ENERGI DAN KONVERSI

Pengertian konversi energi adalah perubahan bentuk energi dari yang satu menjadi bentuk energi lain.Hukum konservasi energi mengatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan (dibuat) ataupun di musnahkan akan tetapi dapat berubah bentuk dari bentuk yang satu ke bentuk lainnya.

SUMBER-SUMBER ENERGI KONVERSI.

Evolusi industri yang dimulai dari penemuan mesin uap oleh James Watt, ini adalah contoh konversi energi dari energi batubara menjadi energi gerak mesin uap. Pada kehidupan sehari-hari misalnya energi lisrtik diubah menjadi energi cahaya lampu atau panasnya heater, dinginnya AC (air conditioner) atau menjadi energi gerak motor listrik dan lain sebagainya. Pada masa sekarang memang peranan energi listrik ini cukup luas dan lebih mudah meng-konversi energi listrik ini menjadi bentuk energi lain. Energi listrik sendiri adalah produk konversi energi dari energi lain seperti energi kinetik air terjun, energi uap/panas bumi, energi minyak diesel, energi batubara dan lain sebagainya.
Minyak, batubara termasuk energi yang tidak terbarukan karena sumber energi ini terbatas dan suatu saat akan habis. Energi matahari misalnya dikonversi dengan solar cell, disimpan kedalam batere penyimpan dan inverter DC/AC disebut energi terbarukan karena sumbernya melimpah dan selalu tersedia. Walaupun suatu saat akan redup juga dan saat itu dunia kiamat.

Energi Panas Laut.

Konversi energi panas laut adalah sistem konversi energi yang terjadi akibat perbedaan suhu di permukaan dan di bawah laut menjadi energi listrik. Potensi terbesar konversi energi panas laut untuk pembangkitan listrik terletak di khatulistiwa. Soalnya, sepanjang tahun di daerah khatulistiwa suhu permukaan laut berkisar antara 25-30°C, sedangkan suhu di bawah laut turun 5-7°C pada kedalaman lebih dari 500 meter. Terdapat dua siklus konversi energi panas laut, yaitu siklus Rankine terbuka dan siklus Rankine tertutup. Sebagai pembangkit tenaga listrik, konversi energi panas laut siklus Rankine terbuka memerlukan diameter turbin sangat besar untuk menghasilkan daya lebih besar dari 1MW, sedangkan komponen yang tersedia belum memungkinkan untuk menghasilkan daya sebesar itu, alternatif lain yaitu siklus Rankine tertutup dengan fluida kerja amonia atau freon. Berdasarkan letak penempatan pompa kalor, konversi energi panas laut dapat diklasifikasikan menjadi tiga tipe, konversi energi panas laut landasan darat, konversi energi panas laut terapung landasan permanen, dan konversi energi panas laut terapung kapal.

Konversi energi panas laut landasan darat alat utamanya terletak di darat, hanya sebagian kecil peralatan yang menjorok ke laut. Kelebihan sistem ini adalah dayanya lebih stabil dan pemeliharaannya lebih mudah. Kekurangan sistem jenis ini membutuhkan keadaan pantai yang curam, agar tidak memerlukan pipa air dingin yang panjang. Status teknologi konversi energi panas laut jenis ini baru pada tahap percontohan dengan kapasitas 100 W dan dengan fluida kerja freon yang dilakukan oleh TEPSCO-Jepang, dengan lokasi percontohan di Kepulauan Nauru. Selain itu dibangun pusat penelitian dan pengembangan konversi energi panas laut landasan darat (STF) yang terletak di Hawaii. Untuk konversi energi panas laut terapung landasan permanen, diperlukan sistem penambat dan sistem transmisi bawah laut, sehingga permasalahan utamanya pada sistem penambat dan teknologi transmisi bawah laut yang mahal. Jenis ini masih dalam taraf penelitian dan pengembangan.

Konversi energi panas laut terapung kapal beroperasi dengan bebas karena dibangun di atas kapal. Biasanya energi listrik yang dihasilkan untuk memproduksi berbagai bahan yaitu amonia, hidrogen, methanol, dan lain-lain. Status teknologi konversi energi panas laut jenis ini baru taraf percontohan, dengan nama pembangkit Mini OTEC yang berkapasitas 50 kW dengan lokasi percontohan di laut Hawaii. Mini OTEC menghasilkan daya bersih 10 kW sampai 15 kW. Selain itu, pada tempat yang sama beroperasi konversi energi panas laut dengan nama OTEC1 dengan kapasitas 1 MW. Perkembangan teknologi konversi energi panas laut di Indonesia baru mencapai status penelitian, dengan jenis konversi energi panas laut landasan darat dan dengan kapasitas 100 kW, lokasi di Bali Utara. Secara umum kendala pada teknologi konversi energi panas laut adalah efisiensi pemompaan yang masih rendah, korosi pipa, bahan pipa air dingin, dan biofouling, yang semuanya menyangkut investasi. Selain itu kajian sumber daya kelautan masih terbatas terhadap langkah pengembangan konversi energi panas laut.

Energi pasang surut
Tidak kurang dari 100 lokasi di dunia yang dinilai sebagai tempat yang cocok bagi pembangunan pembangkit energi pasang surut. Sistem pemanfaatan energi pasang surut pada dasarnya dibedakan menjadi dua yaitu kolam tunggal dan kolam ganda. Pada sistem pertama energi pasang surut dimanfaatkan hanya pada perioda air surut (ebb period) atau pada perioda air naik (flood time). Sedangkan sistem yang kedua adalah kolam ganda kedua perioda baik sewaktu air pasang maupun air surut energinya dimanfaatkan. Turbin dan saluran terletak dalam satu bendungan (dam) yang memisahkan kolam dan laut. Sewaktu air pasang permukaan air di kolam sama dengan permukaan laut. Sewaktu air mulai surut terjadilah perbedaan tinggi air (head) antara kolam dan laut yang menyebabkan air mulai mengalir ke arah laut dan memutar turbin. Pada sistem kolam ganda turbin akan berkerja dalam dua arah aliran. Kedua kolam dipisahkan oleh satu bendungan (dam) yang didalamnya terdapat turbin dua arah, masing-masing kolam memiliki saluran yang menghubungkan dengan
laut. Meskipun turbin bekerja terus-menerus tetapi kecepatannya bervariasi, selain dengan perbedaan tinggi permukaan air di kolam dan permukaan laut. Perbedaan tinggi antara permukaan air di kolam dan permukaan air laut di tempat- tempat energi pasang surut berkisar beberapa meter sampai 13 meter. Penelitian pemanfaatan energi pasang surut telah dilakukan oleh beberapa negara; Perancis, Rusia, Amerika Serikat,
dan Kanada sejak tahun 1920. Sete- lah lebih dari 40 tahun-tahun 1966- pembangkit energi listrik berkekuatan 240 MW yang digerakan oleh tenaga pasang surut berhasil dibangun oleh Perancis di pantai Estuari Rance. Di Rusia ada proyek energi pasang surut dengan kapasitas 2176 MW di Bay of Fundy.
Berdasarkan estimasi kasar jumlah energi pasang surut di samudera seluruh dunia adalah 3.106 MW. Khusus untuk Indonesia beberapa daerah yang mempunyai potensi energi pasang surut adalah Bagan Siapi-api, yang pasang surutnya mencapai 7 meter, Teluk Palu yang ini struktur geologinya merupakan patahan (Palu Graben) sehingga memungkinkan gejala pasang surut, Teluk Bima di Sumbawa (Nusa Tenggara Barat), Kalimantan Barat, Papua, dan Pantai Selatan Pulau Jawa.Mekanisme pusat listrik energi pasang surut tergantung pada beberapa faktor: arah angin, kecepatan, lamanya bertiup, dan luas daerah yang dipengaruhi. Oleh karena itu, di dalam penelitian mengenai energi ini faktor meteorologi/geofisika menjadi kuncinya. Pada pemanfaatan energi ini diperlukan daerah yang cukup luas untuk menampung air laut (reservoir area). Namun, sisi positifnya adalah tidak menimbulkan polutan bahan-bahan beracun baik ke air maupun udara.

Energi gelombang
Gelombang laut merupakan salah satu bentuk energi yang bisa dimanfaatkan dengan mengetahui tinggi gelombang, panjang gelombang, dan periode waktunya. Ada empat teknologi energi gelombang yaitu sistem rakit Cockerell, tabung tegak Kayser, pelampung Salter, dan tabung Masuda. Sistem rakit Cockerell berbentuk untaian rakit-rakit yang saling dihubungkan dengan engsel-engsel dan sistem ini bergerak naik turun mengikuti gelombang laut. Gerakan relatif rakit-rakit menggerakkan pompa hidrolik yang berada di
antara dua rakit. Sistem tabung tegak Kayser menggunakan pelampung yang bergerak naik turun dalam tabung karena adanya tekanan air. Gerakan relatif antara pelampung dan tabung menimbulkan tekanan hidrolik yang dapat diubah menjadi energi listrik. Sistem Pelampung Salter memanfaatkan gerakan relatif antara bagian/pembungkus luar (external hull) dan bandul didalamnya (internal pendulum) untuk diubah menjadi energi listrik. Pada sistem tabung Masuda metodenya adalah memanfaatkan gerak gelombang laut masuk ke dalam ruang bawah dalam pelampung dan menimbulkan gerakan perpindahan udara di bagian ruangan atas dalam pelampung. Gerakan perpindahan udara ini dapat menggerakkan turbin udara.
Negara-negara maju seperti Amerika Serikat, Inggris, Jepang, Finlandia, dan Belanda, banyak menaruh perhatian pada energi ini. Lokasi potensial untuk membangun sistem energi gelombang adalah di laut lepas, daerah lintang sedang dan di perairan pantai. Energi gelombang bisa dikembangkan di Indonesia di laut selatan Pulau Jawa dan Pulau Sumatera.

Fuel cell merupakan suatu pembangkit listrik mini mengkonversi energi kimia langsung menjadi energi listrik tanpa melalui proses pembakaran, sehingga efiesiensinya tinggi dan sangat ramah lingkungan.
Struktur fuelcell sama dengan baterai yang umum, ada elektroda (anoda dan katoda) dengan bahan elektrolit. Prinsip kerja sederhananya seperti berikut, bahan bakar (hanya istilah saja karena tidak terjadi pembakaran, dalam hal ini yang paling sering digunakan adalah hydrogen) dialirkan anoda (elektroda negative) dari fuelcell. Disisi lain, oksidan (paling sering dipilih oksigen karena berlimpah di udara kita) juga dialirkan ke katoda (elektroda positif) dari fuelcell. Akibatnya reaksi kimia akan terjadi pada elektroda fuelcell sehingga muatan mengalir melalui elektrolit dan arus akan mengalir ke beban yang terhubung ke fuelcell. ..Energi listrik telah terbangkitkan langsung dari energi kimia…!!! Apabila hidrogen dan oksigen yang dipilih sebagai bahan bakar dan oksidan, maka ’limbah’nya adalah air sehingga fuelcell sangat ramah lingkungan, polusinya saja berguna.
Tegangan yang dibangkitkan oleh satu buah fuelcell biasanya sangat kecil. Untuk dapat memakai fuelcell pada keperluan yang umum sehari-hari, fuelcell harus disusun serial beberapa unit fuelcell untuk mendapatkan tegangan yang lebih besar dan aplikatif.
Walaupun fuelcell mirip dengan baterai yang umum kita tahu, tetapi terdapat beberapa perbedaan yang utama antara fuelcell dengan baterai. Baterai dapat menyimpan energi didalamnya dan akan habis jika terhubung ke beban. Sedangkan fuelcell adalah pengkonversi energi yang bahan bakar (hidrogen) dan oksidannya (oksigen) terus-menerus dialirkan kedalamnya, dengan kata lain fuelcell dapat menghasilkan energi listrik selama masih ada bahan bakar dan oksidan yang masih tersedia.

Konsep konversi.

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEj1_0i3XABo9pWIdHZ_G232d7-5e7rZxZMRVkXDw0hPxsy26mWHBUmVwSM52yodT6KTl7ZWnMk4iIhCsYYJeexQxZtTWhkkuJFOCqqfUIpsCV3hzeBYP3Be22snVZCew0h7WSuAPs3ngOJp/s1600-h/news_1066%5B1%5D.jpg

Referensi

Dr A Harsono Soepardjo M Eng Pusat Studi Kelautan, F-MIPA Universitas Indonesia

Fuel Cell Handbook, 7th ed. EG&G Technical Services, Inc. US Dept. of Energy, 2004

Carol Werner, Fuel Cell Fact Sheet, Environmental and Energy Study Institute, Washington DC, 2000

Xinhong Huang, et. al., Fuel Cell Technology for Distributed Generation: An Overview, Proceeding of IEEE ISIE 2006, pp. 1613-1618, 2006

PENGEMBANGAN ENERGI TERBARUKAN DI INDONESIA

Kendala pengembangan Energi terbarukan di Indonesia

Pemanfaatan sumber daya energi terbarukan sebagai bahan baku produksi energi listrik mempunyai kelebihan antara lain;

1. relatif mudah didapat,
2. dapat diperoleh dengan gratis, berarti biaya operasional sangat rendah,
3. tidak mengenal problem limbah,
4. proses produksinya tidak menyebabkan kenaikan temperatur bumi, dan
5. tidak terpengaruh kenaikkan harga bahan bakar (Jarass,1980).

Akan tetapi bukan berarti pengembangan pemanfaatan sumber daya energi terbarukan ini terbebas dari segala kendala. Khususnya di Indonesia ada beberapa kendala yang menghambat pengembangan energi terbarukan bagi produksi energi listrik, seperti:

1. harga jual energi fosil, misal; minyak bumi, solar dan batubara, di Indonesia masih sangat rendah. Sebagai perbandingan, harga solar/minyak disel di Indonesia Rp.380,-/liter sementara di Jerman mencapai Rp.2200,-/liter, atau sekitar enam kali lebih tinggi.
2. rekayasa dan teknologi pembuatan sebagian besar komponen utamanya belum dapat dilaksanakan di Indonesia, jadi masih harus mengimport dari luar negeri.
3. biaya investasi pembangunan yang tinggi menimbulkan masalah finansial pada penyediaan modal awal.
4. belum tersedianya data potensi sumber daya yang lengkap, karena masih terbatasnya studi dan penelitian yang dilkakukan.
5. secara ekonomis belum dapat bersaing dengan pemakaian energi fosil.
6. kontinuitas penyediaan energi listrik rendah, karena sumber daya energinya sangat bergantung pada kondisi alam yang perubahannya tidak tentu.

Potensi sumber daya energi terbarukan, seperti; matahari, angin dan air, ini secara prinsip memang dapat diperbarui, karena selalu tersedia di alam. Namun pada kenyataannya potensi yang dapat dimanfaatkan adalah terbatas. Tidak di setiap daerah dan setiap waktu; matahari bersinar cerah air jatuh dari ketinggan dan mengailr deras serta angin bertiup dengan kencang Di sebabkan oleh keterbatasan-keterbatasan tersebut, nilai sumber daya energi sampal saat ini belum dapat begitu menggantikan kedudukan sumber daya energi fosil sebagai bahan baku produksi energi listrik. Oleh sebab itu energi terbarukan ini lebih tepat disebut sebagai energi aditif, yaitu sumber daya energi tambahan untuk memenuhi peningkatan kebutuhan energi listrik, serta menghambat atau mengurangi peranan sumber daya energi fosil.

Strategi Pengembangan Energi Terbarukan di Indonesia

Berdasar atas kendala-kendala yang dihadapi dalam upaya mengembangkan dan meningkatkan peran energi terbarukan pada produksi energi listrik khususnya, maka beberapa strategi yang mungkin diterapkan, antara lain:

1. meningkatkan kegiatan studi dan penelitian yang berkaitan dengan; pelaksanaan identifikasi setiap jenis potensi sumber daya energi terbarukan secara lengkap di setiap wilayah; upaya perumusan spesifikasi dasar dan standar rekayasa sistem konversi energinya yang sesuai dengan kondisi di Indonesia; pembuatan "prototype" yang sesuai dengan spesifikasi dasar dan standar rekayasanya; perbaikan kontinuitas penyediaan energi listrik; pengumpulan pendapat dan tanggapan masyarakat tentang pemanfaatan energi terbarukan tersebut.
2. menekan biaya investasi dengan menjajagi kemungkinan produksi massal sistem pembangkitannya, dan mengupayakan agar sebagian komponennya dapat diproduksi di dalam negeri, sehingga tidak semua komponen harus diimport dari luar negeri. Penurunan biaya investasi ini akan berdampak langsung terhadap biaya produksi.
3. memasyarakatkan pemanfaatan energi terbarukan sekaligus mengadakan analisis dan evaluasi lebih mendalam tentang kelayakan operasi sistem di lapangan dengan pembangunan beberapa proyek percontohan
   
4. meningkatkan promosi yang berkaitan dengan pemanfaatan energi dan upaya pelestarian lingkungan.
5. memberi prioritas pembangunan pada daerah yang meliki potensi sangat tinggi, baik teknis maupun sosio-ekonomisnya.
6. memberikan subsidi silang guna meringankan beban finansial pada tahap pembangunan. Subsidi yang diberikan, dikembalikan oleh konsumen berupa rekening yang harus dibayarkan pada setiap periode waktu tertentu. Dana yang terkumpul dari rekening tersebut digunakan untuk mensubsidi pembangunan sistem pembangkit energi listrik di wilayah lain.

Pembangunan sistem pembangkit energi listrik yang memanfaatkan sumber daya energi terbarukan, terutama air, sudah banyak dilaksanakan di Indonesia. Pemanfaatan energi angin banyak diterapkan di daerah pantai, seperti di Jepara, pulau Lombok, Sulawesi dan Bali. Sementara energi matahari telah dimanfaatkan di beberapa wilayah di Jawa Timur, Jawa Tengah, Jawa Barat dan wlayah timur Indonesia. Sebagian besar dari pembangunan tersebut berupa proyea-proyek percontohan.

Daftar Pustaka

• Djojonegoro,W., 1992, Pengembangan dan penerapan energi baru dan terbarukan, Lokakarya "Bio Mature Unit" (BMU) untuk pengembangan masyarakat pedesaan, BPPT, Jakarta.
• Fritzler,M., 1993, Stichwort-Umweltgiffe, Wilhelm Heyne Verlag, Moenchen, Germany.
• Jarass, 1980, Strom aus Wind - Integration einer regenerativen EnergieQuelle, Springer-Verlag, Berlin. Pinske,J.D., 1993, Elektrische Energieerzeugung, 2.vollst. ueberarb. Aufl., BG.Teubner, Stuttgart
• Ramani,K.V., 1992, Rural electnEcation and rural development, Rural electrification guide book for Asia & Pacific, Bangkok.
• Soetendro,H.,Soedirman,S.,Sudja,N., 1992, Rural Electnfication in Indonesia, Rural Electrification Guide book for Asia & the Pacific, Bangkok.
• Schleswag (Hrsg.), 1993, Additive Energien-intelligent genutzt, Flensburg, Germany.
• Wibawa,U., 1996, Effahrung mit dem Betneb Kleinwindhybrid Eanlage in Ciparanti-Ciamis, ARTES-lnstitu, Flensburg
• Zuhal,1995, Policy & Development Programs on Rural ElectriScation for next 10 years, Ditjen.Listrik & Pengembangan Energi, Departemen Pertambangan dan Energi, Jakarta.

KONSEP DASAR ENEGI DAN KONVERSI

Efisiensi Konversi Energi

Salah satu cabang dari sains dan ilmu rekayasa yang cukup intensif mengkaji masalah konversi energy ini adalah Thermodinamika. Ilmu ini kemudian sangat bermanfaat dalam dunia rekayasa, terutama bagi kehidupan kemanusiaan.

Dalam sebuah proses konversi dari bentuk kalor ke mekanik misalnya. Dimana proses perpindahan kalor terjadi dari reservoir panas ke reservoir dingin. Lalu di tengah perjalanan kalor itu sebagiannya “dicuri” untuk menggerakkan turbin.





Konservasi energy dirumuskan dalam formula :

Qh = W + Qc

Dimana :
Qh = Reservoir Panas (hot)
W = Kerja yg dihasilkan
Qc = Reservoir Dingin (cold)

Dari sini Effisiensi kemudian dirumuskan sebagai rasio antara Output yg diinginkan dengan Energi masukkan. Yang secara matematis ekspresinya sbb:

Eff = W/Qh

dengan operasi aljabar sederhana diturunkan lagi menjadi

Eff = (Qh - Qc)/Qh

Karena besaran Q (kalor) adalah besaran yg sangat ditentukan oleh Temperature maka ekspresi kalor bisa di ubah kedalam ekspresi temperature:

Eff = (Th - Tc)/Th = 1 - Tc/Th

Rasio Tc/Th yg nilainya diantara 0 dan 1.
Kondisi ideal dari sebuah proses konversi energi, dimana sebuah perubahan dari bentuk energi awal ke bentuk energi hasil (yg lebih bisa dimanfaatkan) berjalan sempurna alias effisiensi = 100%. Mesin yang memiliki eff = 1 ini dinamakan mesin Carnot.

Kalau mau, kita juga bisa bermain di syarat-syarat ini jika menghendaki eff=1. Coba perhatikan syarat terjadinya siklus Carnot ini pada kasus piston yg digerakkan ekspansi dan kompresi.

• Batas sistem yg sempurna, Sehingga tidak ada atom yg melarikan diri dari fluida kerja apakah itu pada saat piston mengembang atau saat piston melakukan kompresi.


• Pelumasan sempurna, sehingga TIDAK ADA komponen friksi sekecil apapun.


• Syarat Gas ideal untuk fluida kerja harus terpenuhi.


• Piston bergerak maju dan mundur berulang2, dalam sebuah siklus isotermal dan proses ekspansi/kompresi nya adiabatic seperti gbr dibawah..
  
  • Isotermal (segmen AB dan CD), hanya terjadi jika terjadi kontak yg sempurna antara fluida kerja dengan salah satu dari dua reservoir (dingin/panas)
  • Adiabatic (segmen BC dan DA), hanya terjadi ketika ada isolasi sempurna antara fluida kerja dengan lingkungan luar termasuk dengan kedua reservoir.

Written By : Yugi Sukriana - Journal of Life