaran dari sudu-sudu turbin angin dengan frekuensi konstan lebih mengganggu daripada suara angin pada ranting pohon. Selain derau dari sudu-sudu turbin, penggunaan gearbox serta generator dapat menyebabkan derau suara mekanis dan juga derau suara mekanis dan juga derau suara listrik. Derau mekanik yang terjadi disebabkan oleh operasi mekanis elemen-elemen yang berada dalam nacelle atau rumah pembangkit listrik tenaga angin. Dalam keadaan tertentu turbin angin dapat juga menyebabkan interferensi elektromagnetik, mengganggu penerimaan sinyal televisi atau transmisi gelombang mikro untuk perkomunikasian.

Penentuan ketinggian dari turbin angin dilakukan dengan menganalisis data turbulensi angin dan kekuatan angin. Derau aerodinamis merupakan fungsi dari banyak faktor seperti desain sudu, kecepatan perputaran, kecepatan angin, turbulensi aliran masuk. Derau aerodinamis merupakan masalah lingkungan, oleh karena itu kecepatan perputaran rotor perlu dibatasi di bawah 70m/s. Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa penggunaan skala besar dari pembangkit listrik tenaga angin dapat merubah iklim lokal maupun global karena menggunakan energi kinetik angin dan mengubah turbulensi udara pada daerah atmosfir (Firman Sasongko,2009).

Biaya investasinya memang cukup mahal. Harga satu unit kincir angin yang diberi nama EGRA (Energi Gratis) ini sekitar 60 juta rupiah. Biaya yang dubutuhkan tampak cukup besar, tetapi jika dihitung secara ekonomis, ternyata cukup menguntungkan. Karena memakai kincir angin, maka tidak ada pengeluaran untuk bahan bakar lagi. Biaya pemeliharaan relatif murah. Bandingkan jika memakai mesin diesel. Untuk biaya solar saja menghabiskan Rp. 132.000 per hari, yang artinya Rp. 132.000 x 365 = Rp. 48.180.000 per tahun, belum termasuk biaya pemeliharaan mesin. Diperkirakan dalam waktu 2 tahun, manfaat dari kincir angin ini sudah terasa dan cukup menguntungkan .

5. Conclusion & suggestions / Simpulan dan saran

Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan sebagai berikut: 1) Penggunaan bahan bakar fosil dalam jumlah besar untuk pembangkit listrik, akan dapat meningkatkan emisi gas buang dan menjadi salah satu penyebab pemanasan global; 2) Penggunaan teknologi alternatif pembangkit listrik tenaga bayu dapat menimalisir dampak lingkungan dan secara ekonomis cukup menguntungkan.

Mencermati permasalahan yang terkait dengan dampak pembangunan pembangkit listrik tenaga angin di Nusa Penida, maka dapat disarankan yaitu dalam pembangunan tower pembangkit diupayaka untuk ditata sehingga dapat memberikan manfaat untuk meningkatkan daya tarik wisata.

Daftar Pustaka (Budiastra)

  • Dian. M. (2006) - Studi Pembangkit Listrik Tenaga Angin di Nusa Penida Jimbaran. Jurusan Teknik Elektro, Unud
  • Djiteng Marsudi (2002) - Pembangkit Energi Listrik Erlangga
  • Djoko Achyanto (1984) - Mesin-Mesin Listrik, Erlangga
  • Firman Sasongko (2009 - Dampak Lingkungan Pembangkit Listrik Tenaga Angin, Konversi ITB, Bandung
  • Freris, L.L. (1990) - Wind Energy Conversion Systems, Prentice Hall
  • Glover, J.D., Sarma M.S. (2002) - Power System Analysis and Design. Brooks/Cole, USA
  • Leahy, David (1997) - "Wind Energy", www.webserv.uhl.ul, diakses 20 Februari 2009
  • Limbong Tampang, B. (2002) - "Pencemaran Udara dan Kebisingan Sumber Energi Diesel", Buletin Kimia, PSL Pascasarjana IPB
  • National Wind Energy Centre (2005) - "Wind Resources Information: How Does A Wind Turbine Work", www.urel.gov; diakses 20 Februari 2009
  • Perusahaan Listrik Negara (1996) - "Pola Pengendalian Lingkungan PLTD", Saduran materi Kursus Kimia PLTD, PT.PLN Sektor Minahasa, Menado
  • PLN Distribusi Bali (2009) - Pemanfaatan Listrik Aman dan Bijak. Forum Dialog Konsumen Listrik. YLKI-PLNAJ Bali Selatan
  • Rozen Wagner, Loanis Antoniou (2008) - Influence of The Wind Speed Profile on Wind Turbine Performance Measurements, Jhon Willey and Sons Ltd.
  • Sugata Pikatan (1999) - Resume Konversi Energi Angin. Departemen MIPA Universitas Surabaya
  • Sugiyono, Agus (2000) - "Prospek Penggunaan Teknologi Bersih untuk Pembangkit Listrik dengan Bahan Bakar Batubara di Indonesia"; Jurnal Teknologi Lingkungan. BPPT
  • Surya Hardhiyana Putra (2009) - "Pembangkit Listrik Tenaga Bayu". http://renewable energy Indonesia.wordpress.com, diakses 2 Juni 2009
  • Ultas Minoglu (2008) - Incorporation Of A New Wind Turbin Generating System Model Into Distribution Systems load flow analysis, Jhon Willey and Sons Ltd.
  • Weisman, Joel, Roy Eckart (1988) - Modern Power Plant Engineering, Prentice Hall of India
  • Wind Energy (1981) - "Renewable Source of Energy", Volume III, ECDC-TCDC, United Nation

Source

  • Budiastra, In., IA. Dwi Giriantari, Wyn. Artawijaya, Cok. Indra Partha (2009) - Jurasan Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Udayana; in: Jurnal Bumi Lestari, Volume 9 No. 2, Agustus 2009, p. 263-267

This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. research: Godi Dijkman http://guidomansdijk-talen.nlsocial facebook box white 24