BAB 15ENERGI DARI LAUTAN
15-1 PENDAHULUANEnergi surya, dapat digunakan secara langsung
(bab 13), menciptakan bentuk-bentuk lain dari energi yang juga
dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi. Yaitu : Satu, angin,
angin terjadi akibat pemanasan matahari yang tidak merata dan
pendinginan pada kerak bumi yang dikombinasikan dengan rotasi bumi
(bab 14). Antara lain adalah hasil dari penyerapan yang dekat
dengan laut, karena lautan menerima energy panas dari matahari,
yang menyebabkan, terjadinya angin, arus laut dan temperature
gradien moderat terjadi dibawah permukaan air, khususnya di lautan
waters. Lautanmencakup70 persen dari total luasan permukaanbumi.
sehingga mempunyai penyimpanan reservoir yang besar dari input
matahari.Temperature gradient dapat dimanfaatkan pada mesin pemanas
untuk menghasilkan energi. Sehingga dapat disebut sebagai ocean
temperature energy conversion (OTEC). OTEC dapat gunakan sebagai
energy surya yang satu kali habis. Karena perbedaan suhu yang
kecil, bahkan di daerah tropis, sistem OTEC memiliki efisiensi yang
sangat rendah dan akibatnya memiliki biaya modal yang sangat
tinggi.Angin, yang energinya juga energi matahari sekali habis,
dapat menghasilkan gelombang laut besar dengan energi yang dapat
digunakan untuk menghasilkan energi. Energy gelombang laut disebut
sebagai energi surya yang dua kali habis. Gelombang laut, sangat
bervariasi dari waktu dan tempat dalam amplitudo dan frekuensinya,
dan pada energi tersebut, sangat mirip dengan angin yang
menyebabkan gelombang laut. Namun demikian, daerah didunia dimana
gelombang energi dapat bertahan masih membutuhkan banyak waktu.
Gelombang itu telah dipertimbangkan untuk pembangkit listrik dengan
berbagai cara ingeneous.Sepertiga dari pemancaran energi dari
sistem lautan matahari bersumber dari mekanisme evaporasi permuaan
air oleh pemanasan matahari. Awan dapat terjadi karena penguapan
pada permukaan air dengan pemanasan surya, bentuk-bentuk awan yang
berkondensasi sehingga menjadi hujan. Bagian dari hujan yang
jatuh
diatas tanah, yang menyebabkan aliran sungai, akibat
terperangkap dibelakang bendungan bahkan keluar variasi dalam arus
sungai dengan demikian menjadi sumber baik dalam head rendah
(sungai) atau haed tinggi (bendungan) sebagai energi listrik tenaga
air . Pembangkit listrik tenaga air hanya mencapai 25 persen accout
dari kapasitas total listrik didunia. Beberapa negara, seperti
Norwegia, Swiss, dan Kanada, karena topografi yang menguntungkan
dan curah hujan, jauh melebihi rata-rata. Di negara bersatu,
persentasenya adalah 15 persen pada tahun 1970, kemudian pada tahun
1980 mengalami penurunan menjadi sekitar 10 persen. pembangkit
listrik tenaga air digunakan untuk menyumbang lebih besar dari
persentase tersebut pada abad kesembilan belas, tetapi munculnya
batu bara yang murah dan powerplants uap, kurang menguntungkan
untuk situs hydro, sehingga menyebabkan penurunan dalam
penggunaannya. Banyak pabrik kecil tentang listrik tenaga air
sungai yang diterlantarkan. Dengan kedatangan krisis energi pada
tahun 1970-an, namun daya tarik diperbaharui pada pabrik kecil
tersebut dalam melengkapi input jaringan listrik. Meskipun berbeda,
sumber energi dilautan yang dapat dimanfaatkan untuk pembangkit
listrik adalah pasang surut. Terutama tindes yang disebabkan oleh
bulan, dan hanya sekunder dari matahari, gaya gravitasi yang
bekerja sama dengan orang-orang bumi di perairan laut untuk
menciptakan arus pasang surut. Ini menunjukan bahwa naik turunnya
air dengan rentang (perbedaan ketinggian) yang bervariasi, harian
dan musiman yang datang pada waktu yang berbeda dari hari ke hari.
Sumber energi juga sangat bervariasi dari tempat ke tempat, dari
serendah beberapa sentimeter, tetapi dapat melebihi 8 sampai 10 m
(25 sampai 30 kaki) di beberapa bagian dunia. Energi potensial dari
pasang surut bisa terjadi untuk menghasilkan tenaga, tetapi
membutuhkan biaya modal yang sangat tinggi.Dalam bab ini, produksi
listrik dari energi yang berkaitan dengan perbedaan suhu laut
(OTEC), gelombang, dan pasang surut akan dibahas. Listrik tenaga
air adalah topik utama dalam pembahasan ini. Khusus dalam studi.
Pembaca yang tertarik dianjurkan untuk mempunyai banyak referensi
buku yang dikhususkan untuk bab tersebut. Daapt dilihat, misalnya,
buku pegangan dari hidrolika diterapkan [141].
15-2 PERBEDAAN TEMPERATUR LAUTAN Lautan dan samudra terdiri dari
70 persen di permukaan bumi, jumlah energi surya terrestrial yang
dihasilkan sangat besar, sama dengan jumlah energi surya
ekstraterestrial yang diterima oleh bumi, yakni sekitar 1.516 X
1018 kWh/ tahun, atau 1.516 X 1018 kWh/ tahun, dengan waktu
rata-rata indeks penerangan sebesar 0.5 (Sec. 13-14), waktu fraksi
area 0.7 atau 0.53 x 1018 kWh/tahun, or 1.9 x 1018 MJ/tahun. Hal
ini sesuai dengan rata-rata hasil terrestrial di air dari konstanta
matahari 5 = 1353 W/m2 x 0.5 = 676 W/m2. Energi ini tidak semuanya
diserap oleh air karena sebagian dipantulkan kembali ke langit.
Perkiraan jumlah yang diserap diperoleh dari setiap kali evaporasi,
yaitu sekitar 120 cm (or 120 cm3/cm2,or 1.20 m3/m2).* Pada
temperatur rata-rata permukaan air 20C (68F), panas yang
tersembunyi dari penguapan adalah 2454 kJ/kg dan massa jenis air
setiap liter di atas 1000 kg/m3. Energi yang terserap akan menjadi
.20 X 1000 X 2454, or about 3 x 106kJ/m2 per tahun, sebanding
dengan 95 W/m2 atau 14 persen dari kejadian awal. Nilainya
bervariasi, menjadi lebih besar 100 W/m2 di daerah tropis tak
sebanyak di daerah kutub.Penyerapan energi surya oleh air sesuai
dengan Hukum Lambert tentang penyerapan, yang menyatakan setiap
lapisan ketebalan yang sama akan menyerap fraksi cahaya sesuai
dengan yang dilewatinya. Dengan kata lain
(15-1)
Dimana Io dan l (y) adalah intensitas radiasi di permukaan (y =
0) dan pada jarak y di bawah permukaan. adalah koefisien pemadaman
(disebut juga koefisien penyerapan) yang memiliki satuan panjang-1
unit. memiliki nilai 0,05 m-1 untuk air tawar 0,27 m-1 untuk air
tawar keruh, dan 0,50 m-1 untuk air yang sangat asin. Dengan
demikian intensitas jatuh secara eksponensial dengan kedalaman dan
tergantung pada , hampir semua penyerapan terjadi sangat dekat
dengan permukaan air dalam. Karena perpindahan panas massa pada
permukaan sendiri, suhu maksimum terjadi tepat di bawah
permukaan.
Mengingat perairan dalam secara umum, temperatur tinggi terjadi
pada permukaan, sedangkan perairan dalam lebih dingin. Di daerah
tropis, permukaan samudra sering melebihi 25C (77F), dimana 1 km
dibawah temperatur biasanya tidak lebih tinggi dari 10C (SOT).
Kerapatan air menurun sejalan dengan meningkatnya temperatur (di
atas 3.98C, saat kerapatan air murni dalam keadaan maksimum,
menurun lagi di bawah temperatur ini, alasan es mengapung). Oleh
karena itu tidak ada aliran konveksi panas di antara hangat,
perairan ringan pada puncak dan kedalaman dingin, perairan berat.
Konduksi termal transfer panas di antara mereka, melalui kedalaman
besaar, yang terlalu rendah untuk mengubah gambar ini, dan sehingga
campuran tersebut diperlambat, jadi perairan hangat tetap berada di
atas dan perairan dingin tetap di bawah.Disebutkan bahwa perairan
tropis terdiri dari dua reservoir panas utama, sumber panas pada
permukaan pada 27C (81F) dan resapan panas, 1 km secara langsung di
bawah , pada 4C (39F); kedua reservoir dikenai matahari secara
berkala.Konsep ocean temperature energy conversion (OTEC) atau
konversi energi temperatur samudra berdasarkan penggunaan perbedaan
temperatur pada mesin panas untuk menghasilkan energi, konsep
pertama dinyatakan oleh Frenchman dArsonval pada tahun 1881.
Perbedaan temperatur maksimal di bumi terjadi pada daerah tropis
dan nilainya sekitar 15C (59F). Pada lingkaran kutub selama terjadi
pendinginan perlahan hingga to 4C dan kerapatan maksimum (gambar.
15-1). Pada lingkaran kutub berhenti di bawah permukaan, sehingga
kedalaman permukaan aliran air diciptakan yang mempertahankan air
dingin di bawah permukaan. Temperatur permukaan (dan perbedaan
permukaan) keduanya bervariasi terhadap garis lintang dan musim
(gambar. 15-2), keduanya menjadi maksimal di daerah tropis,
subtropics, dan perairan khatulistiwa, misalnya di antara dua
daerah tropis, membuat perairan ini lebihpantas untuk sistem OTEC
[143].Pernyataan untuk sistem OTEC hanya untuk sebagian besar
sistem energi terbarukan lainnya. Misalnya, pada arus teluk
diketahui
Gambar 15-1 (a) Pergerakan perairan samudra di belahan bumi
utara. (b) Pengukuran temperatur perairan pada berbagai titik dan
kedalaman di selat Florida [142].
Membawa 30 to 40 juta m3/s air laut daerah tropis melalui selat
Florida, mengalir pada jalur dengan lebar sekitar 32-km (20-mi).
Saat 800 km (500 mi) pada jalur, perbedaan temperatur di antara
permukaan dan kedalaman laut beragam dari 22C (40F) dan 15C (27F).
Diasumsikan efisiensi konversi sekitar of 2 percent (di bawah),
arus teluk menyatakan potensial energi sebesar 700 x 1012 kWh.
Susunan teknologi konversi tertambat pada 1-mi (1.6-km) melalui
panjang dan lebar dari jalur akan mampu untuk 26 x 1012 kWh.
Sebagaimana pernyataan untuk OTEC, tetapi kita akan segera
mempelajari, masalah praktis dan keuangan secara efektif yang
menghalangi mimpi. Kemungkinan maksimal dari efisiensi operasi
mesin pemanas di antara dua batas temperatur tidak dapat terlewati
pada siklus carnot di antara batas temperatur sama. Untuk sumber
panas dan temperatur menurun, Tl dan T2, the efisiensi Carnot c
yaitu
Gambar 15-2 Suhu permukaan samudera sebagai fungsi dari (a)
lintang dan (b) musim, di perairan tropis.
(15-2)
Sangat penting memiliki perbedaan temperatur yang besar Tl T2.
Pada sistem OTEC hal ini mungkin berkisar 20C (68F) dibandingkan
dengan 500C (932F) untuk sumber tenaga fosil modern. Menggunakan
perbedaan temperatur of 20C dan temperatur permukaan 27C, efisiensi
Carnot menjadi
Untuk 27C (300 K) temperatur permukaan sistem OTEC tidak dapat
mempunyai efisiensi lebih dari T/300 atau 1/3 T persen, dimana T
adalah perbedaan antara perairan permukaan dan dalam. Karena
temperatur menetes dalam uap atau generator uap lain dan kondensor
pada sistem sebenarnya (external irreversibilities, Chap. 1),
inefisiensi pada turbin dan pompa, tekanan meneteskan air bervolume
besar dan menyebabkan aliran fluida (internal irreversibilities),
dan inefisiensi komponen lain, efisiensi untuk pembangkit listrik
OTEC sebenarnya jarang mencapai 2 persen.Efisiensi sangat rendah
sistem OTEC menyatakan pergantian panas yang sangat besar untuk
pembangkit listrik. Pada efisiensi 2 persen pergantian panas harus
mengendalikan 50 kali jaringan keluaran dari plant. Meskipun tidak
ada biaya
bahan bakar, biaya utama sangatlah tinggi dan juga biaya unit
utama, $/kW. Di samping itu untuk ukuran besar per unit pembangkit
tenaga, masalah pembangunan dan ketidaktentuan penembusan pasar
membuat resiko asosiasi keuangan dengan pembangunan teknologi OTEC
yang begitu tinggi sebagaimana keperluan secara efektif. (Sama
dengan dikatakan untuk sistem perairan lainnya, sebaik sistem
listrik-matahari, terutama sistem satelit matahari, Bag.
13-20).Terdapat dua desain dasar untuk sistem OTEC; siklus terbuka,
dikenal juga sebagai siklus Claude, dan siklus tertutup, dikenal
juga sebagai siklus Anderson. Keduanya akan dijelaskan di dua bab
selanjutnya.
15-3 ATAS TERBUKA, ATAU CLAUDE, SIKLUS Plant OTEC pertama
dibangun oleh Frenchman Georges Claude pada 1929 di Teluk
Mantanzas, Cuba [144]. Menggunakan air hangat dari arus teluk
sebagai sumber panas dan perbatasan jurang kapal selam ke teluk
yang turun secara vertical pada kedalaman 100 sampai 200 m sebagai
pembangkit listrik. Permukaan air hangat terjadi pada 25C (77F).
Air dingin pada 11C (51.8F), disadap oleh pipa sepanjang 2 km,
beridameter 2 m dengan berat 400 ton. Peletakan pipa air dingin
merupakan bagian tersulit dari konstruksi, dua pipa bisa hilang
sebelum yang ketiga berhasil dipasang.Plant Claude menggunakan
siklus terbuka (disebut juga siklus Clade) dimana air laut berperan
ganda sebagai sumber panas, fluida kerja, dan pendingin. Diagram
skematik dan hubungan T-s digambarkan pada gambar 15-3 dan
15-4.
Gambar 15-3 Diagram alur dan skematis dari pembangkit listrik
(siklus terbuka) Claude OTEC.
Pada siklus tersebut ditunjukkan permukaan air panas pada 27C
(80.6F) diterima kedalam evaporator dimana tekanan dilakukan pada
nilai kecil di bawah tekanan saturasi sesuai temperatur air. Air
memasuki evaporator, selanjutnya, menjadikannya super panas pada
temperatur baru. Sebagai contoh, pada gambar 15-4, air hangat pada
27C memiliki tekanan saturasi sebesar 0.0356 bar (0.517 psi), titik
1.
Gambar 15-4 Diagram yang sesuai untuk Gambar. 15-3
Tekanan evaporasi sebesar 0.0317 bar (0.459 psia), yang sesuai
dengan 25C (77F) temperatur saturasi. Air superpanas sementara ini
menjadi volume yang mendidih (sebagai lawan kolam yang mendidih,
yang mengambil bagian pada alat pendidih konvensional karena
permukaan panas yang terbenam), menyebabkan air menjadi kilasan uap
secara parsial hingga kondisi dua fase keseimbangan pada tekanan
baru dan temperatur sebesar 0.0317 bar dan 25C, titik 2. Proses 1-2
merupakan pengkatupan dan karena itu adalah proses entalpi konstan.
Tekanan rendah dalam evaporator dilakukan oleh pompa vakum yang
juga menghilangkan gas tak terembunkan yang terlarut dari
evaporator.Evaporator sekarang terdiri dari campuran air dan uap
yang berkualitas sangat rendah pada 2. Uap dipisahkan dari air
sebagai uap jenuh pada 3. Sisa air jenuh pada 4 dibuang sebagai air
asin kembali ke samudra. Uap pada 3, oleh standart konvensional
powerplant, tekanan yang sangat rendah, spesifikasi fluida
kerja yang sangat tinggi (0.0317 bar, 43.40 m3/kg, dibandingkan
160 bar, 0.021 m3/kg untuk powerplant fosil modern). Diperluas
dalam desain turbin special yang dapat mengatur semua kondisi
sampai 5. Pada gambar. 15-4, tekanan kondensor dan temperatur pada
5 adalah 0.017 bar (0.247 psia) dan 15C (59F). Karena sistem
pembuangan turbin akan dilepaskan kembali ke air dalam siklus
terbuka, kondensor kontak langsung (Bag. 6-2) digunakan, dimana
pembuangan pada 5 dicampur dengan air dingin dari pipa dingin yang
dalam pada 6, yang hasilnya dalam air mendekati jenuh pada 7. Air
tersebut kemudian dibuang ke laut. Air pendingin mencapai kondensor
pada 13C diamati dari air dalam pada 11C (51.8F). Kenaikan suhu ini
disebabkan perpindahan panas antara air panas luar dan air dingin
dalam pipa karena naik ke pipa air dingin. Pada plant pertama
Claude, pipa tersebut terlalu besar untuk meminimalisir perpindahan
panas dan membawa 4000 m3/jam air yang hanya 10 persen digunakan
untuk pendinginan. Ada tiga perbedaan temperatur, semuanya tentang
2C: satu antara permukaan panas dan uap kerja, satu antara
pembuangan uap dan air pendingin, dan satu antara air pendingin
yang mencapai konsensor dan kedalaman laut. Hal ini
mempresentasikan ketakterbalikan eksternal yang mengurangi semua
perbedaan temperatur antara sumber panas dan tenggelam dari 27 - 11
= 16C (28.8F) hingga 25 - 15 = 10C (18F) sebagai perbedaan
temperatur yang tersedia untuk siklus kerja. Jelas karena perbedaan
temperatur yang sangat rendah tersedia untuk menghasilkan kerja,
perbedaan eksternal harus dijaga untuk meminimalisir secara nyata
untuk mencapai efisiensi setinggi mungkin. Sebagaimana pendekatan
yang diperlukan, sayangnya, juga menghasilkan arus air panas dan
dingin yang sangat besar dan karenanya tenaga pompa, sebaik pipa
air dingin yang besar dan berat.
Contoh 15-1 Siklus Claude memproduksi 100 kW (bruto) dioprasikan
pada kondisi dari gambar. 14-4. Turbin memiliki efisiensi
polytropic 0.80 dan generator turbin memiliki kombinasi efisiensi
listrik-mekanik 0.90. Kalkulasi aliran air permukaan dan kedalaman
dengan kg/s and m3/s, dan efisiensi siklus kotor dan plant.SOLUSI
Gunakan data temperatur uap rendah (dalam satuan SI) pada Tabel
15-1 (dari App. A).
Table 15-1 Data uap jenus pada temperatur rendah (satuan SI)
Evaporatorh1 = h = 27C = 113.2 kJ/kg v1 = 0.0010036 m3/kg h2 =
h1 = 113.2 = (h + x2hg) di 25C = 104.8 + x2 x 2442Maka,X2 =
0,00344, atau 0,344%
Air hangat aliran massa per satuan massa laju aliran turbin
Turbinh3 = hs at 25C = 2550 kJ/kg, s3 = 8.5570 kJ/(kg K)
Untuk turbin reversibel adiabatik, ekspansi adalah ke 5
Maka,
Kerja turbin adiabatik reversibel
Kerja nyata turbin wT
Catatan: Daya kotor pembangkit, 100 kW, dan efisiensi kotor
pembangkit, 2.5 persen, jangan dimasukkan dalam perhitungan pompa
masukan tambahan lain ke pembangkit.
Dapat dilihat bahwa massa dan volume lautan yang sangat besar
digunakan dalam sistem OTEC terbuka dan bahwa turbin bertekanan
sangat rendah yang menerima uap dengan volume khusus lebih dari
2000 kali dalam pembangkit fosil modern. Turbin menyerupai tahap
pembuangan akhir dari turbin konvensional dan secara fisik cukup
besar.Upaya lain untuk membangun pembangkit jenis Claude telah
dikerjakan oleh French corporation Energie Electrique de la Cote
d'lvoire di Abidjan di Pantai Gading, Africa, pada tahun 1950.
Pembangkit digunakan untuk operasi 7000-kW pada perbedaan
temperatur 20C (36F). Pipa air dingin berdiameter 2.4 m dan
diperluas pada kedalaman 4.8 km pada sekitar 5 km dari pantai. Pada
operasi sebenarnya seperempat dari keluaran bruto pembangkit
digunakan untuk menggerakkan berbagai peralatan. Keluaran penuh
tidak pernah terjadi karena sulitnya pemeliharaan pada pipa air
dingin.
15-4 MODIFIKASI DARI SIKLUS OTEC TERBUKA Perbaikan dan
modifikasi siklus Claude telah diusulkan dalam upaya mengubah hal
tersebut menjadi sistem ekonomi. Upayanya memfokuskan pada dua
area: perbedaan, efisiensi tipe evaporator, disebut controlled
flash evaporator, dan penggunaan pembangkit untuk kogenerasi
listrik dan air jernih.
Prinsip alat Penguap Lampu Kilat TerkontrolPrinsip dari
controlled flash evaporator (CFE) [145] telah berhasil digunakan
untuk menghasilkan boiler feedwater murni dari kondensor panas
pendingin air laut dalam pembangkit konvensional, sebaik untuk
memproduksi air tawar dari air laut tropis panas
Dalam evaporator volume mendidih digunakan dalam siklus awal,
air secara kasar pada depressurization. Gelembung uap berasal dari
permukaan turbulen membawa air asin, yang meningkatkan masalah
korosi. Hal ini dapat diatasi dengan menambahkan demisters (yang
menampung tetesan air garam) tapi dengan mengeluarkan tekanan lebih
lanjut dan penurunan suhu.Controlled flash evaporator, dengan
kontras, memiliki air laut panas (disebut air asin) menurun oleh
gravitasi dalam lapisan tipis, dengan tebal 1 mm, dengan cara
peluncuran tanpa gerak ke bawah. Tipe ruangan CFE adalah struktur
vertical, dengan panjang 2.5 m (~8 kaki) atau lebih, yang terdiri
dari sejumlah besar parasut vertical yang sejajar. Lapisan air,
pada kedua sisi parasut, penguapan tanpa proses keras dari
pembentukan gelembung dan peledakan yang terjadi pada evaporator
konvensional. Uap jernih, tanpa padatan, berasal dari lapisan dan
meningkatkan aliran massa dan volume sebagai penurunan kemajuan.
Karena perpindahan energi disebabkan oleh proses penguapan, air
asin dan uap menjadi dingin seiring dengan penurunan parasut. Uap
murni bertekanan rendah selanjutnya dikerjakan oleh turbin, dimana
ia menguap ke kondensor (Gambar 15-5).Deaeration minimum diperlukan
dalam CFE karena tidak ada keluaran yang terjadi gas yang tidak
terkondensasi. Deaeration diselesaikan oleh "ingestor" yang
beroperasi dengan prinsip mirip terhadap alat pembuang pancaran uap
SJAE (Bag. 6-3) kecuali bahwa tekanan rendah diperoleh dari
pengisap cairan yang menggunakan air asin dingin dari keluaran
parasut sebagai cairannya. Yang tidak terembunkan dan cairan
meninggalkan ingestor melewati lengan barometric (penyebar), dan
gas keluar dari larutan dan pemberhentian pada tekanan
atmosfer.
Uap berkualitas tinggi melalui turbin dari CFE sangat cocok
untuk listrik dan kogenerasi air jernih (dijelaskan di bawah).
Gambar 15-5 Skema siklus terbuka dengan kedua evaporator
controILed-flash dan kondensor permukaan untuk kogenerasi listrik
dan air tawar.
Kogenerasi Listrik dan Air JernihBerikut adalah kulit dan pipa
atau tipe lapis permukaan kondensor digunakan pada pembangkit di
samping kondensor kontak langsung yang digunakan dalam siklus
Claude. Air dalam yang dingin dipompa melalui pipa atau pada sisi
lapis permukaan kondensor dan dikembalikan ke lautan tanpa
mencampur dengan turbin pembuangan uap (Gambar. 15-5). Turbin
pembuangan menjadi air kondensasi yang jernih. Hal itu dapa dipompa
ke tekanan atmosfer dan digunakan sebagai air jernih untuk
penggunaan beragam. Ketika dikombinasikan dengan controlled flash
evaporator, kualitas air kondensasi sangat tinggi untuk memenuhi
standar agar dapat diminum dengan kandungan garam antara 1 dan 5
ppm.
Kerugian permukaan kondensor, bagaimanapun, bahwa hal itu
sedikit efektif daripada kondensor kontak langsung sehingga
dioperasikan pada turbin pembuangan dengan temperatur tinggi (serta
tekanan), dimana hasilnya agak menurun dalam siklus kerja bersih
dan efisiensi.Pembangkit pada Gambar. 15-5 menunjukkan turbin teluk
pada 0.4177 psia (0.0288 bar) dan 73F (22.8C) dan pembuangan pada
0.25611 psia (0.0177 bar) dan 60F (15.6C). Jika air jernih tidak
diinginkan, kondensor kontak langsung harus dapat digunakan dengan
turbin pembuangan pada 0.2330 psia (0.0161 bar) dan 57F (13.9C),
serta efisiensi dan keluaran pembangkit.Ide lain untuk penggunaan
dengan keterlibatan siklus terbuka menggunakan air dalam setelah
dibawa ke permukaan dan melewati kondensor. Seperti air, kaya akan
nutrisi karena mengandung organisme yang hidup di air cerah dekat
permukaan, dapat digunakan setelah dipanaskan dalam kondensor
sebagai sumber bahan makanan untuk kehidupan laut dalam pertanian
permukaan laut (mariculture).
15-5 ATAS TERTUTUP, ATAU ANDERSON, SIKLUS OTEC Meskipun upaya
pertama pada produksi daya dari perbedaan temperatur laut merupakan
siklus terbuka dari Georges Claude dari 1929, konsep asli
d'Arsonval's pada 1881 yang merupakan siklus tertutup juga
memanfaatkan permukaan laut yang panas dan air dalam yang dingin
sebagai sumber panas dan tenggelam, berturut-turut, tetapi
memerlukan jeda fluida kerja yang menerima dan menolak panas pada
sumber dan tenggelam melalui perpindahan panas (kondensor boiler
dan permukaan) (Gambar. 15-6).Fluida kerja dapat berupa ammonia,
propane, atau Freon. Operasi (penjernihan) tenakan seperti fluida
pada boiler dan temperatur kondensor sangat tinggi dibanding air
tersebut, dengan tekanan keras 10 bar pada boiler, dan volume
spesifik sangat rendah, dapat dibandingkan dengan pembangkit uap
konvensional (Tabel 15-2). (Lihat Appendix.)Tekanan dan volume
spesifik menghasilkan dalam turbin yang sangat kecil dan karena itu
lebih rendah biaya dibanding menggunakan uap tekanan rendah dari
siklus terbuka. Siklus tertutup juga menghindari masalah pada
evaporator. Hal itu,
bagaimanapun, membutuhkan penggunaan penukar panas yang besar
(boiler dan kondensor) karena, untuk efisiensi 2 persen, sejumlah
panas ditambahkan dan ditolak sebanyak 50 kali dari keluaran
pembangkit. Selain itu, perbedaan temperatur pada boiler dan
kondensor harus
Gambar 15-6 Skema pembangkit tenaga listrik OTEC siklus
tertutup.
dijaga serendah mungkin untuk membiarkan perbedaan temperatur
maksimal yang mungkin agar melewati turbin, yang juga ikut ke
permukaan luas dari unit ini.Pendekatan siklus tertutup pertama
kali diusulkan oleh Barjot pada 1926, tapi desain kebanyakan dibuat
oleh Anderson dan Anderson pada tahun 1960 [146]. Siklus tertutup
terkadang merujuk pada siklus Anderson cycle. Andersons memilih
propane sebagai fluida kerja dengan perbedaan suhu 20C (36F) antara
permukaan panas dan air dingin, kedalaman sekitar 600 m (2000
kaki). Propana diuapkan dalam boiler pada 10 bar (145 psia) atau
lebih dan dibuang dalam kondensor pada sekitar 5 bar.Usaha untuk
meminimalisir massa dan sejumlah bahan (serta biaya) digunakan
untuk menghasilkan penukaran panas yang sangat besar, sistem OTEC
Anderson memakai tipe lapisan tipis penukar panas dan malah lebih
berat serta lebih mahal penukar panas kulit dan pipa. Untuk
membantu mengurangi ketebalan lapisan, penukar panas ditempatkan
pada kedalaman dimana tekanan statis dari air di dalam penukar sama
dengan tekanan fluida kerja. Oleh karena itu jika propane merupakan
fluida kerja pada boiler dengan suhut 80F (26.7C) dan 143.6 psia
(9.9 bar) (Tabel 15-2), boiler
Tabel 15-2 Perbandingan tekanan penjenuhan dan volume spesifik
dari empat fluida pada suhu rendah
Gambar 15-7 Pembangkit tenaga listrik tertutup siklus mengambang
[142].
akan ditempatkan pada kedalaman (glgc) 143.6 x 144/64 325 kaki
(~100 m),* dimana 64 adalah rata-rata kerapatan air laut dalam
lbm/kaki.3 Kondensor, disisi lain, jika beroperasi pada 40F (14.4C)
dan 77.8 psia (5.36 bar), akan ditempatkan padat (glgc) 77.8 X
144/64 175 kaki ( 53 m). Dengan kata lain pembangkit akan
didesain
sedemikian hingga agar sebagian besar masuk ke dalam air dan
dilabuhkan sehingga kondensor akan lebih tinggi dari boiler.
Turbin, pompa, tangki penyimpanan, kompresor, dan perlengkapan lain
akan ditempatkan di tengah geladak. Gambar 15-7 menunjukkan
pembangkit yang mengapung. Ingat susunan kondensor (4) menerima air
dingin dari pipa air dingin (1). Pipa tersebut memperpanjang 2000
kaki (-610 m) di bawah permukaan. Kondensor diletakkan di atas (7),
yang menerima air panas permukaan dari pipa permukaan teluk (5).
Ingat juga ruang yang dikurangi udaranya dibutuhkan untuk operais
dan pemeliharaan. Sisipan dalam gambar menunjukkan usulan desain
dari penukar panas tipe lapisan. Pembangkit dirancang berdasarkan
suhu 20C (36F) perbedaan temperatur air panas-dingin dan propana
sebagai fluida kerja. Sebanyak 14 persen dari daya kotor diharapkan
akan digunakan secara internal. Ukuran pembangkit tentulah sangat
besar.
15-6 PERKEMBANGAN OTEC TERKINIMasalah yang dihadapi pada
perkembangan komersial dari sistem OTEC adalah pasukan. Sebagian,
seperti perbedaan temperatur dan masalah penguapan, telah kita
diskusikan. Di samping itu, untuk sistem terbuka, turbin mampu
menghasilkan 10 MW atau lebih menggunakan uap tekanan rendah belum
bisa dikembangkan. Untuk sistem tertutup, penukar panas lebih besar
dari semua yang telah dibangun harus dirancang dan dibangun. Untuk
semua sistem, pompa mampu mengatur sejumlah besar air dari
perkembangan sejauh ini harus dikembangkan. Disebutkan bahwa
keluaran yang relatif kecil (standar pembangkit modern) pembangkit
OTEC menghasilkan 100 MW akan memiliki aliran air sebanding yang
melalui Bendungan Boulder. Sepanjang (~1 km), diameter (mencapai 30
m) pipa air dingin, lebih besar dari yang pernah dibuat, harus
dirancang, diproduksi, dan dipasang. Keseluruhan pembangkit harus
ditempatkan dan ditambatkan pada kedalaman tanpa pernah ada kapal
sebelumnya. Penyebaran kabel listrik untuk membawa daya ke laut
harus dilakukan hati-hati karena akan diperlakukan dengan tekanan
keras dari berat asli sebagaimana arus laut dan pusaran.
Disisi lain, pembangkit OTEC tidak akan mampu menahan badai laut
melampaui masa hidupnya, korosi oleh air garam, erosi karena aliran
volume besar, biofouling karena pertumbuhan ganggang, dan lapisan
karang oleh berbagai hewan laut seperti remis.Karena ukuran
komersial sistem OTEC sangat besar dan mengalami berbagai masalah
ketika diletakkan di posisi diam, pemodelan pembangkit OTEC
akhir-akhir ini difokuskan pada pembangkit skala kecil dan
menggunakan konsep pembangkit kapal OTEC. Dalam konsep ini,
pembangkit dibangun pada bagian kapal. Dinamakan pembangkit kapal
penggembala akan dipandah pada kecepatan rendah (sekitar 0.5 knots)
dalam pencarian permukaan air terpanas. Listrik dibangkitkan
menggunakan papan untuk menghasilkan daya dari produk energi
intensif seperti aluminum, magnesium, nikel, berbagai gabungan
logam, semikonduktor, dll., untuk tambang laut dalam seperti
mineral misalnya mangan, kobalt, nikel, atau untuk proses kimia
dari produk seperti ammonia.Perbatasan benua Amerika Serikat
memiliki perbandingan kecil wilayah pesisir dan pedalaman dan
sumber air panas yang relative terbatas. Perlengkapan listrik
komersial telah dilirik dalam OTEC, dan hal itu dilimpahkan pada
pemerintah pusat untuk mengambil alih penelitian dan perkembangan
hal ini. Kasus untuk OTEC lebih menjanjikan untuk pulau yang
memiliki kerapatan rendah, yang tergantung bahan bakar fosil impor
untuk membangkitkan listrik, dan memiliki sumber air panas yang
relatif besar dalam hubungan dengan kebutuhan energi. Departemen
Energy Amerika atau Department of Energy (DOE) bertujuan untuk
upaya pertama di beberapa pulau misalnya Hawaii, Puerto Rico,
kepulauan Virgin, Guam, American Samoa, dan lainnya. Program
pemerintah OTEC dimulai pada awal tahun 1970 sebagai salah saru
dari enam pilihan untuk menyelidiki dalam usaha untuk mengurangi
ketergantungan Amerika pada minyak import.Hasil awal dari program
adalah fasilitas uji dinamakan OTEC-1, yang telah dipasang pada
26.000 ton kapal tangki dan dioperasikan pada 1980. Usaha tersebut
dibiayai oleh DOE dan dibangun oleh perusahaan TRW, serta
perusahaan Global Marine Development. Kapal pertama diletakkan pada
29 km (18 mi) dari pelabuhan Kawaihae, Hawaii dengan kedalaman 1220
m (4000 kaki). OTEC-1 merupakan penukar panas siklus tertutup tanpa
turbin atau pembangkit listrik. Hal itu bertujuan
untuk menguji rancangan penukar panas dan penampilan dan
evaluasi perkembangan korosi dan biofouling. Terdiri dari kulit
titanium 1-MW dan tabung penukar panas yang dirancang untuk
mensimulasi unit 10-MW yang lebih besar. Hal itu memiliki tiga pipa
air dingin sepanjang 853 m (2800 kaki) dan diameter 1.2 m (4 kaki).
OTEC-1, sekarang diberhentikan, telah disukseskan oleh sistem
pembangkit utuh untuk operasi pada pertengahan tahun 1980.
Pemerintah telah menyelenggarakkannya.Demonstrasi Amerika kedua,
disebut Mini-OTEC, adalah $3 juta pembangkit listrik dibiayai oleh
negara bagian Hawai, perusahaan Lockheed Missile and Space, Alfa
Laval Thermal, dan Dilington corporation. Pembangkit ini juga
diletakkan dalam kapal, angkatan laut Amerika, dan dioperasikan
pada Agustus-November tahun 1979. Termasuk penukar panas titanium
tipe lapisan dan satu pipa pendingin sepanjang 660 m (2170 kaki)
dan diameter 0.6 m (2 kaki). Menghasilkan 50 kW daya listrik kotor
namun hanya 12 dan 15 kW yang bersih. Kinerja mendekati dengan
prediksi rancangan.Sebelah Amerika, hanya teluk Meksiko dan pesisir
timur Florida yang berdekatan dengan air yang mempunyai perbedaan
temperatur cukup dan cukup dekat dengan daratan untuk menurunkan
transmisi daya. Karena pembatasan ini, masa depan OTEC di Amerika
belum pasti baik.Pada arena internasional, sejumlah negara cukup
aktif dalam penelitian dan pengembangan OTEC. Negara tersebut
adalah Jepang, Perancis (tentu adalah perintis sistem Claude),
Swedia, Jerman Barat, dan Belanda. Upaya menarik mungkin
meningkatkan untuk menghasilkan 100 kW berdasarkan pembangkit yang
kepulauan laut pasifik Nauru berjanji dengan Jepang. Harapannya
semoga ini dan unit mendatang yang lebih besar, Nauru akan
berkembang menjadi pusat industri energi.
15-7 GELOMBANG LAUT Seperti angin (Bab 14) dan OTEC, samudra dan
gelombang laut disebabkan secara tidak langsung oleh energi surya.
Gelombang dihasilkan oleh angin, yang berputar oleh pemanasan surya
tak rata dan akibat pendinginan kerak bumi dan rotasi bumi. Energi
gelombang sangat aktif, serta, dapat (seperti energi angin)
berkonsentrasi daripada peristiwa energi surya meski pada
puncak. Alat yang merubah energi dari gelombang dapat memproduksi
kerapatan daya lebih tinggi dari alat surya.Pemanenan energi dari
gelombang telah menjadi mimpi manusia. Namun, telah terjadi krisis
energi yang didorong serius mencoba pada pemanfaatan gelombang
untuk menghasilkan listrik. Selama decade 1970 banyak hak paten
diajukan untuk melakukan ini, meskipun kebanyakan rumit dan mudah
hancur karena badai laut yang sangat dahsyat. Keuntungan utama dari
tenaga gelombang, seperti kebanyakan energi alternative, hal ini
gratis dan dapat diperbaharui. Selain itu, peralatan tenaga
gelombang, tidak seperti peralatan surya atau angin, tidak
memerlukan massa yang besar, relatif bebas polusi dan, karena
mengambil energi dari gelombang, meninggalkan air dalam keadaan
tenang. Rangkaian alat diletakkan, seperti seharusnya, dimana ada
aktivitas gelombang yang besar, disisi lain dapat menghasilkan
perlindungan listrik pada garis pantai dari kerusakan seperti
gelombang, meminimalisir erosi, dan membuat pelabuhan buatan.
Konsep arah jalan pada peralatan telah diajukan untuk melakukan hal
ini.Ada beberapa kerugian. Seperti kebanyakan energi alternatif,
gelombang tidak dapat diandalkan, dan terdapat kelangkaan relatif
dari gelombang yang besar. Selain sebagian peralatan yang diajukan
relatif rumit dan kurang dari kekuatan mekanik yang diperlukan
untuk menahan gangguan badai laut. Faktor ekonomi seperti penanaman
modal, biaya pemeliharaan, perbaikan dan penggantian, sebagaimana
masalah pertumbuhan biological dari organisme laut, semuanya
relatif tidak diketahui dan nampak seperti sisi lain yang
besar.Lokasi di dunia yang mungkin cocok termasuk Molakai dan
Alenuihaha di kepulauan Hawai, dimana tingginya 6 hingga10 kaki
(puncak ke palung) gelombang normal selama periode angin pasat,
pesisir pasifik Amerika Selatan, perbatasan laut Arab ke Pakistan
dan India, laut atlantik selatan Skotlandia, pesisir Inggris dan
lainnya [147]. Gambar 15-8 adalah spektrum
Gambar 15-8 Spektrum dari tinggi dan perioda gelombang untuk
pantai New England [147]
tinggi gelombang dan periode untuk pesisir Inggris. Menunjukkan
bahwa gelombang setinggi 6 kaki atau lebih dengan periode selama 6
detik atau lebih kecil terjadi sekitar setengah dari waktunya.
15-8 GERAKAN GELOMBANG Gelombang dua dimensi yang memiliki
permukaan bebas dan dihasilkan oleh gravitasi (Gambar. 15-9)
dikarakterisasi oleh hal-hal berikut:
= panjang gelombang = c, m atau ft = amplitudo, m atau ft 2 =
tinggi badan (dari puncak ke lembah/palung), m atau ft = periode, s
= frekuensi = 1 / , s-1 c = kecepatan rambat gelombang / , m / s
atau ft / s n = fase sudut = 2 / , s-1
Periode dan kecepatan cahaya c tergantung panjang gelombnag dan
kedalaman air (Tabel 15-3 dan Gambar. 15-10). Rentang di bawah ini
garis dalam tabel menunjukkan kebanyakan gelombang.Hubungan antara
panjang gelombang dan periode dapat ditunjukkan oleh.
= 1.56 2 ( dalam m, di s) (15-3 )atau = 5.12 2 ( dalam ft, di s)
(15-3 b)
Gambar 15-9 menunjukkan isometric dari dua dimensi gelombang,
dipresentasikan oleh gelombang sinusoidal sederhana pada waktu 0.
Gelombang melintang juga menunjukkan pada waktu 0 dan Gelombang
tersebut dituliskan. (15-4 )
(15-3 b)
dimana y = artinya tinggi di atas permukaan, m atau ft = waktu,
sm = 2/, m-1, atau ft-1 (mx - n) = 2 (x/ /) = sudut fase,
berdemensi
Ingat bahwa penampang gelombang pada waktu memiliki bentuk sama
dengan saat waktu 0, kecuali ada pergeseran dari jarak x = / =
(n/m). Ketika = , x = dan penampang gelombang dianggap pada posisi
awal.
Gambar 15-9 A Gelombang progresif khas, = amplitudo, = panjang
gelombang, menunjukkan dua-dimensinal gelombang dan amplitudo pada
waktu 0 dan pada saat
Meskipun gerak gelombang selalu kesamping, misalnya pada arah x
dengan kecepatan rambat c = /, pergerakan air sendiri bukan,
meskipun muncul tipuan seperti itu. Pada kenyataannya partikel
tambahan di air berotasi di tempat dalam arah elips pada bidang
perambatan, dengan sumbu horizontal dan vertikal, sebagaimana dapat
disaksikan ketika meletakkan gabus di air. Arah partikel air pada
kedalaman berbeda tetapi dengan posisi sama ditunjukkan oleh
Gambar. 15-11. Sumbu horizontal dan vertical dari elips diberikan,
sebagai berikut, oleh [148, 149].
Dimana, = sumbu horizontal = sumbu vertical h = kedalaman air =
jarak dari dasar
Persamaan (15-5) menunjukkan bahwa secara umum > , yang
bervariasi dari 0 pada dasar di mana = 0 ke , pada permukaan di
mana = h, dan bahwa untuk kedalaman besar dan gerak melingkar di
permukaan. Gelombang memiliki baik energi potensial dan energi
kinetik. Berikut adalah penjelasan untuk subbab selanjutnya.
15-9 ENERGI DAN DAYA DARI GELOMBANG Total energi gelombang
adalah jumlah energi yang potensial dan kinetik.
Gambar 15-10 Variasi dari periode gelombang dan kecepatan c
dengan panjang gelombang dan kedalaman
Gambar 15-11 berbentuk elips garis edar partikel air pada
ketinggian yang berbeda. C = kecepatan perambatan gelombang, h =
kedalaman air, = jarak dari bawah
Potensial Energi Potential energy terjadi dari tingginya air di
atas level tengah (y = 0). Mempertimbangkan diferensial volume y dx
(Gambar. 15-9), akan menjadikan ketinggian sedang y/2. Sehingga
energi potesialnya menjadi
(15-6)
Dimana, m = massa dari cair dalam y dx, kg atau ft/lbmg =
gravitasi percepatan, m/s2 atau ft/s2gc = faktor konversi 1.0 kg
m/(N s2) atau 32.174 lbm ft (lb s2) = kerapatan air, kg/m3 atau
lbm/ft3L = semuanya lebar dari gelombang dua dimensi, atau tegak
lurus terhadap arah perambatan gelombang x, m atau ftSubtitusi
ke-Pers. (15-6) dan (15-4b) dan mengintegralkan menghasilkan energi
potensial PE dalam J atau ft - lb
(15-7)
Kerapatan energi potensial per satuan luas PEM/ A, dimana A = L,
di J/m2 atau ft lb/ft2, kemudian diberikan oleh
(15-8)
Energi kinetik Energi kinetik gelombang adalah cairan antara dua
bidang vertical yang tegak lurus dengan arah perambatan x dan
meletakkan satu terpisah. Asal energi kinetic sedikit rumit dan
melebihi jangkauan buku ini. Namun, dari teori hydrodynamic,
ditunjukkan oleh [148]
(15-9)
Dimana, adalah potensial rumit ditunjukkan oleh
Dan z adalah jarak yang diukur dari titik acuan. Integral pada
pers. (15-9) ditunjukkan pada area melintang terikat antara dua
bidang vertikal. Hasilnya adalahadalah
(15-10)dan kerapatan energi kinetik adalah
(15-11)Jumlah Total Energi dan Daya Nampak bahwa energi
potensial dan kinetik dari gelombang sinus identik, jadi energi
total E adalah setengah potensial dan setengah kinetik. Kerapatan
energi total density dituliskan
(15-12)
Daya P energi per satuan waktu diberikan untuk gelombang oleh
frekuensi energi. Jadi kerapatan daya, W/m2 or ft lb//(s ft2),
diberikan oleh (15-13)Contoh 15-2 A 2-m gelombang memiliki periode
6-s terjadi pada permukaan air dengan kedalaman 100 m. Tentukan
panjang gelombang, kecepatan gelombang, sumbu horizontal dan
vertical untuk gerak gelombang pada permukaan, dan energi dan
kerapatan daya dari gelombang. Kerapatan air = 1025 kg/m3.
Catat, karena kedalaman besar, maka sumbunya sama, jadi
gerakannya melingkar. Catat juga bahwa mereka kecil dibandingkan
dengan panjang gelombang, jadi gerakan air lebih utama
vertical.
Gelombang dua meter, tentu, tidak terjadi sepanjang waktu.
Namun, di daerah dengan aktivitas gelombang tinggi, 2 m adalah
pertengahan dengan laut lebih berat dan lebih tenang terjadi
sekitar 50 persen sepanjang waktu (Gambar. 15-8). Energi total dan
kerapatan daya melebihi periode waktu seharusnya membawa spektrum
ke dalam perhitungan. Dengan kerapatan ini sebanding dengan a2,
kerapatan rata-rata akan lebih besar daripada nilai yang tertera di
contoh 15-2.Ini mengandung pelajarran untuk perbandingan nilai ini
dengan kejadian rata-rata surya harian dimana, di barat daya
Amerika, nilai 240 W/m2, atau 0.0223 kW/ft2, terkadang digunakan.
Jadi, kerapatan daya lebih tinggi. Perbandingan utama harus
dimasukkan dalam perhitungan efisiensi dari konnversi energi
listrik seperti faktor lain, misalnya modal utama untuk daratan dan
perlengkapan, biaya operasional, biaya penyimpanan energi, dan
faktor lain. Pada subbab selanjutnya beberapa peralatan yang
mengubah energi gelombang ke energi mekanik, dan untuk energi
listrik, akan dijelaskan.
15-10 ENERGI-GELOMBANG DIUBAH MENGGUNAKAN PELAMPUNGSeperti
terlihat di atas, gerakan gelombang yang utama adalah horizontal.
Tetapi gerakan utama air adalah mendatar. Gerakan selanjutnya
terbuat dari pelampung yang memanfaatkan kekuatan mekanik. Konsep
pergerakan pelampung yang lebih besar adalah bergerak naik- turun
akibat air dengan katup stasioner yang relatif. Aktivitas percikan
akan diubah menjadi mekanik dan kemudian menjadi kekuatan
elektrik.Sistem ide utama oleh Martin [150] ditunjukkan pada gambar
15-12. Pelampung persegi bergerak naik dan turun dengan air, katup
dari keempat saluran merupakan bagian dari pelampung. Pelampung
akan dikendalikan dengan air oleh keempat pelampung bawah air
ditangki menjadi pembantu menimbullkan gaya yang tidak signifikan
vertikal atau horizontal.
Gambar 15-12 Skema dari pelampung gelombang- mesin berkekuatan
[150]Pengukuran pelampung sampai gelombang melewatinya. Tumbukan
pada sirip-sirip mungkin digunakan untuk mengurangi gerakan yang
terjadi. Pelampung tersebut menjadi stasioner relative pada jarak,
setiap lautan yang berat. Bentuk alternative digunakan untuk
membantu pelampung, jika air memilliki kedalaman. Hal itu
ditunjukan bahwa pelampung dapat terbuat dari campuran plastik
dengan inti plastik untuk meredam kebutuhan energi.Penambahan pada
pelampung adalah sebuah piston yang bergerak naik dan turun dalam
sebuah silinder menjadi penambahan dari pelampung yang mungkin
bergerak relative stasioner. Silinder dan piston ini disusun untuk
penggunakan kompresor tipe percik. Gerakan ke bawah oleh piston
mengalirkan udara ke dalam silinder kemudian masuk melalui katup.
Gerakan ke atas akan menekan udara dan mengirimnya melalui katup
keluar menuju keempat tangki bawah air melalui empat saluran.
Keempat tangki pelampung menggunakan saluran ganda dan katup
pelampung.Udara yang bertekanan akan memenuhi tangki yang akan
digunakan untuk mengendalikan turbin udara sehingga menggerakkan
generator listrik. Kemudian srus listrik akan disalurkan melalui
kabel bawah air.
Sebuah asumsi ideal tentang siklus kompresor percik, (Gambar
15-13), prinsip kerja, aliran massa, dan hubungan lain dapat
mengikuti analisis thermodinamika sebagai fungsi dari langkah
pengisisan dan pengosongan, pada gelombang berat, dan kondisi
saluran masuk. Tinggi pelampung biasanya dipengaruhi penambahan
dari berat gelombang 2a menjadi langkah piston.Udara Memasuki
kompresor pada tekanan atmosfer, volume, dan suhu P0, V0, dan T0.
sebagai P1, V1 dan T1. Namun, dingin dalam tangki penyimpanan
kembali ke TO (seolah-olah itu dikompresi isotermal sepanjang garis
putus-putus). Volume baru V2 = V0 P0 / P1, dan tekanan P 2 P1.
Udara tersebut untuk memutar turbin. Asumsi ideal (aliran
adiabatic) contoh
Gambar 15-13 merupakan siklus kompresor percik dan langkah
piston.
Usaha, kerja, pada J/kg atau Btu/lbm, Dari turbin per satuan
massa udara yaitu
dimana
rc/re diambil sebagai 1.1, ketika mempertimbangkan uji kelayakan
mekanis. Pengoptimalan dari system di atas [150] ditunjukan pada
nilai kekuatan yang diberikan 0.05 kW/ft2Dibandingkan dengan 0,0223
kW/ft2 insiden energy surya pada keadaan panas, dimana tidak dapat
memenuhi pada keadaan ganda dalam efisiensi dari perubahan energy
surya, biasanya lebih dari 10 persen.Modul pengkuran pada gerakan
gelombang dijelaskan karena penambahan modul gelombang searah dari
gerakan gelombang akan mempengaruhi modul lainnya yang searah. Hal
itu dapat ditunjukan bahwa nilai linier untuk menghasilkan 100MW
atau lebih. Problem lainnya banyak diantaranya dari skema :1.
Gelombang tidak sempurna sinusoidal.2. Aspirasi dari air menuju
saluran masuk dan peredaman oleh gelombang yang lebih besar.3. Air
yang masuk pada turbin.4. Masalah pada bahan, seperti biaya dan
korosi (yang mungkin sebagian diatasi dengan penggunaan plastik).5.
Desain untuk menahan badai.6. Pertumbuhan kelautan.7. Daya
transmisi untuk pantai.15-11 MESIN GELOMBANG AKUMULATOR BERTEKANAN
TINGGIPada mesin ini, dipasang untuk mengompresi tekanan udara pada
air dengan sendirinya dan disalurkan dengan tekanan tinggi atau
menekan pada penampung yang bertekanan tinggi, dari hal itu aliran
tersebut akan melalui turbin air pada generator listrik. Ini
terjadi karena ada perubahan volume yang lebih besar dari tekanan
aliran air pada gelombang menjadi volume yang lebih kecil dari
tekanan tinggi air oleh penggunaan piston komposit. Piston ini
terdiri dari piston utama berdiameter besar dan piston berdiameter
kecil di pusatnya. Dalam satu desain, akumulator hidrolik (Gambar
15-14) piston utama bergerak di dalam silinder generator yang
terendam sedangkan piiston kecil bergerak di dalam silinder daya.
Gelombang air dapat masuk dan keluar melalui lubang bagian bawah,
sehingga menyebabkan piston utama bergerak ke atas dan ke bawah.
Sebuah katup tertutup air berada diatas piston kecil. Pada langkah
ke atas , tekanan pada piston utama diperbesar pada piston kecil
dengan rasio terbalik dari pengkuadratan diameter kedua piston.
Jadi jika diameter piston adalah 100 dan 20 cm, masing-masing
gelombang 2 m akan diperbesar menjadi 25 kali untuk H dari 50 m.
Dengan densitas air laut rata-rata 1.025 kg/m3 (64 lbm / ft3), hal
ini sesuai dengan tekanan Hg / gc, yaitu sekitar 5 bar (~72,5psi).
Air bertekanan tinggi dibentuk melalui cara satu atas katup ke
akumulator hidrolik dibagian atas generator. Volume dua udara (atau
gas lain) mengimbangi dan bereaksi sebagai peredam di ruang atas
piston utama dan di kompartemen tertutup di akumulator hidrolik.
Yang terakhir, juga mempertahankan tekanan air yang tinggi. Bagian
dari arus air bertekanan tinggi melalui roda Pelton atau turbin
Francis hidrolik yang menggerakkan sebuah generator listrik dan
kemudian disalurkan ke ruang penyimpanan di bawah turbin.Pada
peluang dari gelombang, piston komposit didorong ke bawah oleh
tekanan gas di atas piston utama, dengan demikian bekerja sebagai
mata air. Pada saluran buang turbin
Gambar,15-14 mesin gelombang hidrolik akumulator [151].
volume air yang tersimpan didalam mesin terserap ke dalam
silinder pompa melalui katup pengembali satu arah sedangkan katup
diatas tertutup, dan siklus tersebut terulang kembali. Akumulator
hidrolik cukup besar untuk memungkinkan operasi turbin yang terus
menerus meskipun gelombang tersebut berputar. Sebuah motor hidrolik
akumulator 500-W pembangkit dibangun di Jerman oleh Harold Kayser
pada tahun 1975 untuk tujuan daya navigasi pelampung [151]. Sebuah
desain untuk generator 1-kW memiliki diameter piston 100 cm dan 25
cm dan 12-cm sebuah turbin roda Pelton yang memiliki nosel 7-mm
yang bekerja pada 2300 rpm. Perhitungan desain untuk unit,
berdasarkan 70 persen efisiensi sistem dan gelombang 2,5-m dari
periode 7s, menunjukkan langkah piston dari 0,64 m, laju aliran
bertekanan tinggi per siklus, pompa berputar dari 20 dm3 /s, dan
terus menerus turbin-Pelton akan mengalirkan aliran dari 3 dm3/s di
bawah permukaan yang berukuran 50 m. Cairan, selain air, dapat
dipilih untuk katup tertutup yang berfungsi untuk menghilangkan
korosi dan titik beku. Alkohol adalah salah satu contoh cairan
untuk menghilangkan korosi. Perlakuan khusus harus diberikan pada
seal antara piston dan silinder yang tepat dan memiliki gesekan
rendah. Sebuah diafragma telah dipilih.
Piston dan silinder yang akan dibuat dari serat kaca sebagai
penguat plastik, beton-logam, aluminium, atau baja.Sebuah
alternatif untuk konsep akumulator tekanan tinggi adalah konsep
tingkat tinggi reservoir (Gambar 15-15). Sebuah perbesaran piston
dengan tekanan serupa yang digunakan, akan tetapi tekanan air
dinaikkan ke reservoir alami di atas gelombang generator, yang
harus berada di dekat garis pantai, atau ke sebuah reservoir air
buatan. Air dipenampungan.
Gambar 15-15 Skema reservoir dari mesin gelombang tingkat
tinggiDibuat untuk mengaliri melalui turbin yang akan kembali ke
permukaan laut. Perhitungan ini menunjukkan bahwa diameter
generator jenis 20m dapat menghasilkan 1 MW. Meskipun akumulator
hidrolik adalah salah satu perangkat yang dapat mengambang bebas,
pada reservoir tingkat tinggi mesin stasioner. Masalah yang
membutuhkan solusi adalah gerakan dan redaman getaran dalam
kompensasi sisa serta turun naiknya harus diperhatikan.
15-12 MESIN GELOMBANG LAINMesin Gelombang Daya Tipe LumbaDesain
dasar dari generator gelombang daya tipe lumba telah dikerjakan
pada Laboratorium Penelitian Tsu di Jepang. Komponen utama dari
sistem (Gambar 15-16) adalah lumba, pelampung, batang penghubung,
dan dua generator listrik.Pelampung memiliki dua gerakan. Yang
pertama adalah gerakan berputar di sekitar titik tumpu sendiri
dengan batang penghubung. Hal ini menyebabkan gerakan putar relatif
antara pelampung dan batang penghubung. Gerakan lainnya adalah
gerakan vertikal atau sekitar titik tumpu batang penghubung. Hal
ini menyebabkan gerakan bergulir putar relatif antara batang
penghubung dan lumba-lumba stasioner. Dalam dua kasus, gerakan bisa
diperkuat dan diubah oleh roda gigi ke dalam gerakan berputar terus
menerus yang mengerakkan dua generator listrik.
Gambar 15-16 Skema generator air jenis lumba (Tsu Research
Laboratories,)Sebuah model berskala diuji pada tahun 1980 di lembah
sungai. Hasil yang didapatkan adalah terserapnya seluruh kekuatan
gelombang yang diterapkan dari 90 W dengan sempurna mengurangi
gelombang hilir 20 W yang digunakan dalam mengurangi kerugian
mekanik dan listrik untuk menghasilkan energy listrik 70 W.
Percobaan pada pelampung berukuran 3 x 1 x 0,5 m menunjukkan hasil
daya sebagai berikut
(15-15)
Dimana, P/L = daya per satuan panjang untuk gelombang tegak
lurus, kW / m = amplitudo gelombang (setengah ketinggian), m =
periode gelombang, s
Jadi jika tinggi gelombang adalah 2 m dan periode adalah 6
detik, menghasilkan daya linier sekitar 10 kW/m. Sebuah unit
kesatuan linier sebesar 1 km sehingga akan menghasilkan 10 MW.
Percobaan lepas pantai direncanakan untuk masa depan. Sistem ini
dipertimbangkan untuk digunakan sebagai pembangkit daya listrik,
pompa untuk peralatan desalinasi, atau untuk memperoleh uranium
dari laut. Karena sepenuhnya menghilangkan gelombang, sistem dapat
memberikan tempat yang cocok untuk budidaya ikan, fasilitas
pelabuhan, dll
Konsep Bendungan AtollBendungan-atoll adalah perangkat konversi
gelombang daya (Gambar 15-17) dirancang oleh Wirt dan Morrow dari
Lockheed Corporation, Burbank, California. Bendungan-atoll
merupakan perangkat besar dan kuat yang muncul untuk mengatasi
beberapa kelemahan dari perangkat/alat lain, yaitu, kompleksitas
dan kerapuhan yang terjadi dilaut sangat berat. Hal ini dikatakan
cukup kuat untuk bertahan dari badai laut.Disebut sebagai
Bendungan-atoll karena dapat menggabungkan beberapa karakteristik
dari kedua bendungan dan atoll. Prinsip operasi didasarkan pada
Gambar 15-17 bagian mendatar dari mesin gelombang bendungan-atol
menunjukkan aliran air (Lockheed.)
Mengamati aksi gelombang ketika mendekati atoll (pulau-pulau
vulkanik kecil) dilautan. Gelombang dapat meredam sekitar atoll
dari segala sisi, berakhir dalam sebuah spiral ditengah, lalu
turbin digerakan sebelum digunakan dan kemudian dibebaskan ke luar.
Sebuah modul, dengan diameter maksimum 80 m dan tinggi 20 m,
dikatakan mampu menghasilkan 1 sampai 1,5 MW dalam periode
gelombang 7 - 10s. Gambar 15-18 menunjukkan konsepsi seorang
seniman gelombang energi bendungan-atoll "peternakan."
The Raft Multiple-PontoonIni adalah sistem yang dikembangkan
dengan dukungan pemerintah Inggris oleh Wavepower, Ltd, dari
Southampton. Konsep ini dirancang oleh Sir Christofer Cockerell,
penemu hovercraft tersebut. Sebuah model berskala 1-kW menjalani
uji laut di Solent Isle of Wight pada tahun 1978.Mengambil
keuntungan dari aktivitas gelombang di sekitar kepulauan Inggris,
skala penuh masa depan mungkin dapat berlokasi dilepas pantai barat
Skotlandia atau mendekati barat selat Inggris. Mereka akan
menghasilkan 2 MW per rakit. Serangkaian rakit 8 sampai 16 km (5
hingga 10 mil) lepas pantai dan jangkauan sekitar 24 km (15 mil)
paralel ke pantai bisa menghasilkan 500 MW. Hal ini diyakini bahwa
untuk daya gelombang Inggris menawarkan potensi lebih besar
daripada sumber energi terbaru lainnya dan bahwa garis 1000-km (630
mil-) mesin gelombang daya bisa menghasilkan setengah dari
Permintaan kebutuhan listrik Inggris.
Gambar 15-18 Sebuah konsepsi dari sebuah mesin bendungan
gelombang. (Courtesy Lockheed corporation, Burbank,California)
15-13 AIR PASANGAir pasang merupakan bersumber energy yang
dihasilkan dari lautan. Energi ini dapat dimanfaatkan untuk
perairan pantai dengan membangun bendungan yang menjebak air saat
air pasang dan melepaskannya saat surut untuk kembali ke laut. Daya
kemudian dapat diperoleh dari turbin diluar arus air. Jumlah energi
yang tersedia sangat besar tetapi hanya di beberapa bagian
dunia.Energi pasang surut ini hampir mirip dengan energy air,
karena menggunakan energi potensial air. * Keduanya telah digunakan
selama berabad-abad. Energy ini digunakan di Inggris dan Eropa.
Contoh awal adalah miller di Woodbridge, Suffolk, yang menggunakan
air pasang untuk pabrik gandum pada 1170. Lainnya adalah kincir air
pasang yang dibangun pada abad keenam belas di bawah Jembatan
London dan memasok air ke London hingga abad kesembilan belas.
Pabrik pasang lainnya adalah umum untuk ratusan tahun. Hal itu
dapat digunakan, khususnya pada abad ketujuh belas dan kedelapan
belas, untuk menggiling biji-bijian, menggergaji kayu, memompa air,
dll. Pabrik - pabrik itu ditemukan di Inggris, New England, Rusia,
dan tempat-tempat lainnya. Salah satu karya ilmiah paling awal
tentang pasang surut ditulis oleh George Darwin, anak dari ahli
biologi Charles Darwin yang diterbitkan pada tahun 1898
[152],Pasang-surut, sebagaimana yang kita lihat, meskipun tidak
nyaman karena pasang-surut datang beberapa kali dari hari ke hari,
tapi masih memiliki rentang , dan output yang besar, sehingga
membutuhkan pengeluaran modal yang cukup besar. Penggunaan awal
tersebut menurun dan akhirnya berhenti dengan kedatangan batu bara
yang harganya cukup terjangkau. Dengan awal krisis energi pada
tahun 1970, energi pasang surut, seperti sumber energi terbaru
lainnya, mendapat perhatian untuk diperbaharui kembali.Air pasang
yang berirama tapi tidak konstan, juga tidak terjadi secara
teratur. Kemunculan tersebut terjadi karena perimbangan gaya,
terutama gaya gravitasi bulan dan matahari, keduanya bekerja
bersama-sama dengan bumi untuk menyeimbangkan gaya sentrifugal pada
air akibat rotasi bumi. Hasilnya adalah munculnya irama jatuhnya
air. Pasang surut yang ditandai dengan tanda dan jangkauan R.Tanda
pasang surut bervariasi dari hari ke hari karena orbit bulan tidak
terjadi secara reguler 24 jam, setiap hari. Sebaliknya, bulan
berputar mengelilingi bumi setiap 24 jam, 50 menit. Selama ini air
pasang naik dan turun dua kali, sehingga menghasilkan siklus pasang
surut yang berlangsung 12 jam 25 menit. Perkiraan pasang surut R
didefinisikan sebagai R = elevasi air saat air pasang - elevasi air
pada saat air surut (15-16)Energi air, tidak tercakup dalam teks
ini, mengubah energi potensial air (terjebak pada elevasi yang
relatif tinggi atau di belakang bendungan buatan) untuk kerja
mekanik oleh turbin air. Sebelum pengenalan listrik di abad
kesembilan belas, energi air digunakan untuk industry mesin listrik
secara langsung. Pada pertengahan abad kesembilan belas, angin dan
tenaga air menyumbang sekitar dua pertiga dari semua tenaga mesin
yang digunakan di Amerika Serikat. Persentase ini turun dengan
cepat, namun, dengan diperkenalkannya uap pada akhir abad
kesembilan belas. Energi air sekarang digunakan hampir secara
eksklusif untuk menghasilkan listrik.
Rentang ini tidak konstan. Hal ini bervariasi selama bulan lunar
29,5 hari (Gambar 15-19), menjadi maksimum pada saat bulan baru dan
penuh, yang disebut pasang surut musim semi, dan minimum pada saat
bulan-bulan kuartal pertama dan ketiga, yang disebut pusat perbani
. Siklus musim semi-perbani pasang surut berlangsung satu setengah
bulan. Tipikal batasan sekitar sepertiga dari kisaran musim semi.
Variasi yang sebenarnya dalam jangkauan akan agak rumit dengan
variasi musiman disebabkan oleh ellipticity dari orbit bumi yang
mengelilingi matahari.Variasi dalam periodisitas harian dan rentang
bulanan dan musiman tentu saja harus diperhitungkan dalam desain
dan operasi pasang surut. Namun pasang surut biasanya diprediksi,
dalam tabel air pasang tersedia cukup akurat.Rentang pasang surut
bervariasi dari satu lokasi bumi yang lain. Pasang surut
dipengaruhi oleh kondisi seperti profil dari garis pantai local dan
kedalaman air. Ketika yang menguntungkan adalah efek yang
menyebabkan rentang pasang surut yang sangat besar. Perkiraan
sangat besar untuk memenuhi biaya dalam membangun bendungan dan
yang terkait dengan tenaga air. Pasang tersebut hanya terjadi pada
beberapa lokasi di dunia. Salah satu yang paling cocok adalah Teluk
Fundy antara Maine, Amerika Serikat, dan New Brunswick, Kanada, di
mana jangkauan dapat setinggi 20 m (-66 kaki). Lokasi potensial
lainnya adalah muara Sungai Severn di Inggris, Selat Inggris,
pantai Patagonian Argentina, saluran masuk diLaut Barents di Uni
Soviet di dekat perbatasan Norwegia, muara Ranee di pantai Brittany
Perancis, pantai sepanjang Laut Okhotsk di Jepang, dan beberapa
yang lain dengan rentang yang sama atau lebih dari 10 m (-33
kaki).Kekuatan pasang surut total yang disipasikan di seluruh dunia
diperkirakan sebesar 2,4 x 106 MW, yaitu sekitar sepertiga dari
konsumsi dunia pada awal tahun 1970. Dari jumlah tersebut, 106 MW
yang hilang dilaut dangkal pada daerah pesisir dan tidak dapat
dipulihkan. Karena biaya modal bendungan yang sangat mahal dan
struktur lainnya yang terkait dengan sistem konversi energi pasang,
hanya sebagian kecil dari yang lainnya, dan sebagian kecil dari
kebutuhan dunia meningkatkan energi, diharapkan akan terpenuhi
darienergi pasang surut.
Gambar 15-19 pasang tinggi dan rendah relatif menunjukkan
variasi dalam rentang selama bulan lunar.
Kami selanjutnya akan membahas tiga skema dari pasang-konversi
energi untuk produksi energi listrik: yang bergantung pada dua
kolam tunggal atau cekungan, yang ketiga pada desain dua kolam
renang. Sebuah pembahasan tentang perkembangan terakhir di energi
pasang surut listrik dapat ditemukan dalam proses konferensi yang
diadakan di Nova Scotia pada tahun 1970 [153].
15-14 SISTEM SEDERHANA KOLAM TUNGGAL PASANG SURUTSistem
sederhana kolam tunggal pasang surut memiliki satu kolam renang
atau cekungan dibelakang bendungan yang dipenuhi dari laut pada
saat pasang tinggi dan dikosongkan pada saat air surut. Kedua
proses pengisian dan pengosongan berlangsung selama jangka waktu
yang singkat, pengisian ketika laut mengalami pasang tinggi
sementara air di kolam renang berada pada tingkat pasang rendah,
pengosongan ketika laut mengalami air surut dan kolam renang berada
pada tingkat pasang tinggi (Gambar 15-20). Aliran air dikedua arah
digunakan untuk menggerakkan sejumlah turbin air reversibel,
masing-masing menggerakkan sebuah generator listrik. Tenaga listrik
dengan demikian akan dihasilkan selama dua periode singkat selama
setiap periode pasang surut dari 12 jam, 25 menit, atau sekali
setiap 6 jam, 12,5 menit.
Energi maksimum yang dapat dihasilkan selama satu periode dapat
dievaluasi dengan bantuan Gambar. 15-21, yang menunjukkan kasus
kolam mulai pasang dari tingkat tinggi, kemudian dikosongkan
melalui turbin ke laut, pada saat air surut. (Hasilnya identik
dengan proses sebaliknya dalam energi).Untuk ketentuan pasang surut
R, dan head menengah h pada waktu tertentu selama proses
pengosongan, perhitungan diferensial dilakukan dengan air yang sama
dengan energi potensial pada saat itu, atau waktu.
Gambar 15-20 Tingkat samudera dangan kolam daya yang dihasilkan
dalam satu system kolam sederhana pasang surut.
Gambar 15-21 Tingkat perubahan selama produksi listrik dalam
satu system kolam pasang surut.
Total penyelesaian teoritis selama satu pengosongan penuh (atau
mengisi) periode diperoleh dengan menggunakan Persamaan. (15-19)
sebagai
(15-20)atau
Dengan demikian penyelesaian proporsional dengan rentang 2 daya.
Daya yang dihasilkan selama setiap periode sama dengan W dibagi
dengan durasi waktu periode itu.Daya nol dihasilkan selama sisa
waktu (Gambar 15-20). Energi rata teoritis dijelaskan dengan air W
dibagi total waktu yang diperlukan setiap periode berulang, atau 6
jam, 12,5 menit, atau 22.350 detik. Dengan demikian
Dengan asumsi kepadatan air laut rata-rata 64 lbm/ft3, atau 1025
kg/m3, teoritis daya rata-rata per satuan luas kolam akan
dijelaskan oleh
Energy yang sebenarnya dihasilkan oleh sistem pasang surut nyata
tidak akan sesuai dengan yang dirumuskan diatas karena kerugian
gesekan dan inefisiensi dalam turbin dan generator listrik, mungkin
hanya diatas 25 sampai 30 persen.Daya yang akan dihasilkan, bisa
sangat besar. Teluk Fundy, memiliki luas wilayah 13.000 km2 dan
perkiraan rata-rata 8 m. Jika kita mengasumsikan efisiensi sebesar
27,5 persen, maka Teluk Fundy akan memiliki potensi untuk
menghasilkan lebih dari 50.000 MW, atau 50 GW, yaitu sekitar dua
kali konsumsi daya listrik dari Kanada pada tahun 1980.
POWERPLANT TECHNOLOGY
ENERGY FROM THE OCEANS Chaper 1548
15-15 SISTEM KOLAM TUNGGAL PASANG SURUTDalam sistem kolam
tunggal sederhana tersebut, mempunyai dua puncak tinggi, durasi
pendek daya output terjadi setiap periode pasang surut. Puncak
tersebut membutuhkan turbin-generator yang besar, penempatan yang
tetap dan menggunakan waktu yang cukup lama. Puncak gaya juga
terjadi pada waktu yang berbeda setiap hari (50 menit setiap hari
berturut-turut), pada saat pasang tinggi dan rendah yang mungkin
tidak selalu sesuai pada saat puncak gaya, kemudian menimbulkan
beban pada jaringan listrik dan daya tersebut dapat terhubung
.Sistem kolam tunggal pasang surut dimodulasi sebagian dikontrol
kekurangan-kekurangan yang terjadi sehingga dapat menghasilkan
energi pada head rata-rata lebih rendah, walaupun masih beberapa
pada periode generasi. Karena h head rata-rata lebih rendah dan
daya bekerja sebanding dengan h2, turbin-generator jauh lebih kecil
dan dapat berjalan selama periode lebih lama lagi. Sehingga total
kerja yang dihasilkan berkurang. Namun,Dalam sistem, yang
ditunjukkan oleh tingkat laut, kolam dan kekuasaan ditunjukan pada
diagram Gambar. 15-22, turbin reversibel yang digunakan untuk
beroperasi selama periode mengisi dan mengosongkan kolam, namun
bukan pada tingkat tinggi dan rendah saja. Mereka berhenti
beroperasi ketika head terlalu rendah sehingga operasi yang
efisien. Periode C1 dimulai dengan kedua kolam dan laut berada pada
tingkat pasang rendah (1), laut pada awal proses kenaikan pasang
surut, semua gerbang ditutup, ketika head sudah cukup (2), gerbang
ke turbin dibuka kemudian air dari laut dialirkan melalui energi
yang dihasilkan selama periode G1 baik sebagai laut dan kolam dalam
tingkat kenaikan. Tingkat laut mencapai puncaknya dan mulai menurun
namun tingkat kolam masih berada pada Tingkat Samudera
Gambar 15-22 Tingkat samudera dan kolam dalam kolam tunggal yang
dimodulasi sistem pasang surut. C = gerbang tertutup, G =
Timbangkan, F = pengisian kolam, E = pengosongan kolam.
pada tingkat 3, head yang terlalu rendah untuk pembangkit yang
efisien. Gerbang turbin ditutup dan gerbang bypass dibuka sehingga
kolam diperbolehkan untuk mengisi selama periode F sampai 4. Pada
tingkat 4, gerbang ditutup dan tingkat kolam tetap konstan
sedangkan tingkat laut menurun selama periode C2. Pada tingkat 5,
head cukup untuk terjadinya aliran turbin air ke arah yang
berlawanan dan periode listrik kedua G2 dapat terjadi. Pada tingkat
6, berhenti tapi kolam dibiarkan kosong selama periode E dan sistem
akan kembali ke titik 1, untuk mengulangi siklus. Pembangkit
listrik yang ditunjukan adalah tentu tidak seragam tetapi jauh
lebih baik dari pada kasus sistem sederhana. Evaluasi dari kerja
total diperoleh dengan menilai karakteristik sistem, yaitu, variasi
aliran massa air dan head dengan waktu 8, dan mengintegrasikan
produk tersebut selama rentang waktu berlangsung. Ketika kita
memperhatikan periode tingkat pertama (Gambar 15-23), didapat
hubungan umum
Gambar 15-23 laut relatif dan tingkat kolam pada tingkat periode
pertama dari sistem kolam tunggal yang dimodulasi dengan sister
pasang surut.
demikian
(15-27)
dan (15-28)
dimana H= tingkat laut tingkat di atas sesuai rata-rata datum y
= tingkat kolam di atas rata-rata atau datum = waktu
simbol lainnya telah didefinisikan. H merupakan fungsi
sinusoidal dari 8 seperti (15-29)Dimana, 6 adalah dalam jam dan
6,2083 dalam jam yaitu setengah dari masa pasang surut, y dapat
didekati dengan fungsi linear dari 8, yang dimulai dari 0 pada 6
untuk tingkat massa aliran konstan seperti
(15-30)di mana a adalah konstanta yang memiliki dimensi waktu-1,
misalnya, / r1, atau y bisa menjadi fungsi dari h = H -. y untuk
suatu hambatan aliran konstan atau beberapa fungsi lain yang
ditentukan dari data operasional yang menggunakan hubungan dari
Persamaan (15-29) dan. (15-30), pekerjaan selama periode GI (atau
G2) akan dievaluasi dari
(15-31)
dan
Hal ini menunjukkan bahwa pekerjaan, seperti dalam sistem kolam
tunggal sederhana, juga merupakan fungsi dari R2.
Contoh 15-3 Hitunglah energi total dan daya rata-rata dari kolam
tunggal sistem pasang surut yang dimodulasi menggunakan Pers.
(15-29) dan (15-30) untuk H dan y dan nilai-nilai R = 12m, a =
0,0625 h-1, 1, = 1 jam, 2 = 4jam, A = 10.000 km2, dan = 1025 kg/m3.
Bandingkan hasilnya dengan sistem kolam tunggal
sederhana?.Menggunakan penyelesaian
tingkat daya rata-rata Selama periode 4 h adalah Sehingga, daya
rata-rata Selama periode total h adalah
Dalam sistem kolam tunggal sederhana, nilai-nilai yang sesuai
dengan Pers. (15-20) dan (15-21) adalah
dan
Dengan demikian sistem kolam tunggal sederhana menghasilkan 10
kali kerja dari daya rata-rata dalam sistem kolam tunggal yang
dimodulasi. Namun, terjadi pembentukan hampir dalam "spike", yang
keras pada jaringan listrik dan membutuhkan turbin sangat besar
serta penempatan yang tetap sehingga membutuhkan banyak waktu yang
cukup lama. Yang terakhir menghasilkan pekerjaan selama beberapa
jam dan dengan demikian menghindari terjadinya masalah yang
ada.Pekerjaan yang sebenarnya yang harus dikalikan dengan efisiensi
sistem, yang mungkin antara 25 sampai 30 persen.
Hanya dua pasang surut yang telah dibangun didunia sampai saat
ini, satu di Perancis, yang lain di Uni Soviet. Pabrik Prancis
(Gambar 15-24) yang dibangun di Teluk Ranee, diseberang Sungai
Ranee, dekat St Malo di Brittany, Perancis, pada tahun 1966. Teluk
Ranee memiliki cekungan dari daerah 22 X 106 m2 dan antara pasang
surut maksimum lebih dari 13 m. Bendungan ini terdiri dari dua
puluh empat generator 10-MW turbin reversibel yang beroperasi pada
sistem cekungan tunggal yang dimodulasi untuk daya puncak 240 MW.
energi rata-ratanya, adalah 160 MW. Sebuah fitur tambahan dari
bendungan Ranee bahwa cekungan pasang surut di belakang bendungan
juga digunakan untuk penyimpanan yang nantinya akan
dipompa dari jaringan listrik utama. Pada periode daya rendah
dan air pasang, kelebihan energi dari jaringan listrik digunakan
untuk memompa air ke dalam cekungan untuk menaikan tingkat dari 0,5
m di atas permukaan air pasang.Energi memompa debit dari pasang
surut cekungan yang normal ke laut ketika saat air surut karena
head didebit lebih besar dari pada pemompaannya. Karena energi
sebanding dengan h2, energi yang didapat dalam operasi ini
diperkirakan mencapai maksimum 12:1. Operasi dan perawatan dengan
adanya masalah yang terjadi telah mengakibatkan faktor ketersediaan
tanaman rendah (sebagian kecil dari waktu total tanaman) sekitar 25
persen, dengan tanaman yang beroperasi hanya sekitar 2000 jam /
tahun untuk rata-rata tahunan dari sekitar 62 MW. Pabrik unit biaya
modal, berdasarkan 1962 ekonomi, adalah $ 300/kW.Pabrik di Uni
Soviet, unit 2-MW demonstrasi kecil, juga dari jenis cekungan
tunggal yang termodulasi, mulai memproduksi listrik pada tahun 1970
di Kislaya Guba pada Kislaya di Laut Barents, sekitar 1000 km
sebelah utara dari Murmansk, dekat perbatasan Norwegia. Hal ini
diyakini bahwa Uni Soviet telah mempelajari proposal untuk sistem
yang lebih besar.
15-16 SISTEM PASANG SURUT KOLAM GANDASistem pasang surut kolam
ganda adalah salah satu yang jauh lebih sedikit bergantung pada
fluktuasi pasang surut tetapi, dengan masalah yang lebih kompleks
dan konstruksi bendungan maka biaya yang dibutuhkan akan semakin
mahal. Sebuah cekungan daratan (Gambar 15-25) tertutup oleh
bendungan A dan dibagi ke dalam kolam yang tinggi, kemudian
bendungan B untuk kolam rendah. Dengan gating tepat pada bendungan
A, kolam tinggi secara berkala diisi saat air pasang dari laut dan
kolam rendah akan dikosongkan secara berkala pada saat air laut
surut. Air mengalir dari tinggi ke kolam rendah melalui turbin yang
terletak dibendungan B. kapasitas dari dua kolam yang cukup besar
yang saling berkaitan dalam proses terjadinya aliran air.Dari itu
fluktuasi head diminimalkan, yang menghasilkan pembangkit tenaga
listrik yang terus meningkat dan masih banyak lagi unifrom. Sistem
dua kolam telah dipertimbangkan untuk proyek Teluk Passamaquoddy
pasang surut.Teluk Passamaquoddy merupakan lembaga penting dari
Teluk Fundy.(Melampirkan Teluk Fundy) seluruhnya sangat mahal
secara ekonomi dan tidak layak
secara teknis, dan ini lebih layak untuk melampirkan cekungan
dan muara sungai Passamaquoddy Bay sendiri yaitu merupakan kolam
tinggi. Para Cobscook yang berdekatan dengan Teluk akan menjadi
kolam yang rendah. Sebuah pembangkit 300-megawatt yang sederhana
masih dalam pertimbangan, yang nantinya sebagai perusahaan dari AS
dan pemerintah Kanada, tetapi proyek ini ditinggalkan di tahun 1961
karena dianggap tidak ekonomis. Pembangkit lainnya yang lebih besar
dari 1-GW berkapasitas rendah pada tahun 1963 ke 1974, tetapi
kesepakatan tidak tercapai karena pertimbangan perekonomian
serupa.
ENERGY FROM THE OCEANS Chaper 1556