MAKALAH ENERGI TERBARUKAN

ENERGI TERBARUKAN

I.          Konsep Energi Alternatif

1.1              Konsep dasar energi alternatif

Energi alternatif adalah istilah yang merujuk kepada semua energi yang dapat digunakan yang bertujuan untuk menggantikan bahan bakar konvensional tanpa akibat yang tidak diharapkan dari hal tersebut. Umumnya, istilah ini digunakan untuk mengurangi penggunaan bahan bakar hidrokarbon yang mengakibatkan kerusakan lingkungan akibat emisi karbon dioksida yang tinggi, yang berkontribusi besar terhadap pemanasan global berdasarkan Intergovernmental Panel on Climate Change. Selama beberapa tahun, apa yang sebenarnya dimaksud sebagai energi alternatif telah berubah akibat banyaknya pilihan energi yang bisa dipilih yang tujuan yang berbeda dalam penggunaannya.

Istilah "alternatif" merujuk kepada suatu teknologi selain teknologi yang digunakan pada bahan bakar fosil untuk menghasilkan energi. Teknologi alternatif yang digunakan untuk menghasilkan energi dengan mengatasi masalah dan tidak menghasilkan masalah seperti penggunaan bahan bakar fosil.

Oxford Dictionary mendefinisikan energi alternatif sebagai energi yang digunakan bertujuan untuk menghentikan penggunaan sumber daya alam atau pengrusakan lingkungan.

II.        Energi Surya

2.1       Radiasi

Dalam fisika, radiasi mendeskripsikan setiap proses di mana energi bergerak melalui media atau melalui ruang, dan akhirnya diserap oleh benda lain. Orang awam sering menghubungkan kata radiasi ionisasi (misalnya, sebagaimana terjadi pada senjata nuklir, reaktor nuklir, dan zatradioaktif), tetapi juga dapat merujuk kepada radiasi elektromagnetik (yaitu, gelombang radio, cahaya inframerah, cahaya tampak, sinar ultra violet, dan X-ray), radiasi akustik, atau untuk proses lain yang lebih jelas. Apa yang membuat radiasi adalah bahwa energi memancarkan (yaitu, bergerak ke luar dalam garis lurus ke segala arah) dari suatu sumber. geometri ini secara alami mengarah pada sistem pengukuran dan unit fisik yang sama berlaku untuk semua jenis radiasi. Beberapa radiasi dapat berbahaya.

2.2       Karakteristik

Sumber segala energi adalah energi matahari (surya). Apa yang terjadi kalau tidak ada energi surya? Tentu saja tidak ada panas, sirkulasi energi mencakup seluruh kehidupan di muka bumi terhenti dan tetumbuhan musnah karena tidak terjadi proses fotosintesis. 

Jika cuaca sedang cerah, matahari memancarkan sekitar 1.000 watt energi per-meter persegi. 30 % dari energi surya ini dipantulkan kembali ke angkasa, 47% dikonversi menjadi panas, 23 % digunakan untuk seluruh siklus kerja yang terdapat di muka bumi, 0,25 % terserap oleh angin, gelombang laut dan aliran air dan sebagian sangat kecil 0,025% disimpan melalui fotosintesis di dalam tumbuh-tumbuhan [1]

Ada banyak cara untuk memanfaatkan energi surya ini, dan salah satunya adalah memanfaatkan energi surya sebagai sumber daya listrik dengan menggunakan sel-sel fotovoltaik (sel surya). 

2.3       Konventor

Pemanfaatan sel surya fotovoltaik sebagai konvertor cahaya matahari menjadi energi elektrik memiliki ciri-ciri yang atraktif, namun secara praktis efisiensi masih menjadi kendala. Dengan keadaan itu, negara-negara yang memanfaatkan energi surya skalanya masih sangat kecildibandingkan konservasi energi lainnya. Berdasarkan perkiraan pada tahun 2020 energi surya sudah memiliki peranan yang penting, salah satu perangkat pemanfaatan energi surya adalah sel surya fotovoltaik sebagai konsentratornya. Kecuali di negara-negara yang sudah maju perencanaan PLTS (Pusat Listrik Tenaga Surya) masih dalam taraf konseptual, terutama untuk skala yang cukup berarti. Beberapa hal yang mempengaruhi daya sel surya diantaranya: pengaruh penyinaran, pengaruh temperatur, pengaruh luas sel surya, pengaruh kepekaan spektrum, dan pengaruh umur sel surya. Hal tersebut pada akhirnya mempengaruhi efisiensi konversi energi sel surya fotovoltaik. Menggunakan lensa fresnal dan konsentrator piringan paraboloida memungkinkan didapatnya sel surya dengan efisiensi tinggi.

2.4       Aplikasi

Energi matahari merupakan energi yang utama bagi kehidupan di bumi ini. Berbagai jenis energi, baik yang terbarukan maupun tak-terbarukan merupakan bentuk turunan dari energi ini baik secara langsung maupun tidak langsung. Energi yang merupakan turunan dari energi matahari misalnya:

Energi angin yang timbul akibat adanya perbedan suhu dan tekanan satu tempat dengan tempat lain sebagai efek energi panas matahari.

Energi air karena adanya siklus hidrologi akibat dari energi panas matahari yang mengenai bumi.

Energi biomassa karena adanya fotosintesis dari tumbuhan yang notabene menggunakan energi matahari.

Energi gelombang laut yang muncul akibat energi angin.

Energi fosil yang merupakan bentuk lain dari energi biomassa yang telah mengalami proses selama berjuta-juta tahun.

Selain itu energi panas matahari juga berperan penting dalam menjaga kehidupan di bumi ini. Tanpa adanya energi panas dari matahari maka seluruh kehidupan di muka bumi ini pasti akan musnah karena permukaan bumi akan sangat dingin dan tidak ada makluk yang sanggup hidup di bumi.

- Energi Panas Matahari sebagai Energi Alternatif

Energi panas matahari merupakan salah satu energi yang potensial untuk dikelola dan dikembangkan lebih lanjut sebagai sumber cadangan energi terutama bagi negara-negara yang terletak di khatulistiwa termasuk Indonesia, dimana matahari bersinar sepanjang tahun. Dapat dilihat dari gambar di atas bahwa energi matahari yang tersedia adalah sebesar 81.000 TerraWatt sedangkan yang dimanfaatkan masih sangat sedikit.

Ada beberapa cara pemanfaatan energi panas matahari yaitu:

• Pemanasan ruangan
• Penerangan ruangan
• Kompor matahari
• Pengeringan hasi pertanian
• Distilasi air kotor
• Pemanasan air
• Pembangkitan listrik
• Pemanasan Ruangan

Ada beberapa teknik penggunan energi panas matahari untuk pemanasan ruangan, yaitu:

Jendela

Ini merupakan teknik pemanasan dengan menggunakan energi panas matahari yang paling sederhana. Hanya diperlukan sebuah lubang pada dinding untuk meneruskan panas matahari dari luar masuk ke dalam bangunan. Ada jendela yang langsung tanpa ada kacanya dan ada yang menggunakan kaca. Untuk mendapatkan panas yang optimal maka pada jendela dipasang kaca ganda. Biasanya di daerah-daerah empat musim dinding/tembok bangunan diganti dengan kaca agar matahari bebas menyinari dan menghangatkan ruangan pada saat musim dingin.

Dinding Trombe(Trombe Wall)

Dinding trombe adalah dinding yang diluarnya terdapat ruangan sempit berisi udara. Dinding bagian luar dari ruangan sempit tersebut biasanya berupa kaca. Dinding ini dinamai berdasarkan nama penemunya yaitu Felix Trombe, orang berkebangsaan Perancis.

Prinsip kerjanya adalah permukaan luar ruangan ini akan dipanasi oleh sinar matahari, kemudian panas tersebut perlahan-lahan dipindahkan kedalam ruangan sempit. Selanjutnya panas di dalam ruangan sempit tersebut akan dikonveksikan ke dalam bangunan melalui saluran udara pada dinding trombe.

Greenhouse

 

Teknik ini hampir sama dengan dinding trombe hanya saja jarak antara dinding masif dengan kaca lebih lebar, sehingga tanaman bisa hidup di dalamnya.      

Prinsip kerja greenhouse juga serupa dengan dinding trombe. Panas masuk melalui kaca ke dalam greenhouse lalu dikonveksikan ke dalam bangunan untuk menghangatkan ruangan atau menjaga suhu rungan tetap stabil meskipun pada waktu siang atau malam hari.

·         Penerangan Ruangan

Adalah teknik pemanfaatan energi matahari yang banyak dipakai saat ini. Dengan teknik ini pada siang hari lampu pada bangunan tidak perlu dinyalakan sehingga menghemat penggunaan listrik untuk penerangan. Teknik ini dilaksanakan dengan mendesain bangunan yang memungkinkan cahaya matahari bisa masuk dan menerangi ruangan dalam bangunan.

·         Kompor Matahari

Prinsip kerja dari kompor matahari adalah dengan memfokuskan panas yang diterima dari matahari pada suatu titik menggunakan sebuah cermin cekung besar sehingga didapatkan panas yang besar yang dapat digunakan untuk menggantikan panas dari kompor minyak atau kayu bakar.

 

Untuk diameter cermin sebesar1,3 meter kompor ini memberikan daya thermal sebesar 800 watt pada panci. Dengan menggunakan kompor ini maka kebutuhan akan energi fosil dan energi listrik untuk memasak dapat dikurangi.

·         Pengeringan Hasil Pertanian

Hal ini biasanya dilakukan petani di desa-desa daerah tropis dengan menjemur hasil panennya dibawah terik sinar matahari. Cara ini sangat menguntungkan bagi para petani karena mereka tidak perlu mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya. Berbeda dengan petani di negara-negara empat musim yang harus mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya dengan menggunakan oven yang menggunakan bahan bakar fosil maupun menggunakan listrik.

·         Distilasi Air

Cara kerjanya adalah sebuah kolam yang dangkal, dengan kedalaman 25mm hingga 50 mm, ditututup oleh kaca. Air yang dipanaskan oleh radiasi matahari, sebagian menguap, sebagian uap itu mengembun pada bagian bawah dari permukaan kaca yang lebih dingin. Kaca tersebut dimiringkan sedikit 10 derajat untuk memungkinkan embunan mengalir karena gaya berat menuju ke saluran penampungan yang selanjutnya dialirkan ke tangki penyimpanan.

·         Pemanasan Air

Penyediaan air panas sangat diperlukan oleh masyarakat, baik untuk mandi maupun untuk alat antiseptik pada rumah sakit dan klinik kesehatan. Penyediaan air panas ini memerlukan biaya yang besar karena harus tersedia sewaktu-waktu dan biasanya untuk memanaskan digunakan energi fosil ataupun energi listrik. Namun Dengan menggunakan pemanas air tenaga surya maka hal ini bukan merupakan masalah karena pemanasan air dilakukan dengan menyerap panas matahari dengan menggunakan kolektor sehingga tidak memerlukan biaya bahan bakar.

 

Prinsip kerjanya adalah panas dari matahari diterima oleh kolektor yang terdapat di dalam terdapat pipa-pipa berisi air. Panas yang diterima kolektor akan diserap oleh air yang berada di dalam pipa sehingga suhu air meningkat. Air dingin dialirkan dari bawah sedangkan air panasnya dialirkan lewat atas karena massa jenis air panas lebih kecil daripada massa jenis air dingin (prinsip thermosipon). Air ini lalu masuk ke dalam penyimpan panas. Pada penyimpan panas, panas dari air ini dipindahkan ke pipa berisi air yang lain yang merupakan persediaan air untuk mandi/antiseptik. Sedangkan air yang berasal dari kolektor akan diputar kembali ke kolektor dengan menggunakan pompa atau hanya menggunakan prinsip thermosipon.

Persediaan air panas akan disimpan di dalam tangki penyimpanan yang terbuat dari bahan isolator thermal. Pada sistem ini terdapat pengontrol suhu jika suhu air panas yang dihasilkan kurang dari yang diinginkan maka air akan dimasukkan kembali ke tangki penyimpan panas untuk dipanaskan kembali.

Kolektor yang digunakan pada pemanas air tenaga panas matahari ini adalah kolektor surya plat datar yang bagian atasnya terbuat dari kaca yang berwarna hitam redup sedangkan bagian bawahnya terbuat dari bahan isolator yang baik sehingga panas yang terserap kolektor tidak terlepas ke lingkungan. Air panas di dalam kolektor bisa mencapai 82 C sedangkan air panas yang dihasilkan tergantung keinginan karena sistem dilengkapi pengontrol suhu.

·         Pembangkitan Listrik

Prinsipnya hampir sama dengan pemanasan air hanya pada pembangkitan listrik, sinar matahari diperkuat oleh kolektor pada suatu titik fokus untuk menghasilkan panas yang sangat tinggi bahkan bisa mencapai suhu 3800 C. Pipa yang berisi air dilewatkan tepat pada titik fokus sehingga panas tersebut diserap oleh air di dalam pipa. Panas yang sangat besar ini dibutuhkan untuk mengubah fase cair air di dalam pipa menjadi uap yang bertekanan tinggi. Uap bertekanan tinggi yang di hasilkan ini kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin uap yang kemudian akan memutar turbo generator untuk menghasilkan listrik.

Ada dua jenis kolektor yang biasa digunakan untuk pembangkitan listrik yaitu kolektor parabolik memanjang dan kolektor parabolik cakram.

 

- Kolektor Parabolik Memanjang

 

-          Kolektor Parabolik Cakram

Di California, Amerika Serikat, alat ini telah mampu menghasilkan 354 MW listrik. Dengan memproduksi kolektor ini secara massal, maka harga satuan energi matahari ini di AS, sekitar Rp 100/KWh lebih murah dibandingkan energi nuklir dan sama dengan energi dari tenaga pembangkit dengan bahan baku energi fosil.(Ivan A Hadar, 2005).

Di India dengan area seluas 219.000 meter persegi maka kolektor mampu menghasilkan listrik sebesar 35-40 MW dengan rata-rata intensitas penyinaranya adalah sebesar 5.8 KWH per meter persegi per hari.(Gordon Feller).

Kita dapat juga membangkitkan listrik langsung dari energi surya, yaitu dengan menggunakan photovoltaic. Alat ini terbuat dari bahan semikonduktor yang sangat peka dalam melepaskan elektron ketika terkena panjang gelombang sinar matahari tertentu. Akan tetapi alat ini masih sangat mahal dan efisiensinya masih sangat rendah, yaitu sekitar 10%.

Pembangkitan listrik berdasarkan perbedaan tekanan pada gas juga bisa dilakukan, yaitu dengan menggunakan chimney. Ini sebuah sistem tower yang terdiri turbin gas dan jalinan kaca tertutup yang luas untuk memerangkap panas matahari.

Prinsipnya: sinar matahari akan menembus kaca dari alat ini kemudian memanaskan gas yang terperangkap di bawah kaca. Gas suhu tinggi ini akan memasuki tower tertutup yang tingginya bisa mencapai 1000 meter vertikal. Oleh karena perbedaan suhu gas pada permukaan bumi dan 1000 meter diatas permukaan bumi, maka gas akan mengalir ke atas melalui tower ini. Aliran gas/udara tersebut akan memutar turbin gas. Skema sederhana dapat dilihat pada gambar dibawah.

 

2.5       Destilasi

Destilasi adalah pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi berdasarkan perbedaan titik didihnya. Dalam hal ini adalah destilasi fraksinasi. Mula-mula minyak mentah dipanaskan dalam aliran pipa dalam furnace (tanur) sampai dengan suhu ± 370°C. Minyak mentah yang sudah dipanaskan tersebut kemudian masuk kedalam kolom fraksinasi pada bagian flash chamber (biasanya berada pada sepertiga bagian bawah kolom fraksinasi). Untuk menjaga suhu dan tekanan dalam kolom maka dibantu pemanasan dengan steam (uap air panas dan bertekanan tinggi).

Minyak mentah yang menguap pada proses destilasi ini naik ke bagian atas kolom dan selanjutnya terkondensasi pada suhu yang berbeda-beda. Komponen yang titik didihnya lebih tinggi akan tetap berupa cairan dan turun ke bawah, sedangkan yang titik didihnya lebih rendah akan menguap dan naik ke bagian atas melalui sungkup-sungkup yang disebut sungkup gelembung. Makin ke atas, suhu yang terdapat dalam kolom fraksionasi tersebut makin rendah, sehingga setiap kali komponen dengan titik didih lebih tinggi akan terpisah, sedangkan komponen yang titik didihnya lebih rendah naik ke bagian yang lebih atas lagi. Demikian selanjutnya sehingga komponen yang mencapai puncak adalah komponen yang pada suhu kamar berupa gas. Komponen yang berupa gas ini disebut gas petroleum, kemudian dicairkan dan disebut LPG (Liquified Petroleum Gas).

Fraksi minyak mentah yang tidak menguap menjadi residu. Residu minyak bumi meliputi parafin, lilin, dan aspal. Residu-residu ini memiliki rantai karbon sejumlah lebih dari 20.

 
Fraksi minyak bumi yang dihasilkan berdasarkan rentang titik didihnya antara lain sebagai berikut :

1. Gas 
    Rentang rantai karbon : C1 sampai C5
    Trayek didih                 : 0 sampai 50°C

2. Gasolin (Bensin)
    Rentang rantai karbon : C6 sampai C11
    Trayek didih                 : 50 sampai 85°C

3. Kerosin (Minyak Tanah)
    Rentang rantai karbon : C12 sampai C20
    Trayek didih                : 85 sampai 105°C

4. Solar
    Rentang rantai karbon : C21 sampai C30
    Trayek didih                : 105 sampai 135°C

5. Minyak Berat
    Rentang ranai karbon : C31 sampai C40
    Trayek didih               : 135 sampai 300°C

6. Residu
    Rentang rantai karbon : di atas C40
    Trayek didih                : di atas 300°C

Fraksi-fraksi minyak bumi dari proses destilasi bertingkat belum memiliki kualitas yang sesuai dengan kebutuhan masyarakat, sehingga perlu pengolahan lebih lanjut yang meliputi proses cracking, reforming, polimerisasi, treating, dan blending.

2.6              Pembangkit Listrik Energi Matahari

Kondisi bumi kita kian lama kian mengenaskan karena tercemarnya lingkungan dari efek rumah kaca (greenhouse effect) yang menyebabkan global warming, hujan asam, rusaknya lapisan ozon hingga hilangnya hutan tropis. Semua jenis polusi itu rata-rata akibat dari penggunaan bahan bakar fosil seperti minyak bumi, uranium, plutonium, batu bara dan lainnya yang tiada hentinya. Padahal kita tahu bahwa bahan bakar dari fosil tidak dapat diperbaharui, tidak seperti bahan bakar non-fosil.     

            Dengan kondisi yang sudah sedemikian memprihatinkan, gerakan hemat energi sudah merupakan keharusan di seluruh dunia. Salah satunya dengan hemat bahan bakar dan menggunakan bahan bakar dari non-fosil yang dapat diperbaharui seperti tenaga angin, tenaga air, energi panas bumi, tenaga matahari, dan lainnya. Duniapun sudah mulai merubah tren produksi dan penggunaan bahan bakarnya, dari bahan bakar fosil ke bahan bakar non-fosil, terutama tenaga surya yang tidak terbatas.   

                            .           

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) akan lebih diminati karena dapat digunakan untuk keperluan apa saja dan di mana saja : bangunan besar, pabrik, perumahan, dan lainnya. Selain persediaannya tanpa batas, tenaga surya nyaris tanpa dampak buruk terhadap lingkungan dibandingkan bahan bakar lainnya.Di negara-negara industri maju seperti Jepang, Amerika Serikat, dan beberapa negara di Eropa dengan bantuan subsidi dari pemerintah telah diluncurkan program-program untuk memasyarakatkan listrik tenaga surya ini. Tidak itu saja di negara-negara sedang berkembang seperti India, Mongol promosi pemakaian sumber energi yang dapat diperbaharui ini terus dilakukan. Untuk lebih mengetahui apa itu pembangkit listrik tenaga surya atau kami singkat dengan PLTS maka dalam tulisan ini akan dijelaskan secara singkat komponen-komponen yang membentuk PLTS, sistim kelistrikan tenaga surya dan trend teknologi yang ada. 

KONSEP KERJA SISTEM PLTS

Pembangkit listrik tenaga surya itu konsepnya sederhana. Yaitu mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok daya listrik di satelit komunikasi melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan.                                                   

Badingkan dengan sebuah generator listrik, ada bagian yang berputar dan memerlukan bahan bakar untuk dapat menghasilkan listrik. Suaranya bising. Selain itu gas buang yang dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca (green house gas) yang pengaruhnya dapat merusak ekosistem planet bumi kita.                             

Sistem sel surya yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya, rangkaian kontroler pengisian (charge controller), dan aki (batere) 12 volt yang maintenance free. Panel sel surya merupakan modul yang terdiri beberapa sel surya yang digabung dalam hubungkan seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang diperlukan. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya itu menghasilkan energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar matahari.  

Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistem sel surya itu merupakan rangkaian elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini dapat mengatur tegangan aki dalam selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan turun sampai 10,8 volt, maka kontroler akan mengisi aki dengan panel surya sebagai sumber dayanya. Tentu saja proses pengisian itu akan terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya matahari. Jika penurunan tegangan itu terjadi pada malam hari, maka kontroler akan memutus pemasokan energi listrik. Setelah proses pengisian itu berlangsung selama beberapa jam, tegangan aki itu akan naik. Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt, maka kontroler akan menghentikan proses pengisian aki itu.                  

Rangkaian kontroler pengisian itu sebenarnya mudah untuk dirakit sendiri. Tapi, biasanya rangkaian kontroler ini sudah tersedia dalam keadaan jadi di pasaran. Memang harga kontroler itu cukup mahal kalau dibeli sebagai unit tersendiri. Kebanyakan sistem sel surya itu hanya dijual dalam bentuk paket lengkap yang siap pakai. Jadi, sistem sel surya dalam bentuk paket lengkap itu jelas lebih murah dibandingkan dengan bila merakit sendiri.    Biasanya panel surya itu letakkan dengan posisi statis menghadap matahari. Padahal bumi itu bergerak mengelilingi matahari. Orbit yang ditempuh bumi berbentuk elip dengan matahari berada di salah satu titik fokusnya. Karena matahari bergerak membentuk sudut selalu berubah, maka dengan posisi panel surya itu yang statis itu tidak akan diperoleh energi listrik yang optimal. Agar dapat terserap secara maksimum, maka sinar matahari itu harus diusahakan selalu jatuh tegak lurus pada permukaan panel surya.     Jadi, untuk mendapatkan energi listrik yang optimal, sistem sel surya itu masih harus dilengkapi pula dengan rangkaian kontroler optional untuk mengatur arah permukaan panel surya agar selalu menghadap matahari sedemikian rupa sehingga sinar mahatari jatuh hampir tegak lurus pada panel suryanya. Kontroler seperti ini dapat dibangun, misalnya, dengan menggunakan mikrokontroler 8031. Kontroler ini tidak sederhana, karena terdiri dari bagian perangkat keras dan bagian perangkat lunak. Biasanya, paket sistem sel surya yang lengkap belum termasuk kontroler untuk menggerakkan panel surya secara otomatis supaya sinar matahari jatuh tegak lurus.Karena itu, kontroler macam ini cukup mahal.

 

2.7       Segi Ekonomis

 Energi saat ini memegang peranan yang penting dalam pengembangan ekonomi nasional kiranya merupakan suatu hal yang tidak dipersoalkan lagi, bahkan sering dianggap sebagai darah dalam kehidupan ekonomi. Hal ini disadari oleh negara-negara yang telah maju, maupun oleh Negara yang sedang berkembang bahwa penggunaan energi secara tepat dan berdaya guna tinggi merupakan syarat yang mutlak untuk meningkatkan kegiatan ekonomi. Indonesia merupakan negara yang memiliki berbagai jenis sumber daya energi dalam jumlah yang cukup melimpah. Pengelolaan sumber daya energi secara tepat kiranya akan memberikan gilirannya akan meningkatkan kesejahteraan masyarakat secara umum. Dengan letak Indonesia yang berada pada daerah khatulistiwa, yaitu pada lintang 6⁰LU - 11⁰ LS dan 95⁰ BT - 141⁰BT, dan dengan memperhatikan peredaran matahari dalam setahun yang berada pada daerah 23,5⁰ LU dan 23,5⁰ LS maka wilayah Indonesia akan selalu disinari matahari selama 10 - 12 jam dalam sehari. Karena letak Indonesia berada pada daerah khatulistiwa maka Indonesia memiliki tingkat radiasi matahari yang sangat tinggi.

Menurut pengukuran dari pusat Meteorologi dan Geofisika diperkirakan besar radiasi yang jatuh pada permukaan bumi Indonesia (khususnya Indonesia Bagian Timur) rata-rata kurang lebih sebesar 5,1 kWh/m2.hari dengan variasi bulanan sekitar 9% . (NN,1994).

Sejak beberapa tahun ter-akhir ini, para ahli mulai merubah pendapatnya tentang pemanfaatan sumber energi yang ada di Indonesia. Timbulnya kesadaran akan sumber bahan bakar fosil yang selama ini merupakan sumber energi andalan, bukannya tidak mungkin habis di masa mendatang, untuk itu sumber sumber energi baru harus didapatkan. Mungkin untuk mendapatkan energi baru, kombinasi dari beberapa sumber energi yang diperlukan seperti batubara, energi cahaya matahari, angin, nuklir. Jika dilihat dari segi polusinya, bahan fosil terlalu banyak menyebabkan pencemaran terhadap lingkungan dalam penggunaannya. Pada sekitar 100 tahun yang lalu, batu bara menjadi pemasok utama kebutuhan energi dunia, kemudian disusul oleh minyak bumi diawal abad ini. Dan akhirnya sekitar tahun 1950-an gas alam mulai berpartisipasi dalam percaturan sumber energi dunia. Meskipun demikian mungkin dalam penggunaannya bahan bakar fosil ini akan habis kurang lebih 17 tahun mendatang (Kadir, 1995)

Sumber energi lainnya yang saat ini sudah menjadi pemasok energi dunia beberapa tahun terakhir ini adalah penggunaan energi nuklir. Tetapi masalah yang ditimbulkan dari penggunaan energi nuklir adalah limbah radioaktif. Sehingga perlu diperhatikan beberapa persyaratan khusus yang harus dipenuhi, misalnya tempat pembuangan yang betul-betul aman untuk jangka waktu yang tidak ditentukan, serta kemasan limbah yang harus benar-benar aman. Dilain pihak, kita masih mempunyai beberapa sumber energi yang umur penggunaanya relatif tak terbatas, serta tidak menimbulkan masalah polusi lingkungan dalam penggunaannya. Energi matahari atau energi surya adalah bentuk energi elektromagnetik, yang dipancarkan ke bumi secara terus menerus. Selain itu energi surya adalah sangat atraktif karena tidak bersifat polutif, tak dapat habis, dapat dipercaya dan gratis (Sitompul, 1989).

Dalam pemanfaatan energi surya digunakan larik fotovoltaik yang mengkonversikan secara langsung energi surya menjadi energi listrik. Pemakaian fotovoltaik dalam kerekayasaan sebagai sumber pembangkit energi listrik bisa dikatakan tidak menghasilkan polusi, baik polusi udara maupun polusi terhadap lingkungan sekitarnya. Berdasarkan pertimbangan ini, nampaknya konversi fotovoltatik dari sinar matahari menjadi energi listrik akan menjadi sumber energi utama dimasa mendatang. Khususnya bila sumber-sumber energi konvensional (batu bara, minyak bumi dan gas bumi) sudah habis dalam penggunaannya. Selain itu juga harga sumber energi konvesional akan terus semakin tinggi dan persediaanya juga sangat terbatas, sedangkan harga fotovoltatik berangsur-angsur akan turun karena bahan bakunya melimpah di bumi ini. Selanjutnya energi listrik yang dihasilkan dari fotovoltatik, dapat digunakan untuk berbagai peng-gunaan, misalnya untuk meng-gerakkan kapal dengan bantuan motor listrik. Dan untuk menjamin penyediaan energi yang kontinu maka digunakan baterai sebagai penyimpan energi.

Di negara Eropa kapal bermotor listrik bukanlah hal baru, pada tahun 1905 kapal elektrik yang terbesar pada masanya diluncurkan di Thames, kapal tersebut diberi nama Victory kapal ini mempunyai panjang 90 kaki yang terbuat dari kayu dan bisa mengangkut 350 orang. Motor listrik diberi tenaga oleh generator yang menggunakan steam turbin. Setelah tahun 1905 motor bakar dalam menjadi populer dan menggeser kedudukan motor listrik. Semakin banyak kapal yang menggunakan mesin diesel.

Pada abad 21 ini penggunaan motor listrik kembali populer dan diperkirakan akan terus seperti ini karena sebagai akibat dari mahalnya bahan bakar diesel dan semakin menipisnya sumber minyak dunia.

Sekarang motor listrik menjadi semakin praktis dan ekonomis setelah banyaknya penemuan pada teknologi solar panel, battery, charger yang lebih baik. Motor listrik hemat biaya perawatan dan dalam bekerja. Selain itu motor listrik lebih ramah lingkungan dan tidak berisik.

Instalasi motor listrik lebih simpel daripada motor diesel, motor listrik juga tidak memerlukan pendingin. Semua kebutuhan daya listrik di supply dari battery yang di isi ulang oleh solar panel. Dan ketika kapal tidak bergerak daya listrik yang dihasilkan dapat digunakan untuk mesin cuci, microwave, dan peralatan yang lainnya.

Perawatannya lebih mudah dibanding dengan motor diesel, panel surya biasanya dibersihkan seminggu sekali, pengantian battery dilakukan setiap 3000 kali pengisian ulang atau 7 – 10 tahun.

Dalam perkembangannya perancangan desain sebuah kapal harus memperhatikan berbagai aspek terkait seperti aspek teknis, ekonomis, keamanan dan keselamatan operasi kapal. Aspek ekonomis merupakan aspek yang sangat penting untuk dipertimbangkan dalam mendesain kapal tanpa harus mengabaikan aspek-aspek lain diatas. Teknologi desain kapal terus dikembangkan untuk mencapai tingkat effisiensi dan keuntungan ekonomis yang tinggi baik untuk perancangan kapal-kapal berdimensi besar maupun kecil.

Pada mulanya electrik propulsion merupakan sebuah alternatif penggerak utama kapal yang sangat mahal dan kurang effisien. Hal ini disebabkan oleh penggunaan kontruksi motor yang sangat besar dan berat. Kapal harus memiliki dua system electrik terpisah, satu untuk melayani penggerak utama dan satunya untuk melayani mesin bantu. Berkaitan dengan perkembangan yang pesat dari penerapan teknologi elektronika sekarang ini memungkinkan untuk melengkapi sebuah kapal dengan system elektrik dengan kapasitas tenaga yang tidak terbatas berdasarkan konsep power station.

System ini dengan menggunakan multi motor diesel adalah dilangkapi dengan beberapa system tenaga yang independent yang mana berhubungan satu sama lainnya. Pengadaan tenaga listrik dilakukan secara bersama oleh beberapa buah generator set karenanya varisai bisa dilakukan secara cepat. Beban elektrik dan beban propulsi yang diperlukan untuk mendapatkan kecepatan servisnya diperoleh dari main diesel generator set. Effisiensi dari komponen elektrik, generator dan converter secara bersama-samma dihitung untuk menentukan efisiensi total.

Secara umum system ini menawarkan lebih bebas dalam penempatan komponen di dalam kamar mesin, juga degnan system operasinya yang lebih fleksibel dengan menempatkan satu atau lebih generator utama. Ini berarti bahwa generator dalam opersinya lebih dapat beradaptasi dengan kebutuhan power yang lebih bervariasi sehingga akan memperkecil kebutuhan untuk biaya perawatan.

Dengan berkembangnya teknologi sekarang ini telah dibuat sebuah system baru, yaitu dengan menggunakan solar sell sebagai supply energi untuk motor listrik. Untuk menjamin supply daya secara kontinu maka diperlukan battery sebagai penyimpan energi. Dengan system ini diharapkan akan mengurangi penggunaan bahan bakar fossil.

Namun sekarang yang menjadi permasalahan adalah tempat yang terbatas pada kapal, sedangkan untuk menerapkan sistem ini diperlukan tempat yang cukup luas.

2.8       Fotofoltaik

Teknologi fotovoltaik merupakan suatu teknologi konversi yang mengubah cahaya (foto) menjadi listrik (volt) secara langsung (direct conversion). Peristiwa ini dikenal sebagai efek fotolistrik (photovoltaic affect). Didalam proses konversi cahaya-listrik tidak ada bagian yang bergerak, sehingga produk teknologi fotovoltaik memiliki umur teknis yang panjang (>25 tahun).

Teknologi fotovoltaik dikenal sebagai teknologi bersih sehingga penerapannya akan mendukung program pembangunan yang berkelanjutan dan berwawasan lingkungan. Beberapa keuntungan dari pemanfaatan teknologi fotovoltaik, antara lain:

Biaya operasional dan perawatan yang rendah (tidak diperlukan pembelian bahan bakar dan keausan dalam proses konversi)

Tidak menimbulkan polusi udara karena tidak ada proses pembakaran sehingga mengurangi pelepasan gas rumah kaca (greenhouse gas) Tidak menimbulkan kebisingan karena tidak ada bagian yang bergerak

Sel Fotovoltaik

Efek fotolistrik ini terjadi pada suatu sel yang terbuat dari bahan semikonduktor. Karena sifatnya, sel ini kemudian disebut sebagai sel fotovoltaik (photovoltaic cell) atau sering juga disebut sebagai sel surya (solar cell). Sel fotovoltaik merupakan komponen terkecil didalam sistem energi surya fotovoltaik (SESF).

Sinar matahari yang menimpa permukaan sel diubah secara langsung menjadi listrik sebagai akibat terjadinya pergerakan pasanganelectron-hole, sebagaimana digambarkan pada skema dibawah ini. Teknologi sel fotovoltaik yang tersedia dewasa ini masih didominasi oleh jenis sel dengan teknologi kristal, baik mono- maupun poli-kristal, khususnya dari bahan dasar silikon.

III.       Energi Bio

Bahan bakar hayati atau biofuel adalah setiap bahan bakar baik padatan, cairan ataupun gas yang dihasilkan dari bahan-bahan organik. Biofuel dapat dihasilkan secara langsung dari tanaman atau secara tidak langsung dari limbah industri, komersial, domestik atau pertanian. Ada tiga cara untuk pembuatan biofuel: pembakaran limbah organik kering (seperti buangan rumah tangga, limbah industri dan pertanian); fermentasi limbah basah (seperti kotoran hewan) tanpa oksigen untuk menghasilkan biogas (mengandung hingga 60 persen metana), atau fermentasi tebu atau jagung untuk menghasilkan alkohol dan ester; dan energi dari hutan (menghasilkan kayu dari tanaman yang cepat tumbuh sebagai bahan bakar).

Proses fermentasi menghasilkan dua tipe biofuel: alkohol dan ester. Bahan-bahan ini secara teori dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar fosil tetapi karena terkadang diperlukan perubahan besar pada mesin, biofuel biasanya dicampur dengan bahan bakar fosil. Uni Eropa merencanakan 5,75 persen etanol yang dihasilkan dari gandum, bit, kentangatau jagung ditambahkan pada bahan bakar fosil pada tahun 2010 dan 20 persen pada 2020. Sekitar seperempat bahan bakar transportasi di Brazil tahun 2002 adalah etanol.

Biofuel menawarkan kemungkinan memproduksi energi tanpa meningkatkan kadar karbon di atmosfir karena berbagai tanaman yang digunakan untuk memproduksi biofuel mengurangi kadar karbondioksida di atmosfir, tidak seperti bahan bakar fosil yang mengembalikan karbon yang tersimpan di bawah permukaan tanah selama jutaan tahun ke udara. Dengan begitu biofuel lebih bersifat carbon neutral dan sedikit meningkatkan konsentrasi gas-gas rumah kaca di atmosfir (meski timbul keraguan apakah keuntungan ini bisa dicapai di dalam prakteknya). Penggunaan biofuel mengurangi pula ketergantungan pada minyak bumi serta meningkatkan keamanan energi. 

Ada dua strategi umum untuk memproduksi biofuel. Strategi pertama adalah menanam tanaman yang mengandung gula (tebu, bit gula, dan sorgum manis ) atau tanaman yang mengandung pati/polisakarida (jagung), lalu menggunakan fermentasi ragi untuk memproduksi etil alkohol. Strategi kedua adalah menanam berbagai tanaman yang kadar minyak sayur/nabatinya tinggi seperti kelapa sawit, kedelai, alga, atau jathropa. Saat dipanaskan, maka keviskositasan minyak nabati akan berkurang dan bisa langsung dibakar di dalam mesin diesel, atau minyak nabati bisa diproses secara kimia untuk menghasilkan bahan bakar seperti biodiesel. Kayu dan produk-produk sampingannya bisa dikonversi menjadi biofuel sepertigas kayu, metanol atau bahan bakar etanol.

Energi bio dari limbah

Penggunaan limbah biomassa untuk memproduksi energi mampu mengurangi berbagai permasalahan manajemen polusi dan pembuangan, mengurangi penggunaan bahan bakar fosil, serta mengurangi emisi gas rumah kaca. Uni Eropa telah mempublikasikan sebuah laporan yang menyoroti potensi energi bio yang berasal dari limbah untuk memberikan kontribusi bagi pengurangan pemanasan global. Laporan itu menyimpulkan bahwa di tahun 2020 nanti 19 juta ton minyak tersedia dari biomassa, 46% dari limbah bio: limbah padat perkotaan, residu pertanian, limbah peternakan, dan aliran limbah terbiodegradasi yang lain.

Tempat penampungan akhir sampah menghasilkan sejumlah gas karena limbah yang dipendam di dalamnya mengalami pencernaan anaerobik. Secara kolektif gas-gas ini dikenal sebagai landfill gas (LFG) atau gas tempat pembuangan akhir sampah. Landfill gas bisa dibakar baik secara langsung untuk menghasilkan panas atau menghasilkan listrik bagi konsumsi publik. Landfill gas mengandung sekitar 50% metana, gas yang juga terdapat di dalam gas alam.

Biomassa bisa berasal dari limbah materi tanaman. Gas dari tempat penampungan kotoran manusia dan hewan yang memasuki atmosfir merupakan hal yang tidak diinginkan karena metana adalah salah satu gas rumah kaca yang potensil pemanasan globalnya melebihi karbondioksida. ^[5][6] Frank Keppler dan Thomas Rockmann menemukan bahwa tanaman hidup juga memproduksi metana CH₄.

Bahan bakar berbentuk cair bagi transportasi

Sebagian besar bahan bakar transportasi berbentuk cairan, sebab berbagai kendaraan biasanya membutuhkan kepadatan energi yang tinggi. Kendaraan biasanya membutuhkankepadatan kekuatan yang tinggi yang bisa disediakan oleh mesin pembakaran dalam. Mesin ini membutuhkan bahan bakar pembakaran yang bersih untuk menjaga kebersihan mesin dan meminimalisir polusi udara. Bahan bakar yang lebih mudah dibakar dengan bersih biasanya berbentuk cairan dan gas. Dengan begitu cairan (serta gas-gas yang bisa disimpan dalam bentuk cair) memenuhi persyaratan pembakaran yang portabel dan bersih. Selain itu cairan dan gas bisa dipompa, yang berarti penanganannya mudah dimekanisasi, dan dengan begitu tidak membutuhkan banyak tenaga.

Biofuel generasi pertama

Biofuel generasi pertama menunjuk kepada biofuel yang terbuat dari gula, starch, minyak sayur, atau lemak hewan menggunakan teknologi konvensional

Biofuel generasi pertama yang umum didaftar sebagai berikut.

-          Minyak sayur

Minyak sayur dapat digunakan sebagai makanan atau bahan bakar; kualitas dari minyak dapat lebih rendah untuk kegunaan bahan bakar. Minyak sayur dapat digunakan dalam mesin diesel yang tua (yang dilengkapi dengan sistem injeksi tidak langsung, tapi hanya dalam iklim yang hangat. Dalam banyak kasus, minyak sayur dapat digunakan untuk memproduksi biodiesel, yang dapat digunakan kebanyakan mesin diesel bila dicampur dengan bahan bakar diesel konvensional. MAN B&W Diesel, Wartsila dan Deutz AG menawarkan mesin yang dapat digunakan langsung dengan minyak sayur. Minyak sayur bekas yang diproses menjadi biodiesel mengalami peningkatan, dan dalam skala kecil, dibersihkan dari air dan partikel dan digunakan sebagai bahan bakar.

-  Biodiesel

Biodiesel merupakan biofuel yang paling umum di Eropa. Biodiesel diproduksi dari minyak atau lemak menggunakan transesterifikasi dan merupakan cairan yang komposisinya mirip dengan diesel mineral. Nama kimianya adalah methyl asam lemak (atau ethyl) ester (FAME). Minyak dicampur dengan sodium hidroksida dan methanol (atau ethanol_ dan reaksi kimia menghasilkan biodiesel (FAME) dan glycerol. 1 bagian glycerol dihasilkan untuk setiap 10 bagian biodiesel.

Biodiesel dapat digunakan di setiap mesin diesel kalau dicampur dengan diesel mineral. Di beberapa negara produsen memberikan garansi untuk penggunaan 100% biodiesel. Kebanyakan produsen kendaraan membatasi rekomendasi mereka untuk penggunaan biodiesel sebanyak 15% yang dicampur dengan diesel mineral. Di kebanyakan negara Eropa, campuran biodiesel 5% banyak digunakan luas dan tersedia di banyak stasiun bahan bakar.

Di AS, lebih dari 80% truk komersial dan bis kota beroperasi menggunakan diesel. Oleh karena itu penggunaan biodiesel AS bertumbuh cepat dari sekitar 25 juta galon per tahun pada 2004 menjadi 78 juta galon pada awal 2005. Pada akhir 2006, produksi biodiesel diperkirakan meningkat empat kali lipat menjadi 1 milyar galon. 

- Bioalkohol

Alkohol yang diproduksi secarai biologi, yang umum adalah ethanol, dan yang kurang umum adalah propanol dan butanol, diproduksi dengan aksi mikroorganisme dan enzym melalui fermentasi gula atau starch, atau selulosa. Biobutanol seringkali dianggap sebagai pengganti langsung bensin, karena dapat digunakan langsung dalam mesin bensin.

Butanol terbentuk dari ABE fermentation (acetone, butanol, ethanol) dan eksperimen modifikasi dari proses tersebut memperlihatkan potensi yang menghasilkan energi yang tinggi dengan butanol sebagai produk cair. Butanol dapat menghasilkan energi yang lebih banyak dan dapat terbakar "langsung" dalam mesin bensin yang sudah ada (tanpa modifikasi mesin).^[10] Dan lebih tidak menyebabkan korosi dan kurang dapat tercampur dengan air dibanding ethanol, dan dapat didistribusi melalui infrastruktur yang telah ada. Dupont dan BPbekerja sama untuk menghasilkan butanol.

Bahan bakar ethanol merupakan biofuel paling umum di dunia, terutama bahan bakar ethanol di Brazil. Bahan bakar alkohol diproduksi dengan cara fermentasi gula yang dihasilkan darigandum, jagung, sugar beet, sugar cane, molasses dan gula atau starch yang dapat dibuat minuman beralkohol (seperti kentang dan sisa buah, dll). Produksi ethanol menggunakan digesti enzyme untuk menghasilkan gula dari starch, fermentasi gula, distilasi dan pengeringan. Proses ini membutuhkan banyak energi untuk pemanasan (seringkali menggunakan gas alam).

Produksi ethanol selulosik menggunakan tanaman non-pangan atau produk sisa yang tak bisa dikonsumsi, yang tidak mengakibatkan dampak pada siklus makanan.

Memproduksi ethanol dari selulosa merupakan langkah-tambahan yang sulit dan mahal dan masih menunggu penyelesaian masalah teknis. Ternak yang memakan rumput dan menggunakan proses digestif yang lamban untuk memecahnya menjadi glukosa (gula). Dalam laboratorium ethanol selulosik, banyak proses eksperimental sedang dilakukan untuk melakukan hal yang sama, dan menggunakan cara tersebut untuk membuat bahan bakar ethanol.

Beberapa ilmuwan telah mengemukakan rasa prihatin terhadap percobaan teknik genetika DNA rekombinan yang mencoba untuk mengembangkan enzym yang dapat memecah kayu lebih cepat dari alam, makhluk mikroskopik tersebut dapat tidak sengaja terlepas ke alam, tumbuh secara eksponensial, disebarkan oleh angin, dan pada akhirnya menyebabkan kerusakan struktur seluruh tanaman, yang dapat mengakhiri produksi oksigen yang dilepaskan oleh proses fotosintesis tumbuhan.

Ethanol dapat digunakan dalam mesin bensin sebagai pengganti bensin; ethanol dapat dicampur dengan bensin dengan persentase tertentu. Kebanyakan mesin bensin dapat beroperasi menggunakan campuran ethanol sampai 15% dengan bensin. Bensin dengan ethanol memiliki angka oktan yang lebih tinggi, yang berarti mesin dapat terbakar lebih panas dan lebih efisien.

Bahan bakar ethanol memiliki BTU yang lebih rendah, yang berarti memerlukan lebih banyak bahan bakar untuk melakukan perjalan dengan jarak yang sama. Dalam mesin kompresi-tinggi, dibutuhkan bahan bakar dengan sedikit ethanol dan pembakaran lambat untuk mencegah pra-ignisi yang merusak (knocking).

Ethanol sangat korosif terhadap sistem pembakaran, selang dan gasket karet, aluminum, dan ruang pembakaran. Oleh karena itu penggunaan bahan bakar yang mengandung alkohol ilegal bila digunakan pesawat. Untuk campuran ethanol konsentrasi tinggi atau 100%, mesin perlu dimodifikasi.

Ethanol yang meyebabkan korosif tidak dapat disalurkan melalui pipa bensin, oleh karena itu diperlukan truk tangki stainless-steel yang lebih mahal, meningkatkan konsumsi biaya dan energi yang dibutuhkan untuk mengantar ethanol ke konsumen.

Banyak produsen kendaraan sekarang ini memproduksi kendaraan bahan bakar fleksibel, yang dapat beroperasi dengan kombinasi bioethanol dan bensin, sampai dengan 100% bioethanol.

Alkohol dapat bercampur dengan bensin dan air, jadi bahan bakar ethanol dapat tercampur setelah proses pembersihan dengan menyerap kelembaban dari atmosfer. Air dalam bahan bakar ethanol dapat mengurangi efisiensi, menyebabkan mesin susah dihidupkan, menyebabkan gangguan operasi, dan mengoksidasi aluminum (karat pada karburator dan komponen dari besi).

-          biogas

Biogas diproduksi dengan proses digesti anaerobik dari bahan organik oleh anaerobe. Biogas dapat diproduksi melalui bahan sisa yang dapat terurai atau menggunakan tanaman energiyang dimasukan ke dalam pencerna anaerobik untuk menambah gas yang dihasilkan. Hasil sampingan, digestate, dapat digunakan sebagai bahan bakar bio atau pupuk.

Biogas mengandung methane dan dapat diperoleh dari digester anaerobik industri dan sistem pengelolaan biologi mekanik. Gas sampah adalah sejenis biogas yang tidak bersih yang diproduksi dalam tumpukan sampah melalui digesti anaerobik yang terjadi secara alami. Bila gas ini lepas ke atmosfer, gas ini merupakan gas rumah kaca.

-          Biofuel padat

Contohnya termasuk kayu, arang, dan manur kering.

-          Syngas

Syngas dihasilkan oleh kombinasi proses pyrolysis, kombusi, dan gasifikasi. Bahan bakar bio dikonversi menjadi karbon monoksida dan energi melalui pyrolysis. Masukan oksigen terbatas diberikan untuk mendukung kombusi. Gasifikasi mengubah materi organik menjadi hidrogen dan karbon monoksida.

o      Biofuel generasi kedua

Para pendukung biofuel mengklaim telah memiliki solusi yang lebih baik untuk meningkatkan dukungan politik serta industri untuk, dan percepatan, implementasi biofuel generasi kedua dari sejumlah tanaman yang tidak digunakan untuk konsumsi manusia dan hewan, di antaranya cellulosic biofuel. Proses produksi biofuel generasi kedua bisa menggunakan berbagai tanaman yang tidak digunakan untuk konsumsi manusia dan hewan yang diantaranya adalah limbah biomassa, batang/tangkai gandum, jagung, kayu, dan berbagai tanaman biomassa atau energi yang spesial (contohnya Miscanthus). Biofuel generasi kedua (2G) menggunakan teknologi biomassa ke cairan, diantaranya cellulosic biofuel dari tanaman yang tidak digunakan untuk konsumsi manusia dan hewan. Sebagian besar biofuel generasi kedua sedang dikembangkan seperti biohidrogen, biometanol, DMF, Bio-DME, Fischer-Tropschdiesel, biohydrogen diesel, alkohol campuran dan diesel kayu.

Produksi cellulosic ethanol mempergunakan berbagai tanaman yang tidak digunakan untuk konsumsi manusia dan hewan atau produk buangan yang tidak bisa dimakan. Memproduksi etanol dari selulosa merupakan sebuah permasalahan teknis yang sulit untuk dipecahkan. Berbagai hewan ternak pemamah biak (seperti sapi) memakan rumput lalu menggunakan proses pencernaan yang berkaitan dengan enzim yang lamban untuk menguraikannya menjadi glukosa (gula). Di dalam labolatorium cellulosic ethanol, berbagai proses eksperimen sedang dikembangkan untuk melakukan hal yang sama, lalu gula yang dihasilkan bisa difermentasi untuk menjadi bahan bakar etanol. Para ilmuwan juga sedang bereksperimen dengan sejumlah organisme hasil rekayasa genetik penyatuan kembali DNA yang mampu meningkatkan potensi biofuel.

3.1       Biomassa

Apa yang sebenarnya dimaksud dengan biomassa? Dalam sektor energi, biomassa merujuk pada bahan biologis yang hidup atau baru mati yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar.

Biomassa dapat digunakan secara langsung maupun tidak langsung. Dalam penggunaan tidak langsung, biomassa diolah menjadi bahan bakar. Contohnya, kelapa sawit yang diolah terlebih dahulu menjadi biodiesel untuk kemudian digunakan sebagai bahan bakar.

Sebelum mengenal bahan bakar fossil, manusia sudah menggunakan biomassa sebagai sumber energi. Misalnya dengan memakai kayu atau kotoran hewan untuk menyalakan api unggun. Sejak manusia beralih pada  minyak, gas bumi atau batu bara untuk menghasilkan tenaga, penggunaan biomassa tergeser dari kehidupan manusia.  Namun, persediaan bahan bakar fossil sangat terbatas. Para ilmuwan memperkirakan dalam hitungan tahun persediaan minyak dunia akan terkuras habis. Karena itu penggunaan sumber energi alternatif kini digiatkan, termasuk di antaranya penggunaan biomassa.

3.2       Buangan

Berdasarkan karakteristik fisik dan kimianya, tanaman jagung (Zea mays) memiliki banyak kegunaan, berpotensi sebagai sumber bio energi dan produk samping yang bernilai ekonomis tinggi. Pemanfaatan jagung dan limbahnya sebagai sumber bio energi dengan teknologi konversi energi yang ada saat ini, di antaranya adalah :

(1) sebagai bahan bakar tungku untuk proses pengeringan atau pemanasan

(2) sebagai bahan bakar padat untuk proses pirolisis dan gasifikasi

(3) sebagai bahan baku pembuatan ethanol dan

(4) sebagai bahan baku potential pembuatan biodiesel.

Meskipun pemanfaatan limbah jagung dan turunan produk berbahan baku jagung sebagai sumber energi terbarukan cukup potensial untuk dikembangkan di Indonesia, namun penggunaan secara optimal perlu dikaji agar diperoleh keuntungan yang maksimal. Pemanfaatan limbah jagung masih menghadapi banyak kendala seperti lokasi produksi jagung yang tersebar dan densitas kamba yang kecil sehingga biaya transportasi untuk mengumpulkan bahan baku cukup tinggi. Dengan sistem kawasan terintegrasi diharapkan dapat mengatasi kendala tersebut. Keberhasilan dalam meningkatkan produktivitas tanaman jagung, diperlukan pula diversifikasi pemanfaatan produknya agar nilai ekonomisnya meningkat. Oleh karena itu, tulisan ini diharapkan dapat memberikan wacana untuk keperluan tersebut.

3.3       Fermentasi

Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal.

Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi. Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi seperti asam butirat dan aseton. Ragi dikenal sebagai bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan etanol dalam bir, anggur dan minuman beralkohol lainnya. Respirasi anaerobik dalam ototmamalia selama kerja yang keras (yang tidak memiliki akseptor elektron eksternal), dapat dikategorikan sebagai bentuk fermentasi yang mengasilkan asam laktat sebagai produk sampingannya. Akumulasi asam laktat inilah yang berperan dalam menyebabkan rasa kelelahan pada otot.

3.4       Konversi

Masalah lingkungan sebenarnya memiliki solusi yang berasal dari lingkungan juga. Problem gas rumah kaca dan krisis energi misalnya, bisa dijawab dengan biomassa yang asalmulanya dari alam. Bagaimana bisa?

Gas rumah kaca yang disebabkan oleh bahan bakar fosil, seperti karbon dioksida ketika dilepaskan di atmosfir, keberadaannya akan menghalangi panas yang akan meninggalkan bumi sehingga akan meningkatkan temperature bumi. Bila hal ini terjadi maka maka akan terjadi perubahan iklim yang akan mempengaruhi kualitas kehidupan di lingkungan kita. Selain disebabkan oleh CO2, gas berikut juga memiliki kontribusi dalam pemanasan global, methane (CH4) dan nitrous oksida (N2O). Pembakaran biomassa sebenarnya menghasilkan CO2 tetapi karbon dioksida yang di hasilkan akan distabilisasi dengan serap kembali oleh tumbuhan, sehingga tidak ada penimbuan karbon dioksida dalam atmosfer dan keberadaannya terus seimbang.

Pengingkatan Temperatur

Tahun 1998 merupakan tahun dimana terjadi peningkatan terbesar temperatur. Peningkatan temperatur ini menyebabkan pencairan es di kutub sehingga volume lautan meningkat dan ketingian permukaan laut meningkat 10 sampai 25 cm. Bahkan di prediksi kan tahun 2100 temperatur akan meningkat secara tajam hingga mencapai 6 derajat celcius. Dampak itulah yangmemicu terjadinya bencana alam yang akan menurunkan kualitas hidup manusia.

Untuk mencegah berbagai macam dampak dari pemanasan global, dapat dilakukan dengan mengurangi atau menghentikan proses yang paling besar dalam memicu gas rumah kaca tersebut yaitu pembakaran bahan baker fosil. Pembakaran bahan baker berkaitan erat dengan pemenuhan sector energi bagi peningkatan perekonomian suatu negara.

Pengembangan biomasa sebagai sumber energi untuk substitusi bahan bakar

bisa menjadi solusi untuk mengurangi beredarnya gas rumah kaca di atmosfer. Dengan penggunaan biomassa sebagai sumber energi maka konsentrasi CO2 dalam atmosfer akan seimbang. Pada waktu yang sama manusia makin menyebabkan peningkatan rumah kaca dengan penebangan hutan secara luas (deforestrisasi) sehingga mengurangi kemampuannya untuk menyerap gas CO2. disamping itu hasil hutan yang diperoleh dibakar dan menghasilkan CO2 dan beberapa partikulat matter. Konferensi tentang perubahan iklim telah dilakukan di Kyoto, Jepang pada tahun 1997

Penggunaan biomassa untuk menghasilkan panas secara sederhana sebenarnya telah dilakukan oleh nenek moyang kita beberapa abad yang lalu. Penerapannya masih sangat sederhana, biomassa langsung dibakar dan menghasilkan panas. Di zaman modern sekarang ini panas hasil pembakaran akan dikonversi menjadi energi listrik melali turbin dan generator. Panas hasil pembakaran biomassa akan menghasilkan uap dalam boiler. Uap akan ditransfer kedalam turbin sehingga akan menghasilkan putaran dan menggerakan generator. Putaran dari turbin dikonversi menjadi energi listrik melalui magnet magnet dalam generator. Pembakaran langsung terhadap biomassa memiliki kelemahan, sehingga pada penerapan saat ini mulai menerapkan beberapa teknologi untuk meningkatkanmanfaat biomassa sebagai bahan bakar. Beberapa penerapan teknologi konversi yaitu :

·         Densifikasi

Praktek yang mudah untuk meningkatkan manfaat biomassa adalah membentuk menjadi briket atau pellet. Briket atau pellet akan memudahkan dalam penanganan biomassa. Tujuannya adalah untuk meningkatkan densitas dan memudahkan penyimpanan dan pengangkutan. Secara umum densifikasi (pembentukan briket atau pellet) mempunyai beberapa keuntungan (bhattacharya dkk, 1996) yaitu : menaikan nilai kalor per unit volume, mudah disimpan dan diangkut, mempunyai ukuran dan kualitas yang seragam.

·         Karbonisasi

Karbonisasi merupakan suatu proses untuk mengkonversi bahan orgranik menjadi arang . pada proses karbonisasi akan melepaskan zat yang mudah terbakar seperti CO, CH4, H2, formaldehid, methana, formik dan acetil acid serta zat yang tidak terbakar seperti seperti CO2, H2O dan tar cair. Gas-gas yang dilepaskan pada proses ini mempunyai nilai kalor yang tinggi dan dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan kalor pada proses karbonisasi.

·         Pirolisis

Pirolisis atau bisa di sebut thermolisis adalah proses dekomposisi kimia dengan menggunakan pemanasan tanpa kehadiran oksigen. Proses ini sebenarnya bagian dari proses karbonisasi yaitu roses untukmemperoleh karbon atau aran, tetapi sebagian menyebut pada proses pirolisis merupakan high temperature carbonization (HTC), lebih dari 500 oC. Proses pirolisis menghasilkan produk berupa bahan bakar padat yaitu karbon, cairan berupa campuran tar dan beberapa zat lainnya. Produk lainn adalah gas berupa karbon dioksida (CO2), metana (CH4) dan beberapa gas yang memiliki kandungan kecil.

·         Anaerobic digestion

Proses anaerobic igestion yaitu proses dengan melibatkan mikroorganisme tanpa kehadiran oksigen dalam suatu digester. Proses ini menghasilkan gas produk berupa metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2) serta beberapa gas yang jumlahnya kecil, seperti H2, N2, dan H2S. Proses ini bisa diklasifikasikan menjadi dua macam yaitu anaerobic digestion kering dan basah. Perbedaan dari kedua proses anaerobik ini adalah kandungan biomassa dalam campuran air. pada anaerobik kering memiliki kandungan biomassa 25 – 30 % sedangkan untuk jenis basah memiliki kandungan biomassa kurang dari 15 % .

·         Gasifikasi

Gasifikasi adalah suatu proses konversi untuk merubah material baik cair maupun pada menjadi bahan bakar cair dengan menggunakan temperatur tinggi. Proses gasifikasi menghasilkan produk bahan bakar cair yang bersih dan efisien daripada pembkaran secara langsung, yaitu hidrogen dan karbon monoksida. Gas hasil dapat di bakar secara langsung pada internal combustion engine atau eaktor pembakaran. Melalui proses Fische-Tropsch gas hasil gasifikasi dapat di ekstak menjadi metanol.

3.5       Instalasi

Mengatasi ketergantungan pada bahan bakar minyak (BBM) dan gas bumi, perlu dikembangkan bahan bakar alternatif yang mampu mengantikannya. Salah satu di antara alternatif itu biogas.
------------- Indonesia memiliki potensi sumber daya peternakan yang sangat besar. Sumber daya tersebut, selain untuk kebutuhan pangan, berpotensi sebagai sumber energi dengan cara pemanfaatan kotoran ternak menjadi biogas. Adanya isu global tentang keterbatasan dan mahalnya energi menjadikan keberadaan biogas sebagai salah satu alternatif penyelesaian masalah tersebut.

Biogas sebenarnya adalah teknologi yang sudah lama dikenal. Namun, upaya untuk memberdayakan semua jenis energi yang ada dan perancangan teknologi penyimpanan energi yang dihasilkan belum optimal.

Selain itu, biogas termasuk teknologi yang memiliki efisiensi tinggi. Sebab, residu proses biogas juga dapat dimanfaatkan sebagai pupuk berkualitas tinggi. Tanpa keterlibatan teknologi pengolahan sampah, metana hasil penguraian secara natural akan terlepas dan mencemari atmosfer karena metana termasuk ke dalam gas rumah kaca. Dari sudut pandang itulah, biogas disimpulkan masuk ke teknologi ramah lingkungan.
Pemanfaatan energi dari instalasi tersebut selama ini hanya melalui energi panas dari pembakaran gas metana. Karena itu, perlu dioptimalkan juga energi lain yang dihasilkan instalasi biogas berupa energi gerak yang disebabkan tekanan gas dari tangki.
            Untuk keamanan dan kemudahan penyimpanan, biogas disimpan sebagai energi listrik melalui penggunaan generator atau fuel cell sebagai peralatan konversi energi. Keuntungan sistem tersebut adalah diperoleh energi relatif lebih besar dan dapat dipergunakan di lokasi serta waktu yang berbeda.

3.6       Operasi

3.7              Keamanan

Bahan bakar hayati atau biofuel adalah setiap bahan bakar baik padatan, cairan ataupun gas yang dihasilkan dari bahan-bahan organik. Biofuel dapat dihasilkan secara langsung daritanaman atau secara tidak langsung dari limbah industri, komersial, domestik atau pertanian. Ada tiga cara untuk pembuatan biofuel: pembakaran limbah organik kering (seperti buangan rumah tangga, limbah industri dan pertanian); fermentasi limbah basah (seperti kotoran hewan) tanpa oksigen untuk menghasilkan biogas (mengandung hingga 60 persen metana), atau fermentasi tebu atau jagung untuk menghasilkan alkohol dan ester; dan energi dari hutan (menghasilkan kayu dari tanaman yang cepat tumbuh sebagai bahan bakar).

Proses fermentasi menghasilkan dua tipe biofuel: alkohol dan ester. Bahan-bahan ini secara teori dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar fosil tetapi karena terkadang diperlukan perubahan besar pada mesin, biofuel biasanya dicampur dengan bahan bakar fosil. Uni Eropa merencanakan 5,75 persen etanol yang dihasilkan dari gandum, bit, kentangatau jagung ditambahkan pada bahan bakar fosil pada tahun 2010 dan 20 persen pada 2020. Sekitar seperempat bahan bakar transportasi di Brazil tahun 2002 adalah etanol.

Biofuel menawarkan kemungkinan memproduksi energi tanpa meningkatkan kadar karbon di atmosfir karena berbagai tanaman yang digunakan untuk memproduksi biofuel mengurangi kadar karbondioksida di atmosfir, tidak seperti bahan bakar fosil yang mengembalikan karbon yang tersimpan di bawah permukaan tanah selama jutaan tahun ke udara. Dengan begitu biofuel lebih bersifat carbon neutral dan sedikit meningkatkan konsentrasi gas-gas rumah kaca di atmosfir (meski timbul keraguan apakah keuntungan ini bisa dicapai di dalam prakteknya).

Penggunaan biofuel mengurangi pula ketergantungan pada minyak bumi serta meningkatkan keamanan energi. 

Ada dua strategi umum untuk memproduksi biofuel. Strategi pertama adalah menanam tanaman yang mengandung gula (tebu, bit gula, dan sorgum manis ^[2]) atau tanaman yang mengandung pati/polisakarida (jagung), lalu menggunakan fermentasi ragi untuk memproduksi etil alkohol. Strategi kedua adalah menanam berbagai tanaman yang kadar minyak sayur/nabatinya tinggi seperti kelapa sawit, kedelai, alga, atau jathropa. Saat dipanaskan, maka keviskositasan minyak nabati akan berkurang dan bisa langsung dibakar di dalam mesin diesel, atau minyak nabati bisa diproses secara kimia untuk menghasilkan bahan bakar seperti biodiesel. Kayu dan produk-produk sampingannya bisa dikonversi menjadi biofuel sepertigas kayu, metanol atau bahan bakar etanol.

IV.       Energi Angin

4.1       Pengertian

Energi angin telah lama di kenal dan di manfaatkan manusia. Pasukan Viking dikenal sebagai bangsa penakluk dengan mempergunakan perahu layar kecil. Christoper Colombus menggunakan kapal layar besar untuk menemukan Benua Amerika.

Energi angin merupakan energi alternatif  yang mempunyai prospek bagus, karena merupakan sumber energi yang bersih dan terbarukan kembali.

Pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di daerah katulistiwa, udaranya menjadi panas mengembang dan menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin. Sebaliknya daerah kutub yang dingin, udaranya menjadi dingin dan turun ke bawah. Dengan demikian terjadi suatu perputaran udara, berupa perpindahan udara dari kutub utara ke garis katulistiwa menyusuri permukaan bumi, dan sebaliknya suatu perpinadahan udara dari garis katulistiwa kembali ke kutub utara, melalui lapisan udara yang lebih tinggi.

Energi angin merupakan salah satu sumber energi alternatif untuk pembangkitan untuk pembangkitan listrik dan sedang mendapatkan perhatian besar dari dunia dikarenakan sifatnya yang terbarukan dan ramah lingkungan. Untuk dapat mengetahui potensi energi angin, perlu adanya suatu studi untuk mengetahui potensi energi angin yang ada di lokasi. 

Penelitian Survey Pengkajian dan Pelaksanaan Energi Angin ini bertujuan untuk memperoleh gambaran tentang potensi angin dan feasibility pemanfaatan energi angin di kedua lokasi penelitian yaitu Desa Kertojayan dan Desa Harjobinangun Kecamatan Grabag Kabupaten Purworejo Provinsi Jawa Tengah untuk pembangkit energi listrik yang terbarukan dan memberikan estimasi tentang produksi energi angin yang sesuai untuk kedua lokasi tersebut. Identifikasi angin berupa pengukur kecepatan angin (anemometer), arah angin, (wind direction vane), suhu udara (termometer), tekanan udara (barometer), dan kelembaban udara (humidity sensor) untuk periode waktu 2 bulan pengamatan. 

Dari hasil penelitian untuk periode 2 September – 12 November 2004 dapat diseimpulkan bahwa potensi angin di kedua lokasi penelitian layak untuk dimanfaatkan dalam pembangkitan energi listrik. Secara keekonomian, energi angin dapat memberikan harga produksi yang bersaing jika dibandingkan dengan harga produksi listrik dari PLN. 

4.2       Pengukuran

Energi angin merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang ada dan masih sedikit pemanfaatannya. Pemanfaatan energi angin sebagai sumber energi terbarukan adalah suatu usaha menjawab masalah atas terjadinya perubahan lingkungan dan alam juga salah satu usaha konservasi dari sumber energi konvensional.

Pengukuran angin selalu melibatkan (menggunakan) suatu metode-metode pendekatan, salah satunya dengan menggunakan distribusi Weibull dan Rayleigh. Melalui metode ini dapat diketahui karakteristik angin suatu wilayah serta perancangan turbin angin yang sesuai dengan kondisi tersebut. Hasil review menyebutkan bahwa di beberapa negara dengan wilayah pesisir yang cukup luas (Yunani, Kerajaan Saudi Arabia, Turki, Taiwan dan Afrika Selatan) mampu dikembangkannya suatu pemanfaatan energi angin. Pemanfaatan angin yang sudah ada adalah sebagai sumber energi listrik (grid connection dan grid non-connection) serta energi mekanik.

Ada beberapa cara (metode) yang digunakan dalam pendekatan perhitungan energi angin di suatu wilayah. Akan tetapi, metode sebaran Weibull dan Rayleigh yang paling familiar dan mudah untuk memprediksikan kondisi angin di suatu wilayah. Bahkan beberapa peneliti lebih menganjurkan untuk menggunakan metode Weibull. Dengan dua metode tersebut dapat diketahui/diprediksikan pola dan probabilitas daya angin untuk diaplikasikan sebagai pembangkit daya (windpower, windmill, dan windpump).

Pengukuran angin harus mempertimbangkan banyak aspek penting, antara lain kondisi landscape, waktu, durasi, nilai kembar selama waktu tertentu dan berturut-turut dsb. Hal ini perlu diperhatinkan karena pada kondisi areal tertentu (berbukit) menyebabkan angin bergolak (turbulensi) sehingga untuk menghindari pergolakan angin yang terjadi pengukuran harus dalam kondisi bebas dan tanpa gangguan, yaitu dengan menambah ketinggian pengujian (misal, 4 m dari titik ketinggian acuan). Pada daerah pesisir, pengukuran angin dilakukan di siang hari, karena pada kondisi ini angin bertiup kencang ke arah darat (angin darat). Durasi pengujian yang lama dapat meminimalisir penyimpangan (eror) yang terjadi. Nilai kembar yang terjadi selama beberapa waktu tertentu (misal 3 jam) ditiadakan karena penelitian dilakukan untuk mengetahui fluktuasi (beban) angin yang terjadi, yang memungkinkan terjadinya kegagalan instalasi windturbin. Arah angin juga perlu diperhitungkan. Hal ini untuk melihat perilaku angin dari waktu ke waktu sehingga tentu akan sangat berguna jika menggunakan / memanfaatkan windturbin dengan arah tetap (without tail).

Hasil review diatas memperlihatkan bahwa kondisi angin aplikasi tidaklah terlalu besar, bahkan di beberapa tempat memperlihatkan kisaran nilai sekitar 1,6 m/s. Meskipun demikian, pemanfaatan energi angin sebagai sumber energi tidaklah terganggu. Di Yunani dan Afrika Selatan, pemanfaatan energi angin baru sebatas electrocharging (windpower with batteray charging) dan mekanik (windpump dan windmill).

4.3       Konversi

Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.

Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensonal(Co: PLTD,PLTU,dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui(Co : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.

Perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin dengan diameter kipas r adalah :

 dimana ρ adalah kerapatan angin pada waktu tertentu dan v adalah kecepatan angin pada waktu tertentu.

4.4       Faktor Daya

Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Energi memiliki satuan Joule atau Btu. Sedangkan daya didefinisikan sebagai laju energi yang dibangkitkan atau dikonsumsi. Satuan dari daya adalah Joule/detik atau watt. Maka satuan energi listrik adalah watt-detik atau lebih populer dengan watt-hour.
Daya dengan satuan watt disebut sebagai daya aktif (P). Daya inilah yang dikonsumsi oleh berbagai macam peralatan listrik. Selain daya aktif, kita kenal daya reaktif. daya reaktif ini memiliki satuan VAR atau volt ampere reaktif. Daya reaktif (Q) ini tidak memiliki dampak apapun dalam kerja suatu beban listrik, dengan kata lain daya reaktif ini tidak berguna bagi konsumen listrik. Gabungan antara daya aktif dan reaktif adalah apparent power atau daya nyata (S). Jika digambarkan dalam bentuk segitiga daya, maka daya nyata direpresentasikan oleh sisi miring dan daya aktif maupun reaktid direpresentasikan oleh sisi-sisi segitiga yang saling tegak lurus.

Lalu, apa hubungannya dengan faktor daya? Faktor daya sering disebut sebagai cos phi (cosine phi) dimana phi adalah sudut antara daya nyata (S) dengan daya aktif (P). P sendiri sama dengan (S * cos phi). Sedangkan Q (daya reaktif) sama dengan (S*sin phi) . Ingat, cos phi tidak sama dengan efisiensi. Analogi sederhananya adalah, ada suatu jalan dengan lebar tertentu . Kemudian kita bariskan 10 orang pada jalan tersebut, ternyata baru memakai 10% dari lebar jalan. Kemudian, kita tambahkan menjadi 80 orang ternyata 80% lebar jalan dapat kita pergunakan. Terlihat, dengan semakin banyak orang yang bisa kita masukkan ke jalan tersebut, maka faktor pemanfaatan jalan juga semakin tinggi. Tentu berbeda jika dari 1000 orang , kita suruh berjalan dalam bentuk 10 baris jika dibandingkan dengan bentuk barisan berupa 80 baris.

4.5              Jenis Turbin

Turbin di bagi atas  beberapa jenis di antaranya :

·         Turbin Air

 

Turbin air adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi kinetik dari arus air.

Turbin air dikembangkan pada awal abad ke-19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri sebelum adanya jaringan listrik. Sekarang mereka digunakan untuk pembangkit tenaga listrik. Mereka mengambil sumber energi yang bersih dan terbaharui.

            Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerjanya , turbin air dibagi menjadi dua kelompok:

-  Turbin impuls (cross-flow, pelton & turgo)

untuk jenis ini, tekanan pada setiap sisi sudu geraknya lrunnernya - bagian turbin yang berputar - sama.

-          Turbin reaksi ( francis, kaplanlpropeller)

·         Turbin uap

 

Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin langsung atau dengan bantuan elemen lain, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung dari jenis mekanisme yang digerakkan turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang industri, seperti untuk pembangkit listrik.

Turbin uap merupakan salah satu jenis mesin yang menggunakan metode external combustion engine (mesin pembakaran luar). Pemanasan fluida kerja (uap) dilakukan di luar sistem. Prinsip kerja dari suatu instalasi turbin uap secara umum adalah dimulai dari pemanasan air pada ketel uap. Uap air hasil pemanasan yang bertemperatur dan bertekanan tinggi selanjutnya digunakan untuk menggerakkan poros turbin. Uap yang keluar dari turbin selanjutnya dapat dipanaskan kembali atau langsung disalurkan ke kondensor untuk didinginkan. Pada kondensor uap berubah kembali menjadi air dengan tekanan dan temperatur yang telah menurun. Selanjutnya air tersebut dialirkan kembali ke ketal uap dengan bantuan pompa. Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa turbin uap adalah mesin pembangkit yang bekerja dengan sistem siklus tertutup.

·         Turbin Gas

 

Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Dia memiliki kompresor naik ke-atas dipasangkan dengan turbinturun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya.

 ditambahkan di arus gas di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor.

Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan, dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk mentenagai pesawat terbang, kereta, kapal, generator, dan bahkan tank.

4.6              Generator

 

Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanikal, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melakui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apapun sumber energi mekanik yang lain.

4.7       Operasi

Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.

Sebenarnya prosesnya tidak semudah itu, karena terdapat berbagai macam sub-sistem yang dapat meningkatkan safety dan efisiensi dari turbin angin, yaitu :

1. Gearbox.

Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60.

2. Brake System.

Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar. Alat ini perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja aman dalam pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrik maksimal pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan. Kehadiran angin diluar diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih diantaranya : overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus, karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.

3. Generator.

Ini adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC(alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal.

4. Penyimpan energi.

Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi sebagai back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya listrik masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah sedang menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi. Oleh karena itu kita perlu menyimpan sebagian energi yang dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada saat turbin angin berputar kencang atau saat penggunaan daya pada masyarakat menurun. Penyimpanan energi ini diakomodasi dengan menggunakan alat penyimpan energi. Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki mobil. Aki mobil memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar. Aki 12 volt, 65 Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga (kurang lebih) selama 0.5 jam pada daya 780 watt.

Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini memerlukan catu daya DC(Direct Current) untuk meng-charge/mengisi energi, sedangkan dari generator dihasilkan catu daya AC(Alternating Current). Oleh karena itu diperlukan rectifier-inverter untuk mengakomodasi keperluan ini. Rectifier-inverter akan dijelaskan berikut.

5. Rectifier-inverter

Rectifier berarti penyearah. Rectifier dapat menyearahkan gelombang sinusodal(AC) yang dihasilkan oleh generator menjadi gelombang DC. Inverter berarti pembalik. Ketika dibutuhkan daya dari penyimpan energi(aki/lainnya) maka catu yang dihasilkan oleh aki akan berbentuk gelombang DC. Karena kebanyakan kebutuhan rumah tangga menggunakan catu daya AC , maka diperlukan inverter untuk mengubah gelombang DC yang dikeluarkan oleh aki menjadi gelombang AC, agar dapat digunakan oleh rumah tangga.

V.        Energi Air dan Pembangkit Listrik Air Skala Kecil

5.1       Pengertian

Tenaga air Inggris: 'hydropower' adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Pada dasarnya, air di seluruh permukaan Bumi ini bergerak (mengalir). Di alam sekitar kita, kita mengetahui bahwa air memiliki siklus. Dimana air menguap, kemudian terkondensasi menjadi awan. Air akan jatuh sebagai hujan setelah ia memiliki massa yang cukup. Air yang jatuh di dataran tinggi akan terakumulasi menjadi aliran sungai. Aliran sungai ini menuju ke laut.

Di laut juga terdapat gerakan air, yaitu gelombang pasang,ombak, dan arus laut. gelombang pasang dipengaruhi oleh gravitasi bulan, sedangkan ombak disebabkan oleh angin yang berhembus di permukaan laut dan arus laut di sebabkan oleh perbedan kerapatan (massa jenis air), suhu dan tekanan, serta rotasi bumi.

Tenaga air yang memanfaatkan gerakan air biasanya didapat dari sungai yang dibendung. Pada bagian bawah dam tersebut terdapat lubang-lubang saluran air. Pada lubang-lubang tersebut terdapat turbin yang berfungsi mengubah energi kinetik dari gerakan air menjadi energi mekanik yang dapat menggerakan generator listrik. Energi listrik yang berasal dari energi kinetik air disebut "hydroelectric". Hydroelectric ini menyumbang sekitar 715.000 MW atau sekitar 19% kebutuhan listrik dunia. bahkan di Kanada, 61% dari kebutuhan listrik negara berasal dari Hydroelectric.

Saat ini para peneliti juga mencari kemungkinan hydroelectric yang berasal dari arus laut dan gelombang pasang. Semoga hal tersebut berhasil dan kita dapat memelihara Bumi yang kita cintai ini.

- Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

 

Pembangkit energi air skala mikro atau pembangkit tenaga mikrohidro semakin populer sebagai alternatif sumber energi, terutama di wilayah yang terpencil. Sistem pembangkit tenaga mikrohidro dapat dipasang di sungai kecil dan tidak memerlukan dam yang besar sehingga dampaknya terhadap lingkungan sangat kecil.

Pembangkit tenaga mikrohidro dapat digunakan langsung sebagai penggerak mesin atau digunakan untuk menggerakan generator listrik. Instalasi pembangkit listrik dengan tenaga mikrohidro biasa disebut sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro, disingkat PLTMH. Daya yang dibangkitkan anatara 5 kW sampai dengan 100 kW

5.2              Pengukuran

Energi listrik didefinisikan dan diukur sebagai daya dikalikan waktu. Besarnya daya sendiri didapatkan sebagai tegangan dikalikan arus. Hubungan ini secara matematis dituliskan sebagai berikut:

E = P x T (1)

yang mana T menyatakan waktu dengan satuan detik atau jam (h) sedangkan Pmenyatakan daya aktif rata-rata dengan satuan watt (W) atau kilowatt (kW). Daya aktif rata-rata didapatkan sebagai nilai rata-rata perkalian antara tegangan dan arus yang bisa dituliskan sebagai berikut:

P = rata-rata{v x i} (2)

yang mana v dan i masing-masing menyatakan nilai sesaat tegangan dan arus dengan satuan volt (V) dan ampere (A). Hubungan atau persamaan (1) dan (2) inilah yang selama lebih dari satu abad digunakan untuk mengukur energi dan digunakan sebagai dasar jual beli energi listrik. Alat ukur energi listrik, kWh meter mengukur energi listrik berdasarkan persamaan (1) dan (2). Secara teoritis persamaan (1) dan (2) tidak salah tetapi bisa dibuktikan bahwa pengukuran yang dihasilkan bisa menjadi tidak adil.

Energi listrik dibangkitkan, ditransmisikan, dan didistribusikan dalam bentuk tegangan listrik bolak-balik tiga-fasa. Dalam sistim ini, idealnya tegangan dan arus yang mengalir di sistem tenaga listrik mempunyai bentuk sinusoidal dengan besar dan frekuensi yang tetap. Di Indonesia, frekuensi yang digunakan adalah 50 Hz dan tegangan rendahnya adalah 220 V. Selain harus sinusoidal, idealnya tegangan dan arus di setiap fasa setimbang. Dalam dua puluh tahun terakhir ini, penggunaan peralatan elektronika dan komputer meningkat dengan pesat dan meluas. Berbeda dengan peralatan listrik konvensional (contoh : lampu pijar, pemanas, dan motor listrik), peralatan elektronika biasanya bersifat nonlinier (hubungan antara tegangan dan arus tidak linier) . Inilah alasan mengapa dalam teknik energi listrik, peralatan elektronika dikategorikan sebagai beban nonlinier. Pada beban yang linier, bentuk gelombang arus akan mengikuti bentuk gelombang tegangannya. Kalau bentuk gelombang tegangan sumbernya sinusoidal maka gelombang arus yang mengalir juga akan sinusoidal. Pada beban yang nonlinier, arus listrik yang mengalir mempunyai bentuk nonsinusoidal walaupun tegangannya sinusoidal. Gelombang arus yang nonsinusoidal semacam ini disebut mengandung harmonisa. Pengukuran energi listrik pada kondisi nonsinusoidal ini terbukti banyak menimbulkan banyak masalah.

5.3       Koversi

Dalam pembangkitan listrik tenaga air energi yang banyak digunakan adalah energi potansial

Ep = m . g . H

Dengan

E = Energi Potensial

m = Massa

g= Percapatan Grapitasi

h= Tinggi relatif terhadap

permukaan bumi

Atau bisa ditulis dengan

dE = dm . g . H

Dimana dE merupakan energi yang dibangkitkan oleh elemen masa dm yang melalui jarak h.

Jika Q didefinisikan sebagai debit air menurut rumus maka:

Q = dm/dt,

dengan

dm : elemen masa air

dt : elemen waktu

Dari turunan rumus diatas, daya yang dibangkitkan olehh suatu pembangkit adalah :

P = g . Q . H

Jika dihubungkan dengan efisiensi, maka

P = η . g . Q . H

Dimana :

P= daya

η = efisiensi

g= Percapatan Grapitasi

Q= Debit air

h= Tinggi relatif terhadap permukaan bumi

Untuk keperluan estimasi pertama secara kasar, dipergunakan rumus sederhana barikut:

P = f . Q . h

Dengan

P= Daya

f = Faktor efisiensi (antara 0,7 dan 0,8)

Q= Debit air

h= Tinggi relatif terhadap permukaan bumi

5.4              Pemanfaatan

Manfaat dari pembangkit energi air skala mikro atau pembangkit tenaga mikrohidro semakin populer sebagai alternatif sumber energi, terutama di wilayah yang terpencil. Sistem pembangkit tenaga mikrohidro dapat dipasang di sungai kecil dan tidak memerlukan dam yang besar sehingga dampaknya terhadap lingkungan sangat kecil.

Pembangkit tenaga mikrohidro dapat digunakan langsung sebagai penggerak mesin atau digunakan untuk menggerakan generator listrik. Instalasi pembangkit listrik dengan tenaga mikrohidro biasa disebut sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro, disingkat PLTMH. Daya yang dibangkitkan anatara 5 kW sampai dengan 100 kW.

VI.       Energi Panas Bumi

6.1       Pengertian

Energi panas bumi adalah energi yang diekstraksi dari panas yang tersimpan di dalam bumi. Energi panas bumi ini berasal dari aktivitas tektonik di dalam bumiyang terjadi sejak planet ini diciptakan. Panas ini juga berasal dari panas matahari yang diserap oleh permukaan bumi. Energi ini telah dipergunakan untuk memanaskan (ruangan ketika musim dingin atau air) sejak peradaban Romawi, namun sekarang lebih populer untuk menghasilkan energi listrik. Sekitar 10 Giga Watt pembangkit listrik tenaga panas bumi telah dipasang di seluruh dunia pada tahun 2007, dan menyumbang sekitar 0.3% total energi listrik dunia.

Energi panas bumi cukup ekonomis dan ramah lingkungan, namun terbatas hanya pada dekat area perbatasan lapisan tektonik.

Pangeran Piero Ginori Conti mencoba generator panas bumi pertama pada 4 July 1904 di area panas bumi Larderello di Italia. Grup areasumber panas bumi terbesar di dunia, disebut The Geyser, berada di California, Amerika Serikat. Pada tahun 2004, lima negara (El Salvador, Kenya, Filipina, Islandia, dan Kostarika) telah menggunakan panas bumi untuk menghasilkan lebih dari 15% kebutuhan listriknya.

6.2       Pengukuran

Panas Bumi adalah sumber energi panas yang terkandung di dalam air panas, uap air, dan batuan bersama mineral ikutan dan gas lainnya yang secara genetik semuanya tidak dapat dipisahkan dalam suatu sistem Panas Bumi. Panas bumi adalah sumber daya alam yang dapat diperbarui, berpotensi besar serta sebagai salah satu sumber energi pilihan dalam keanekaragaman energi.

Panas Bumi merupakan sumber energi panas yang terbentuk secara alami di bawah permukaan bumi. Sumber energi tersebut berasal dari pemanasan batuan dan air bersama unsur-unsur lain yang dikandung Panas Bumi yang tersimpan di dalam kerak bumi. Untuk pemanfaatannya, perlu dilakukan kegiatan penambangan berupa eksplorasi dan eksploitasi guna mentransfer energi panas tersebut ke permukaan dalam wujud uap panas, air panas, atau campuran uap dan air serta unsur-unsur lain yang dikandung Panas Bumi. Pada prinsipnya dalam kegiatan Panas Bumi yang ditambang adalah air panas dan uap air.

Pemanfaatan energi panas bumi relative ramah lingkungan karena unsur-unsur yang berasosiasi dengan energi panas tidak membawa dampak lingkungan atau berada dalam batas ketentuan yang berlaku. Panas Bumi merupakan sumber energi panas dengan ciri terbarukan karena proses pembentukannya terus-menerus sepanjang masa selama kondisi lingkungannya dapat terjaga keseimbangannya.

6.3       Konversi

Energi panas bumi adalah energi yang diekstraksi dari panas yang tersimpan di dalam bumi. Energi panas bumi ini berasal dari aktivitas tektonik di dalam bumi yang terjadi sejak planet ini diciptakan. Panas ini juga berasal dari panas matahari yang diserap oleh permukaan bumi. Energi ini telah dipergunakan untuk memanaskan (ruangan ketika musim dingin atau air) sejak peradaban Romawi, namun sekarang lebih populer untuk menghasilkan energi listrik. Sekitar 10 Giga Watt pembangkit listrik tenaga panas bumi telah dipasang di seluruh dunia pada tahun 2007, dan menyumbang sekitar 0.3% total energi listrik dunia.

Energi panas bumi cukup ekonomis dan ramah lingkungan, namun terbatas hanya pada dekat area perbatasan lapisan tektonik.

Pangeran Piero Ginori Conti mencoba generator panas bumi pertama pada 4 July 1904 di area panas bumi Larderello di Italia. Grup area sumber panas bumi terbesar di dunia, disebut The Geyser, berada di California, Amerika Serikat. Pada tahun 2004, lima negara (El Salvador, Kenya, Filipina, Islandia, dan Kostarika) telah menggunakan panas bumi untuk menghasilkan lebih dari 15% kebutuhan listriknya.

Pembangkit listrik tenaga panas bumi hanya dapat dibangun di sekitar lempeng tektonik di mana temperatur tinggi dari sumber panas bumi tersedia di dekat permukaan. Pengembangan dan penyempurnaan dalam teknologi pengeboran dan ekstraksi telah memperluas jangkauan pembangunan pembangkit listrik tenaga panas bumi dari lempeng tektonik terdekat. Efisiensi termal dari pembangkit listrik tenaga panas bumi cenderung rendah karena fluida panas bumi berada pada temperatur yang lebih rendah dibandingkan dengan uap atau air mendidih. Berdasarkan hukum termodinamika, rendahnya temperatur membatasi efisiensi dari mesin kalor dalam mengambil energi selama menghasilkan listrik. Sisa panas terbuang, kecuali jika bisa dimanfaatkan secara lokal dan langsung, misalnya untuk pemanas ruangan. Efisiensi sistem tidak mempengaruhi biaya operasional seperti pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil.

6.4              Pemanfaatan

Pada kenyataannya, pembangkit listrik yang menggunakan energi panasbumi memberikan beberapa keuntungan diantaranya menghasilkan emisi yang lebih rendah dibandingkan dengan pembangkit lain seperti batubara, minyak atau yang menggunakan gas alam. Oleh karena itu, prospek bisnis panasbumi dimasa datang cukup serah seiring kebijakan Clean Development Mechanism (CDM). Manfaat lain terhadap lingkungan adalah tidak terjadinya pembuangan limbah secara terbuka karena air kondensat dan air produksi diinjeksikan kembali ke dalam sumur untuk menjaga kestabilan tekanan reservoir. Hal ini menjadikan panasbumi sebagai energi alternatif yang renewable (terbarukan). Disamping itu luas lahan yang digunakan relatif lebih kecil dibandingkan dengan proyek pembangkitan/ penambangan lain. 
-----------

Sebelum abad keduapuluh, fluida panas bumi (geothermal) hanya digunakan untuk mandi, mencuci dan memasak. Dewasa ini pemanfaatan fluida panas bumi sangat beraneka ragam, baik untuk pembangkit listrik maupun untuk keperluan lainnya di sektor non-listrik, yaitu untuk pemanas ruangan, rumah kaca, tanah pertanian, pengering hasil pertanian dan peternakan, pengering kayu dll.

Pemanfaatan energi panas bumi secara umum dapat dibagi menjadi 2 jenis yaitu pemanfaatan tidak langsung dan pemanfaatan langsung. Pemanfaatan tidak langsung yaitu memanfaatkan energi panas bumi untuk pembangkit listrik. Sedangkan pemanfaatan langsung yaitu memanfaatkan secara langsung panas yang terkandung pada fluida panas bumi untuk berbagai keperluan.

Fluida panas bumi yang telah dikeluarkan ke permukaan bumi mengandung energi panas yang akan dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Hal ini dimungkinkan oleh suatu sistem konversi energi fluida panas bumi (geothermal power cycle) yang mengubah energi panas dari fluida menjadi energi listrik.
Fluida panas bumi bertemperatur tinggi (>225 oC) telah lama digunakan di beberapa negara untuk pembangkit listrik, namun beberapa tahun terakhir ini perkembangan teknologi telah memungkinkan digunakannya fluida panas bumi bertemperatur sedang (150-225 oC) untuk pembangkit listrik. 

Selain temperatur, faktor-faktor lain yang biasanya dipertimbangkan dalam memutuskan apakah suatu sumberdaya panas bumi tepat untuk dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik adalah sebagai berikut:

Sumberdaya mempunyai kandungan panas atau cadangan yang besar sehingga mampu memproduksi uap untuk jangka waktu yang cukup lama, yaitu sekitar 25-30 tahun. 

Sumberdaya panas bumi menghasilkan fluida yang mempunyai pH hampir netral agar laju korosinya relatif rendah, sehingga fasilitas produksi tidak cepat terkorosi. Selain itu hendaknya kecenderungan fluida membentuk skala yang relatif rendah. 

Reservoirnya tidak terlalu dalam, biasanya tidak lebih dari 3 km. 
Sumberdaya panas bumi terdapat di daerah yang relatif tidak sulit dicapai. 
Sumberdaya panas bumi terletak di daerah dengan kemungkinan terjadinya erupsi hidrotermal yang relatif rendah. Proses produksi fluida panas bumi dapat meningkatkan kemungkinan terjadinya erupsi hidrotermal. 
Energi panas bumi yang relatif tidak menimbulkan polusi dan terdapat menyebar di seluruh kepulauan Indonesia (kecuali Kalimantan) sesungguhnya merupakan salah satu energi yang tepat untuk dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik di masa yang akan datang untuk memenuhi sebagian dari kebutuhan listrik nasional yang cenderung terus meningkat.

Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi (PLTP) pada prinsipnya sama seperti Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), hanya pada PLTU uap dibuat di permukaan menggunakan boiler, sedangkan pada PLTP uap berasal dari reservoir panas bumi. Apabila fluida di kepala sumur berupa fasa uap, maka uap tersebut dapat dialirkan langsung ke turbin, dan kemudian turbin akan mengubah energi panas bumi menjadi energi gerak yang akan memutar generator sehingga dihasilkan energi listrik. Apabila fluida panas bumi keluar dari kepala sumur sebagai campuran fluida dua fasa (fasa uap dan fasa cair) maka terlebih dahulu dilakukan proses pemisahan pada fluida. Hal ini dimungkinkan dengan melewatkan fluida ke dalam separator, sehingga fasa uap akan terpisahkan dari fasa cairnya. Fraksi uap yang dihasilkan dari separator inilah yang kemudian dialirkan ke turbin.

Untuk kandungan panas atau cadangan yang relatif kecil, namun mempunyai suhu yang cukup tinggi untuk dimanfaatkan menjadi pembangkit listrik, bisa digunakan untuk pembangkit listrik berskala kecil dengan kapasitas terpasang antara 1-5 MW. Di beberapa tempat pembangkit dibangun dengan kapasitas kecil, seperti di Fang Thailand yang berkapasitas 300 kW.

VII.     Energi Nuklir

7.1       Pengertian

 

Masalah energi merupakan salah satu isu penting yang sedang hangat dibicarakan. Semakin berkurangnya sumber energi, penemuan sumber energi baru, pengembangan energi-energi alternatif, dan dampak penggunaan energi minyak bumi terhadap lingkungan hidup menjadi tema-tema yang menarik dan banyak didiskusikan. Pemanasan global yang diyakini sedang terjadi dan akan memasuki tahap yang mengkhawatirkan disebut-sebut juga merupakan dampak penggunaan energi minyak bumi yang merupakan sumber energi utama saat ini.

Dampak lingkungan dan semakin berkurangnya sumber energi minyak bumi memaksa kita untuk mencari dan mengembangkan sumber energi baru. Salah satu alternatif sumber energi baru yang potensial datang dari energi nuklir. Meski dampak dan bahaya yang ditimbulkan amat besar, tidak dapat dipungkiri bahwa energi nuklir adalah salah satu alternatif sumber energi yang layak diperhitungkan.

Isu energi nuklir yang berkembang saat ini memang berkisar tentang penggunaan energi nuklir dalam bentuk bom nuklir dan bayangan buruk tentang musibah hancurnya reaktor nuklir di Chernobyl. Isu-isu ini telah membentuk bayangan buruk dan menakutkan tentang nuklir dan pengembangannya. Padahal, pemanfaatan yang bijaksana, bertanggung jawab, dan terkendali atas energi nuklir dapat meningkatkan taraf hidup sekaligus memberikan solusi atas masalah kelangkaan energi.

7.2       Pengukuran

Radiasi nuklir tidak dapat ”dirasakan” oleh panca indera manusia oleh karena itu alat ukur radiasi mutlak diperlukan untuk mendeteksi dan mengukur radiasi nuklir. Materi ini akan membahas prinsip dasar pengukuran radiasi mulai dari mekanisme deteksi, jenis detektor, dan penggunaannya.

Secara definisi, radiasi merupakan salah satu cara perambatan energi dari suatu sumber energi ke lingkungannya tanpa membutuhkan medium atau bahan penghantar tertentu. Salah satu bentuk energi yang dipancarkan secara radiasi adalah energi nuklir. Radiasi ini memiliki dua sifat yang khas, yaitu tidak dapat dirasakan secara langsung oleh panca indra manusia dan beberapa jenis radiasi dapat menembus berbagai jenis bahan.

Sebagaimana sifatnya yang tidak dapat dirasakan sama sekali oleh panca indera manusia, maka untuk menentukan ada atau tidak adanya radiasi nuklir diperlukan suatu alat, yaitu pengukur radiasi yang merupakan suatu susunan peralatan untuk mendeteksi dan mengukur radiasi baik kuantitas, energi, atau dosisnya.

Kuantitas radiasi adalah jumlah radiasi per satuan waktu per satuan luas, pada suatu titik pengukuran. Kuantitas radiasi ini berbanding lurus dengan aktivitas sumber radiasi dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r) antara sumber dan sistem pengukur.

Energi radiasi merupakan ‘kekuatan’ dari setiap radiasi yang dipancarkan oleh sumber radiasi. Bila sumber radiasinya berupa radionuklida maka tingkat atau nilai energi radiasi yang dipancarkan tergantung pada jenis radionuklidanya. Kalau sumber radiasinya berupa pesawat sinar-X, maka Prinsip Dasar Pengukuran Radiasi energi radiasinya bergantung kepada tegangan anoda (kV).

Dosis radiasi menggambarkan tingkat perubahan atau kerusakan yang dapat ditimbulkan oleh radiasi. Nilai dosis ini sangat ditentukan oleh kuantitas radiasi, jenis radiasi dan jenis bahan penyerap. Dalam proteksi radiasi pengertian dosis adalah jumlah radiasi yang terdapat dalam medan radiasi atau jumlah energi radiasi yang diserap atau diterima oleh materi.

Penggunaan sistem pengukur radiasi dapat dibedakan menjadi dua kelompok yaitu untuk kegiatan proteksi radiasi dan untuk kegiatan aplikasi/penelitian radiasi nuklir. Alat ukur radiasi yang digunakan untuk kegiatan proteksi radiasi harus dapat menunjukkan nilai dosis radiasi yang mengenai alat tersebut. Sedangkan alat ukur yang digunakan di bidang aplikasi radiasi dan penelitian biasanya ditekankan untuk dapat menampilkan nilai kuantitas radiasi atau spektrum energi radiasi yang memasukinya.

Setiap alat ukur radiasi terdiri atas dua bagian utama yaitu detektor dan peralatan penunjang. Detektor merupakan suatu bahan yang peka terhadap radiasi, yang jadi bila dikenai radiasi akan menghasilkan suatu tanggapan (response) tertentu yang lebih mudah diamati sedangkan peralatan penunjang, biasanya merupakan peralatan elektronik, berfungsi untuk mengubah tanggapan detektor tersebut menjadi suatu informasi yang dapat diamati oleh panca indera manusia atau dapat diolah lebih lanjut menjadi informasi yang berarti.

7.3       Konversi

7.4              Pemanfaatan

Energi yang dihasilkan dalam reaksi fisi nuklir dapat dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna. Untuk itu, reaksi fisi harus berlangsung secara terkendali di dalam sebuah reaktor nuklir. Sebuah reaktor nuklir paling tidak memiliki empat komponen dasar, yaitu elemen bahan bakar, moderator neutron, batang kendali, dan perisai beton.

 

skema reaktor nuklir (sumber: http://personales.alc.upv.es)

Elemen bahan bakar menyediakan sumber inti atom yang akan mengalami fusi nuklir. Bahan yang biasa digunakan sebagai bahan bakar adalah uranium U. elemen bahan bakar dapat berbentuk batang yang ditempatkan di dalam teras reaktor.

Neutron-neutron yang dihasilkan dalam fisi uranium berada dalam kelajuan yang cukup tinggi. Adapun, neutron yang memungkinkan terjadinya fisi nuklir adalah neutron lambat sehingga diperlukan material yang dapat memperlambat kelajuan neutron ini. Fungsi ini dijalankan oleh moderator neutron yang umumnya berupa air. Jadi, di dalam teras reaktor terdapat air sebagai moderator yang berfungsi memperlambat kelajuan neutron karena neutron akan kehilangan sebagian energinya saat bertumbukan dengan molekul-molekul air.

Fungsi pengendalian jumlah neutron yang dapat menghasilkan fisi nuklir dalam reaksi berantai dilakukan oleh batang-batang kendali. Agar reaksi berantai yang terjadi terkendali dimana hanya satu neutron saja yang diserap untuk memicu fisi nuklir berikutnya, digunakan bahan yang dapat menyerap neutron-neutron di dalam teras reaktor. Bahan seperti boron atau kadmium sering digunakan sebagai batang kendali karena efektif dalam menyerap neutron.

Batang kendali didesain sedemikian rupa agar secara otomatis dapat keluar-masuk teras reaktor. Jika jumlah neutron di dalam teras reaktor melebihi jumlah yang diizinkan (kondisi kritis), maka batang kendali dimasukkan ke dalam teras reaktor untuk menyerap sebagian neutron agar tercapai kondisi kritis. Batang kendali akan dikeluarkan dari teras reaktor jika jumlah neutron di bawah kondisi kritis (kekurangan neutron), untuk mengembalikan kondisi ke kondisi kritis yang diizinkan.

Radiasi yang dihasilkan dalam proses pembelahan inti atom atau fisi nuklir dapat membahayakan lingkungan di sekitar reaktor. Diperlukan sebuah pelindung di sekeliling reaktor nuklir agar radiasi dari zat radioaktif di dalam reaktor tidak menyebar ke lingkungan di sekitar reaktor. Fungsi ini dilakukan oleh perisai beton yang dibuat mengelilingi teras reaktor. Beton diketahui sangat efektif menyerap sinar hasil radiasi zat radioaktif sehingga digunakan sebagai bahan perisai.

VIII.    Kesimpulan

Energi alternatif adalah istilah yang merujuk kepada semua energi yang dapat digunakan yang bertujuan untuk menggantikan bahan bakar konvensional tanpa akibat yang tidak diharapkan dari hal tersebut. Umumnya, istilah ini digunakan untuk mengurangi penggunaan bahan bakar hidrokarbon yang mengakibatkan kerusakan lingkungan akibat emisi karbon dioksida yang tinggi, yang berkontribusi besar terhadap pemanasan global berdasarkan Intergovernmental Panel on Climate Change. Selama beberapa tahun, apa yang sebenarnya dimaksud sebagai energi alternatif telah berubah akibat banyaknya pilihan energi yang bisa dipilih yang tujuan yang berbeda dalam penggunaannya.

Istilah "alternatif" merujuk kepada suatu teknologi selain teknologi yang digunakan pada bahan bakar fosil untuk menghasilkan energi. Teknologi alternatif yang digunakan untuk menghasilkan energi dengan mengatasi masalah dan tidak menghasilkan masalah seperti penggunaan bahan bakar fosil.

Matahari. Negara kita yang kaya matahari tampaknya sangat cocok menggunakan sumber daya ini. Coba gunakan atap yang terbuat dari sistem tenaga surya yang disebut sel fotovoltaik. Harganya memang tidak murah, untuk atap ukuran standar dapat mencapai 200 juta rupiah. Tapi sistem ini sangat mengurangi tagihan listrik pemilik rumah, apalagi dengan sistem tagihan PLN yang ada sekarang. 
Biodiesel. Bahan dasar bahan bakar ini dibuat dari tumbuhan seperti kedelai, kelapa dan sebangsanya, biodiesel adalah bahan bakar non-toxic yang dapat dicampurkan dengan minyak diesel biasa atau digunakan sebagaimana adanya untuk mengurangi emisi. 

Angin. Tenaga kinetik angin sekarang sudah mulai banyak dipergunakan sebagai pemutar angin dengan menggunakan turbin angin baik untuk rumah maupun untuk keperluan bisnis. Satu turbin angin dapat berharga dua setengah milyar rupiah sampai dengan 10 milyar rupiah, tergantung dari ukurannya. Tapi satu turbin saja dapat menghidupi sampai dengan tiga puluh rumah, tapi karena angin tidak selalu bertiup, tenaga cadangan harus selalu tetap tersedia, misalnya dari PLN. 
Nuklir. Dengan bahan bakar uranium, logam yang ditemukan di bebatuan, dan diproses di reaktor nuklir, energi panas yang ada akan digunakan sebagai bahan untuk memutar turbin yang ada. Sumber energi ini tidak melepaskan emisi gas rumah kaca dan tidak malah. 20% sumber listrik di Amerika sudah berbahan bakar nuklir. 
Hidrogen. Bagaimana caranya anda menciptakan sumber daya yang sama sekali tidak mengeluarkan apapun kecuali air bersih? Jawabannya adalah sel bahan bakar hidrogen. Masalah yang ada sekarang adalah untuk memisahkan hidrogen dari bentuk komposisinya, misalnya rantai karbon atau air, berarti menggunakan sumber daya lainnya. Penyimpanan hidrogen juga tidak mudah, karena kepadatannya sangat rendah, maka sangatlah sulit untuk menempatkan hidrogen dalam jumlah besar dalam ruangan yang sempit. Oleh karena itulah, walaupun banyak kendaraan mulai menggunakan hidrogen sebagai bahan bakarnya, masih sulit didirikan stasiun pengisian hidrogen. 

Referensi

Ahmad Rukaesih, 2004, Kimia Lingkungan, Penerbit Andi, Jogjakarta.

Ariyanto Sudi, 2004, Persediaan Minyak Bumi Indonesia, Indonesian journal for energy, Indonesia.

AusAID, 2004, ASEAN, AAECP Energy Policy and System Analysis Project, Third National Policy Studyfor Indonesia, The Future Technologies for Power Plant in Indonesian Regions with ParticularReference to the Use of Renewable Energy and Small Scale Coal Steam Power Plant. Australia.

Chen, Spliethoff, dkk, 2003, Hydrogen, Proceeding Seminar Internasional Energy, Jogjakarta.

Dewan Riset Nasional, 2006, Arah Kebijakan Riset Nasional 2006 – 2009, Jakarta.

Fitriana, I., 2003, Evaluation of Socio-Economic Aspects Of Solar Home System Programme Implementation In Indonesia, Indonesian journal for energy, Indonesia.

Hammer, 1984, Chemistry of water environtment, John Willey and Son, New York, USA.

Hwang, 2007, Produce Hydrogen, China Government Policy, China

Irawan, 2006, ANALISIS POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA DI INDONESIA, Strategi Penyediaan Listrik Nasional Dalam Rangka Mengantisipasi Pemanfaatan PLTU Batubara Skala Kecil, PLTN, Dan Energi Terbarukan.

Keenan, kleinfelter, 1984, Kimia untuk Universitas jilid 1, Erlangga, Jakarta.

Keenan kleinfelter, 1992, Kimia untuk Universitas jilid 2, Erlangga, Jakarta.

Pyle watt, 1994, Solar Hidrogen From Water Electrolysis, HomePower Journal, Lusiana, USA.

Temeev A.A., Belokopitov V.P., Sevruk S.D., Udaltsov V.G. and Farmakovskaya A.A. 2002, Features of Sea Water Electrolysis for Hydrogen Production. Proceedings of the World Renewable Energy Congress VII, 29 June – 5 July, 2002. Cologne, Germany.

Winston, 2005,Rising Fuel Prices:the challenge for affordable warmth in hard to heat homes, Association for the Conservation of Energy, EUROPE.