Teknologi Panas Laut

PENDAHULUAN

Lautan yang meliputi dua per tiga permukaan bumi, menerima energi panas yang berasal dari penyinaran matahari. Lautan befungsi sebagai suatu penampungan yang cukup besar dari energi surya yang mencapai bumi. Kira-kira seperempat dari daya surya sebesar 1,7 x 1017 watt yang mencapai atmosfer diserap oleh lautan. Selain itu, air laut juga menerima energi panas yang berasal dari panas bumi, yaitu magma yang berasal dari bawah laut. Pemanasan dari permukaan air di daerah tropikal mengakibatkan permukaaan air laut memiliki suhu kira-kira 27 - 30^oC. Bilamana air permukaan yang hangat ini dipakai dalam kombinasi dengan air yang lebih dingin (5 - 7^oC) pada kedalaman 500 - 600 meter, maka suatu sumber energi panas yang relatif besar akan tersedia.

Menurut rancangan-rancangan terkini energi listrik akan dapat dibangkitkan dalam pusat-pusat listrik tenaga panas laut (PLT-PL) dengan menggunakan siklus Rankine rangkaian tertutup maupun terbuka. Selisih suhu sebesar 20^oC akan tersedia selama  24 jam sehari dan sepanjang tahun. Hal ini jauh lebih menguntungkan dibanding dengan pemanfaatan sinar matahari di daratan, yang tersedia hanya siang hari, itupun bilamana udara tidak mendung atau cuaca tidak hujan. Bilamana selisih 20^oC itu dimanfaatkan dengan suatu efisiensi efektif sebesar misalnya 1,2%, maka suatu arus air sebesar 5 meter kubik per detik akan dapat menghasilkan daya elektrik bersih dengan daya sebesar kira-kira  1 MW. Dapat dibayangkan bahwa ukuran-ukuran yang besar sekali diperlukan untuk dapat membantu suatu PLT-PL yang besar. Sebab sejumlah arus air yang meliputi 500 meter kubik per detik yang akan diperlukan untuk dapat membuat suatu PLT-PL yang besar, misalnya  100 MW. Dengan demikian maka taraf efisiensi yang perlu diusahakan untuk ditingkatkan.

 PRINSIP KERJA

Pada teknologi konversi energi panas laut atau KEPL (Ocean Thermal Energy Conversion,  OTEC),  siklus  Rankine  digunakan  untuk  menarik  arus-arus  energi termal yang memiliki sekurang-kurangnya selisih suhu sebesar 20^oC. Pada saat ini terdapat dua siklus daya alternatif yang dikembangkan, yaitu siklus Claude terbuka dan siklus tertutup.

Siklus terbuka dengan mendidihkan air laut yang beroperasi pada tekanan rendah, menghasilkan uap air panas yang melewati turbin penggerak/generator. Siklus  tertutup  menggunakan  panas  permukaan  laut  untuk  menguapkan  fluida pengerak dengan Amonia atau Freon. Uap panas menggerakan turbin, kemudian turbin berkerja menghidupkan generator untuk menghasilkan listrik.  Prosesnya, air laut  yang  hangat  dipompa  melewati  tempat  pengubah  dimana  fluida  pemanas tekanan  rendah  diuapkan  hingga  menjalankan  turbo-generator.  Air  dingin  dari dalam  laut  dipompa  melewati  pengubah  kedua  mengubah  uap  menjadi  cair kemudian dialiri kembali dalam sistem.

Dalam siklus Claude terbuka, air laut digunakan sebagai medium kerja maupun sebagai sumber energi. Air hangat yang berasal dari permukaan laut diuapkan dalam suatu alat penguap  (flash evaporator) dan menghasilkan uap air dengan tekanan yang sangat rendah, lk  0,02 hingga  0,03 bar dan suhu kira-kira  20^oC. Uap itu memutar sebuah turbin uap yang merupakan penggerak mula bagi generator yang menghasilkan energi listrik (Gambar 1).
Karena tekanan uap itu rendah sekali maka ukuran-ukuran turbin menjadi sangat besar. Setelah melewati turbin, uap yang sudah dimanfaatkan dialirkan ke
sebuah kondensor yang menghasilkan air tawar. Kondensor didinginkan oleh air laut yang berasal dari lapisan bawah permukaan laut. Dengan demikian, metode dengan siklus Claude ini menghasilkan energi listrik maupun air tawar. Masalah dengan metode ini adalah bahwa ukuran-ukuran turbin menjadi sangat besar oleh karena tekanan uap yang begitu rendah. Sebagai contoh, sebuah modul sebesar 10 MW yang terdiri atas penguap, turbin dan kondensor, akan memerlukan ukuran garis tengah dan panjang 100 meter.

PERKEMBANGAN DAN PROSPEK

Ahli fisika Perancis Jaques d’Arsonval pada tahun 1881 sudah mengemukakan konsep konversi energi panas laut, atau KEPL (ocean thermal energy conversion, OTEC) sebagai salah satu penggunaan dari siklus Rankine. Salah seorang muridnya, yaitu Georges Claude, pada tahun 1930 telah membuat pusat listrik tenaga KEPL di Teluk Matanzas dekat Kuba. Pusat tenaga listrik ini dengan daya 22 KW hanya dapat bekerja selama dua minggu karena dihancurkan oleh sebuah angin topan sehingga pipa untuk masukan airnya rusak total. Proyek itu kemudian dihentikan. Pada tahun 1950an, perusahaan Perancis yakni Societe d’Energie des Mers melanjutkan usaha itu dengan merancang sebuah pusat tenaga listrik di pantai dekat Abidjan, ibukota Pantai Gading (Ivory Coast). Pusat ini tidak jadi dibangun karena harga tenaga listrik yang  saat  itu  rendah  sekali  dan  nampaknya  energi  nuklirlah  yang  merupakan jawaban bagi masalah “energi murah”.

Kemudian  yang  memberikan  suatu  dorongan  kuat  kepada  perkembangan KEPL  adalah  kemelut  energi  yang  terjadi  pada  tahun 1973,  sewaktu  terdapat embargo minyak yang terjadi di Timur Tengah. Dalam sebuah tulisan majalah ilmiah Physics Today  (tahun  1973), ahli fisika Clarence Zenner menyoroti lagi prinsip KEPL dan sangat menganjurkan agar pengembangan KEPL dilanjutkan. Sejak itu banyak  perusahaan  besar  mulai  melanjutkan  proyek-proyek  KEPL.  Di  Amerika Serikat misalnya, perusahaan Lockheed, Westinghouse dan General Electric dengan giat melakukan pengembangan prinsip KEPL. Ada pula perusahaan-perusahaan yang mengembangkan bagian spesifik seperti penukar panas. Antara lain Union Carbide, Foster Wheeler, Rockwell dan Alva-Laval. Juga lembaga-lembaga penelitian seperti Batelle dan MITRE memberikan dukungan besar pada pengembangan KEPL. Pusat energi listrik KEPL terapung pertama di dunia dengan daya sebesar 50 KW beroperasi di lepas pantai kepulauan Hawaii pada tahun-tahun 1980an. Proyek
ini merupakan inisiatif perusahaan Lockheed bekerjasama dengan negara bagian Hawaii.  Dari  Eropa  dapat  disebut  perusahaan-perusahaan  Alva-Laval     (Swedia), Compagnie Francaise des Petroles-Groupe Total (Perancis, Johnson Group (Swedia), Kockums  (Swedia), Micoperi  (Italia), Pechiney Ugine Kuhlmann  (Perancis) dan Tecnomare (Italia). Studi-studi di Eropa itu sejalan dengan perkiraan yang terdapat di Amerika Serikat bahwa pada jangka menengah atau jangka panjang prinsip KEPL memiliki prospek yang cukup baik. Karenanya direncanakan untuk membuat suatu proyek percobaan di Eropa untuk membangun sebuah pusat tenaga listrik KEPL dengan daya hingga  10 MW. Hal itu juga  didukung oleh pemerintah Perancis melalui Centre National pour l’Exploitation des Oceans (CNEXO).

Terdapat masalah yang dihadapi pada pengembangan prinsip KEPL disebabkan rendemen perpindahan panas yang sangat rendah, karena memerlukan jumlah air baik yang hangat maupun yang dingin yang perlu dipindahkan. Untuk sebuah PLTKEPL dengan saya misalnya 100 MW, diperlukan kira-kira 450 m3/s, baik air hangat maupun air dingin yang harus dialirkan malalui pemindah panas. Jumlah-jumlah air yang besar itu mengakibatkan bahwa berbagai komponen memiliki ukuran-ukuran yang sangat besar pula.

Pemindah panas merupakan komponen yang sangat penting dan juga sangat mahal bagi sebuah PLT-PL, meskipun dengan sistem tertutup. Biayanya merupakan kira-kira 1/3 dari biaya keseluruhan pembangkit. Untuk pembangkit dengan daya 100 MW diperlukan untuk suatu luas penukaran panas antara 500.000 dan 1.500.000 m2 material yang digunakan untuk pemindah panas harus terdiri atas bahan penukar panas yang baik. Pada saat ini nampaknya bahwa aluminium, titan dan baja tahan karat merupakan material yang terbaik. Terjadinya pertumbuhan bebagai organisme pada permukaan pemindah panas merupakan gangguan yang serius terhadap berfungsinya dengan baik sebuah PLT-PL, yang akan dengan pesat menurunkan daya dan kemampuannya. Kecepatan pertumbuhan organisme itu tergantung dari material pemindah panas dan juga suhu air hangat.

Pipa air dingin merupakan komponen paling menonjol karena ukurannya yang gigantik. Bagi sebuat PLT-PL dengan daya 100 MW, pipa itu akan memiliki garis tengah kira-kira 500 - 600 meter atau lebih. Gaya-gaya hidrolik maupun mekanikal yang  terjadi  pada  pipa  air  dingin  itu  sangat  besar,  terutama  pada  pipa  dengan struktur yang kaku. Juga pengaruh arus dan ombak air laut merupakan masalah yang perlu diperhitungkan. Karenanya juga dicari konsep-konsep dengan pipa yang agak fleksibel.

Pembuatan anjungan  (platform) untuk memuat bangunan PLT-PL terapung dapat mempunyai beberapa konfigurasi. Untuk sebuah pusat tenaga listrik dengan daya 100 MW menurut pandangan terkini akan memerlukan suatu konstruksi yang memiliki daya apung sebesar  200.000 sampai  300.000 ton, setara dengan sebuah kapal   tangki   minyak   yang   besar.   Pertimbangan-pertimbangan   yang   perlu diperhatikan adalah :

Agar anjungan terapung itu tetap berada pada tempatnya dan tidak berpindahpindah mengikuti arus air laut ataupun angin, juga merupakan masalah serius, lebihlebih kerena ukurannya yang serba besar. Salah satu pilihan adalah bahwa anjungan itu memiliki mesin penggerak sendiri sehingga dapat mengatur sendiri posisinya. Energi listrik yang dibangkitkan dengan sendirinya dialirkan ke daratan melalui sebuah kabel laut. Perlu ada pengaturan bahwa kabel laut itu tidak mengalami tarikan mekanikal bilamana anjungannya bergerak. Sebuah PLT-PL terapung kecil yang dinamakan proyek Mini-OTEC beroperasi di  lepas  pantai  kepulauan  Keahole  Point,  Hawaii,  Amerika  Serikat.  Proyek  itu merupakan inisiatif dari perusahaan Lockheed Missiles and Space Company serta Negara Bagian Hawaii. Tujuan proyek ini adalah memperlihatkan bahwa sebuah PLT-PL percobaan dengan daya 50 KW dan sistem siklus tertutup merupakan suatu sumber energi yang tidak mengganggu lingkungan. Mini-OTEC ini menggunakan pemindah panas berbahan titanium dan dibuat oleh perusahaan Alfa Laval dari Swedia. Pipa air dingin terbuat dari polietileen dan memiliki garis, tengah  0,71 meter  dan  panjang  900  meter.  Bagian  atas  pipa  dikaitkan  pada  sebuah  ponton terapung. Pipa air dingin juga berfungsi sebagai jangkar untuk menahan ponton pada tempatnya.

Beroperasinya dengan baik sebuah PLT-PL percobaan dengan daya 100 KW di Pulau Nauru, kepulauan Pasifik, dibangun oleh TEPSCO  (Tokyo Electric Power Services Company). Perusahaan tersebut merencanakan akan membangun sebuhah PLT-PL lagi yang tidak terapung, melainkan di tepi pantai, dengan daya yang lebih besar  yaitu 10  MW.  Pembangkit  itu  direncanakan  juga  untuk  dibangun  di Kepulauan Pasifik.

Selanjutnya  dapat  pula  dikemukanan  bahwa  perusahaan  Global  Marine mendapat tugas dari Departemen Energi Amerika Serikat untuk mengubah tangker Chipachet menjadi suatu anjungan terapung percobaan bagi sebuah PLT-PL dengan daya 1 MW. Proyek ini dinamakan OTEC-1, dan antara lain akan menguji beberapa konsep pemindah panas pada kondisi lapangan dan terletak juga di lepas Pantai Hawaii. Pipa air dingin pada proyek ini terdiri atas gabungan tiga pipa polietileen (garis tengah masing-masing 1,2 meter) dan panjang 640 meter. Tiap pipa dilalui sebuah kabel baja yang pada ujung bawahnya dilengkapi dengan suatu beban yang berat agar pipa itu senantiasa berada dalam posisi yang vertikal. Kedalaman laut adalah kira-kira 1220 meter.

Suatu rencana untuk membuat proyek PLT-PL Eropa dengan daya 10 MW (OTEC-10) menggunakan anjungan yang terbuat dari beton. Juga diguankan sistem siklus tertutup dengan amonia sebagai medium kerja. Pipa air dingin memiliki garis tengah 7 meter dan panjangnya 800 meter.

Sebagaimana  kita  ketahui,  luas  laut  Indonesia  mencapai     5,8  juta  km², mendekati 70% luas keseluruhan wilayah Indonesia. Dengan luas wilayah mayoritas berupa lautan, wilayah Indonesia memiliki energi yang punya prospek bagus yakni energi arus laut. Hal ini dikarenakan Indonesia mempunyai banyak pulau dan selat sehingga arus laut akibat interaksi Bumi-Bulan-Matahari mengalami percepatan saat melewati selat-selat tersebut. Selain itu, Indonesia adalah tempat pertemuan arus laut yang diakibatkan oleh konstanta pasang surut M2 yang dominan di Samudra Hindia dengan periode sekitar 12 jam dan konstanta pasang surut K1 yang dominan di Samudra Pasifik dengan periode lebih kurang 24 jam. M2 adalah konstanta pasang surut akibat gerak Bulan mengelilingi Bumi, sedangkan K1 adalah konstanta pasang surut yang diakibatkan oleh kecondongan orbit Bulan saat mengelilingi Bumi.

Di Indonesia, potensi energi samudra sangat besar karena Indonesia adalah negara kepulauan yang terdiri dari 17.000 pulau dan garis pantai sepanjang 81.000 km dan terdiri dari laut dalam dan laut dangkal. Biaya investasi belum bisa diketahui di Indonesia tetapi berdasarkan uji coba di beberapa negara industri maju adalah berkisar 9 sen/kWh hingga 15 sen/kWh.

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.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. 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.

ANALISA

Keuntungan bagi sisi pemerintah :

Keuntungan bagi penyedia listrik (PT PLN) :

Keuntungan bagi konsumen :

Kendala   :

KESIMPULAN

Sejak  tahun  1973,  yaitu  terjadinya  kemelut  energi  yang  diakibatkan  oleh naiknya harga minyak yang sangat tinggi, teknologi pembangkitan tenaga listrik dengan prinsip konversi enegrgi panas laut (KEPL) mengalami peerkembangan yang relatif pesat. Tujuan pengembangan generasi pertama PLT-PL banyak yang dapat dicapai.   Sebuah proyek percobaan terapung mini-OTEC dengan daya 50 KW yang beroperasi di lepas pantai kepulauan Hawaii memberikan hasil yang positif. Proyekproyek lain dengan daya 1 MW juga berhasil dengan baik. Diharapkan bahwa proyek-proyek percobaan dengan daya yang lebih besar, yaitu 10 MW yang kini sedang dikerjakan juga akan memberikan hasil yang baik. Masalah utama adalah bahwa rendemen, atau efisiensi termal, dari penukar panas masih  rendah  sekali  sehingga  semua  ukuran  menjadi  sangat  besar  dan  dengan sendirinya menjadikan biaya PLT-PL masih relatih mahal. Diperkirakan bahwa masih akan memerlukan waktu yang lama sebelum pembangkit tenaga listrik jenis ini akan dapat dioperasikan secara komersial. Untuk Indonesia, potensi akan energi panas  laut  adalah  besar  karena  Indonesia  merupakan  suatu  negara  kepulauan. Daerah yang pada waktunya dapat memanfaatkan sumber daya energi ini adalah misalnya kepulauan Maluku yang lautannya banyak memiliki kedalaman yang besar.

DAFTAR PUSTAKA