BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Pemanasan global merupakan sebuah hal yang menjadi perhatian semua orang pada saat ini. Karena pemansaan global sangat berdampak dan membuat perubahan iklim yang tidak lazim. Sehingga perubahan iklim yang disebabkan oleh pemanasan global tersebut menjadi sebuah perhatian orang dimanapun berada. Mereka juga sangat memperhatikan tentang krisis lingkungan yang terutama terjadi karena disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil untuk menghasilkan listrik. Pembangkit listrik batu bara menghasilkan gas karbon dioksida dalam jumlah banyak. Bahan bakar tersebut merupakan pembangkit energi yang tidak dapat diperbaharui dan kebutuhan energi dunia semakin hari semakin tinggi sedangkan ketersediaan bahan bakar fosil tersebut semakin menipis. Berbagai Negara-negara di dunia berlomba-lomba untuk mencari dan menciptakan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Pemanasan global merupakan sebuah hal yang menjadi perhatian semua
orang pada saat ini. Karena pemansaan global sangat berdampak dan membuat
perubahan iklim yang tidak lazim. Sehingga perubahan iklim yang disebabkan
oleh pemanasan global tersebut menjadi sebuah perhatian orang dimanapun
berada. Mereka juga sangat memperhatikan tentang krisis lingkungan yang
terutama terjadi karena disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil untuk
menghasilkan listrik. Pembangkit listrik batu bara menghasilkan gas karbon
dioksida dalam jumlah banyak. Bahan bakar tersebut merupakan pembangkit
energi yang tidak dapat diperbaharui dan kebutuhan energi dunia semakin hari
semakin tinggi sedangkan ketersediaan bahan bakar fosil tersebut semakin
menipis. Berbagai Negara-negara di dunia berlomba-lomba untuk mencari dan
menciptakan pembangkit energi yang ramah lingkungan dan dapat diperbaharui.
Sebenarnya, sumber daya berkelanjutan dan ramah lingkungan saat ini banyak
tersedia. Salah satunya adalah pemanfaatan gelombang laut sebagai energi
pembangkit listrik.
Negara Kesatuan Republik Indonesia (NKRI) merupakan Negara
kepulauan terbesar di dunia, yang memiliki ± 18.110 pulau dengan garis pantai
sepanjang 108.000 km. Berdasarkan Konvensi Hukum Laut (UNCLOS) 1982,
Indonesia memiliki kedaulatan atas wilayah perairan seluas 3,2 juta km2 yang
terdiri dari perairan kepulauan seluas 2,9 juta km2 dan laut teritorial seluas 0,3
juta km2. Selain itu Indonesia juga mempunyai hak eksklusif untuk
memanfaatkan sumber daya kelautan dan berbagai kepentingan terkait seluas 2,7
km2 pada perairan ZEE (sampai dengan 200 mil dari garis pangkal). Sebagai
negara kepulauan, laut dan wilayah pesisir memiliki nilai strategis dengan
berbagai keunggulan komparatif dan kompetitif yang dimilikinya sehingga
berpotensi menjadi prime mover pengembangan wilayah nasional diantaranya
adalah pengembangan pembangkit energi yang melibatkan sumberdaya laut
Indonesia yang sangat luas.
Secara umum, potensi energi samudra yang dapat menghasilkan listrik
dapat dibagi kedalam 3 jenis potensi energi yaitu energi pasang surut (tidal
power), energi gelombang laut (wave energy) dan energy panas laut (ocean
thermal energy). Energi pasang surut adalah energi yang dihasilkan dari
pergerakan air laut akibat perbedaan pasang surut. Energi gelombang laut adalah
energi yang dihasilkan dari pergerakan gelombang laut menuju daratan dan
sebaliknya. Sedangkan energi panas laut memanfaatkan perbedaan temperatur air
laut di permukaan dan di kedalaman. Meskipun pemanfaatan energi jenis ini di
Indonesia masih memerlukan berbagai penelitian mendalam, tetapi secara
sederhana dapat dilihat bahwa probabilitas menemukan dan memanfaatkan
potensi energi gelombang laut dan energi panas laut lebih besar dari energi pajang
surut. Oleh karena itu kajian dan penelitian mendalam tentang pemanfaatan
energy yang berasal dari sumberdaya laut harus semakin digiatkan dan terus
ditingkatkan. Melalui makalah ini penulis mencoba mendalami lebih khusus
tentang potensi energi gelombang laut khususnya sebagai pembangkit energi
listrik yang nantinya akan menjadi andalan Indonesia menuju kemandirian energi
yang berwawasan lingkungan atau lebih dikenal dengan Green Energy yang
nantinya dapat menekan pemanasan global.
I.2 Maksud dan Tujuan
Maksud penulisan makalah ini yaitu untuk mendalami tentang sifat dan
karakteristik gelombang laut serta aplikasi teknologi pembangkit yang tepat
berdasarkan karakterisrik gelombang laut tersebut dengan tujuan agar dapat
dimanfaatkan sebagai energi pembangkit listrik yang ramah lingkungan dan
berkelanjutan.
BAB II
PEMBAHASAN
II.1 . Gelombang Laut
Gelombang/ombak yang terjadi di lautan dapat
diklasifikasikan kepada beberapa jenis bergantung kepada daya
pencetusnya. Pencetus gelombang laut dapat disebabkan oleh:
angin (gelombang angin), daya tarikan bumi-bulan-matahari
(gelombang pasang-surut), gempa (vulkanik atau tektonik) di dasar
laut (gelombang tsunami), ataupun gelombang yang disebabkan oleh
gerakan kapal. Gelombang yang biasanya terjadi dan dikaji
dalam bidang teknik pantai adalah gelombang angin dan pasang-
surut. Gelombang dapat membentuk dan merosakan pantai dan
menbawa kesan kepada struktur pantai. Tenaga dari gelombang
akan membangkitkan arus dan mempengaruhi pergerakan
sedimen dalam arah tegak lurus pantai (cross-shore) dan sejajar
pantai (longshore). Dalam pengkajian bidang teknik pantai,
gelombang merupakan faktor utama yang dikenalpasti dalam
proses pembentukan struktur pantai.
Pengertian Gelombang Laut
Gelombang laut adalah pergerakan naik dan turunnya air dengan arah
tegak lurus permukaan air laut yang membentuk kurva/grafik sinusoidal.
Gelombang laut biasanya disebabkan oleh angin. Angin di atas lautan
memindahkan tenaganya ke permukaan perairan, menyebabkan riak-riak,
alunan/bukit, dan berubah menjadi apa yang kita sebut sebagai gelombang atau
ombak.
Gb. Ilustrasi pergerakan partikel zat cair pada gelombang
Amati gerakan pelampung di dalam gambar gelombang di atas. Perhatikan
bahwa sebenarnya pelampung bergerak dalam suatu lingkaran (orbital) ketika
gelombang bergerak naik dan turun. Partikel air berada dalam satu tempat,
bergerak di suatu lingkaran, naik dan turun dengan suatu gerakan kecil dari sisi
satu kembali ke sisi semula. Gerakan ini memberi gambaran suatu bentuk
gelombang. Pelampung yang mengapung di air pindah ke pola yang sama, naik
turun di suatu lingkaran yang lambat, yang dibawa oleh pergerakan air.
Di bawah permukaan, gerakan putaran gelombang itu semakin mengecil.
Pergerakan orbital yang mengecil seiring dengan kedalaman air, sehingga
kemudian di dasarnya hanya akan meninggalkan suatu gerakan kecil mendatar
dari sisi ke sisi yang disebut “surge”.
Bentuk ideal dari suatu gelombang akan mengikuti gerak sinosoide. Selain
radiasi elektromagnetik, dan mungkin radiasi gravitasional, yang bisa berjalan
lewat vakum, gelombang juga terdapat pada medium yang karena perubahan
bentuk dapat menghasilkan gaya yang lentur dimana dapat juga berjalan dan dapat
memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain tanpa mengakibatkan partikel
medium yang berpindah secara permanent, yaitu tidak ada perpindahan secara
masal. Dan setiap titik khusus berosilasi di sekitar satu posisi tertentu.
Suatu medium disebut linier jika gelombang yang berbeda disemua titik
tertentu di medium bisa di jumlahkan, terbatas jika terbatas, selain itu disebut tak
terbatas, seragam jika cirri fisiknya tidak berubah pada titik yang berbeda,
isotoprik jika ciri fisiknya sama pada arah yang berbeda.
Pengaruh Gelombang
Pada kondisi sesungguhnya di alam, pergerakan orbital di perairan dangkal
(shallow water) dekat dengan kawasan pantai dapat dilihat pada gambar animasi
dibawah ini. Pada gambar animasi ini, dapatlah kita bayangkan bagaimana energi
gelombang mampu mempengaruhi kondisi pantai.
Ketinggian dan periode gelombang tergantung kepada panjang fetch
pembangkitannya. Fetch adalah jarak perjalanan tempuh gelombang dari awal
pembangkitannya. Fetch ini dibatasi oleh bentuk daratan yang mengelilingi laut.
Semakin panjang jarak fetchnya, ketinggian gelombangnya akan semakin besar.
Angin juga mempunyai pengaruh yang penting pada ketinggian gelombang.
Angin yang lebih kuat akan menghasilkan gelombang yang lebih besar.
Gelombang yang menjalar dari laut dalam (deep water) menuju ke pantai
akan mengalami perubahan bentuk karena adanya perubahan kedalaman laut.
Apabila gelombang bergerak mendekati pantai, pergerakan gelombang di bagian
bawah yang berbatasan dengan dasar laut akan melambat. Ini adalah akibat dari
friksi/gesekan antara air dan dasar pantai. Sementara itu, bagian atas gelombang di
permukaan air akan terus melaju. Semakin menuju ke pantai, puncak gelombang
akan semakin tajam dan lembahnya akan semakin datar. Fenomena ini yang
menyebabkan gelombang tersebut kemudian pecah.
Gb. Perubahan bentuk gelombang yang menjalar mendekati pantai
Ada dua tipe gelombang, bila dipandang dari sisi sifat-sifatnya. Yaitu:
Gelombang pembangun/pembentuk pantai (Constructive wave).
Gelombang perusak pantai (Destructive wave).
Yang termasuk gelombang pembentuk pantai, bercirikan mempunyai
ketinggian kecil dan kecepatan rambatnya rendah. Sehingga saat gelombang
tersebut pecah di pantai akan mengangkut sedimen (material pantai). Material
pantai akan tertinggal di pantai (deposit) ketika aliran balik dari gelombang pecah
meresap ke dalam pasir atau pelan-pelan mengalir kembali ke laut.
Gb. Gelombang pembentuk pantai
Sedangkan gelombang perusak pantai biasanya mempunyai ketinggian dan
kecepatan rambat yang besar (sangat tinggi). Air yang kembali berputar
mempunyai lebih sedikit waktu untuk meresap ke dalam pasir. Ketika gelombang
datang kembali menghantam pantai akan ada banyak volume air yang terkumpul
dan mengangkut material pantai menuju ke tengah laut atau ke tempat lain.
Gb. Gelombang perusak pantai
Arus di Sekitar Pantai (Nearshore Circulation)
Gelombang yang datang menuju pantai membawa massa air dan
momentum, searah penjalaran gelombangnya. Hal ini menyebabkan terjadinya
arus di sekitar kawasan pantai. Penjalaran gelombang menuju pantai akan
melintasi daerah-daerah lepas pantai (offshore zone), daerah gelombang pecah
(surf zone), dan daerah deburan ombak di pantai (swash zone). Diantara ketiga
daerah tersebut, Bambang Triatmodojo (1999) menjelaskan bahwa karakteristik
gelombang di daerah surf zone dan swash zone adalah yang paling penting di
dalam analisis proses pantai.
Gb. Daerah penjalaran gelombang menuju pantai
Menurut Dean dan Dalrymple (2002), perputaran/sirkulasi arus di sekitar
pantai dapat digolongkan dalam tiga jenis, yaitu: arus sepanjang pantai
(Longshore current), arus seret (Rip current), dan aliran balik (Back flows/cross-
shore flows). Sistem sirkulasi arus tersebut seringkali tidak seragam antara
ketiganya bergantung kepada arah/sudut gelombang datang.
Pada kawasan pantai yang diterjang gelombang menyudut (αb > 5o)
terhadap garis pantai, arus dominan yang akan terjadi adalah arus sejajar pantai
(longshore current).
Sedangkan apabila garis puncak gelombang datang sejajar dengan garis
pantai, maka akan terjadi 2 kemungkinan arus dominan di pantai. Yang pertama,
bila di daerah surf zone terdapat banyak penghalang bukit pasir (sand bars) dan
celah-celah (gaps) maka arus yang terjadi adalah berupa sirkulasi sel dengan rip
current yang menuju laut. Kemungkinan kedua, bila di daerah surf zone tidak
terdapat penghalang yang mengganggu maka arus dominan yang terjadi adalah
aliran balik (back flows).
Gb. Terjadinya rip current
Namun karena pengaruh hidrodinamik laut yang sangat kompleks, maka
yang biasanya terjadi adalah kombinasi dari kondisi-kondisi di atas. Seperti yang
ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Gb. Kombinasi longshore current dan rip current
Gb. Kombinasi longshore current & back flows.
Jika suatu gelombang yang spesifik di pilih dan diikuti, akan ditemukan
bahwa gelombang akan membantu melewati rentet gelombang dengan cepat.
Seperti melanjut untuk maju melalui rentet gelombang, dan secara
berangsurangsur akan hilang energi dan tingginya akan menurun. Ketika
menjangkau medan, gelombang akan menghilang lenyap dan digantikan oleh
gelombang lainnya, gelombang dibentuk naik pada tingkat dari kerak.
Penghilangan gelombang yang terkenuka dalam kaitan dengan tenaga/energi akan
pindah dan bergerak ke air yang tenang dan lenyap, dan penyebabnya adalah
energi yang sedikit / kecil. Faktanya bahwa tanpa alternative dapat terjadi dari
masing-masing gelombang tertentu di dalam suatu tran yang benar-benar bergerak
lebih cepat dari kelompok gelombang. Pengamatan yang diulangi menunjukkkan
bahwa dalam kesukaran tenaga getaran kelompok adalah separuh energi dari suatu
gelombang individu.
Gerakan air dalam gelombang
Gerakan partikel muka air sedikit hubungannya dengan jumlah gelombang
channel. Muka air sedikit berpindah dengan tiap-tiap gelombang yang berlalu.
Sebagai akibatnya air menunjukkan orbit gerakan gelombang yang lewat. Gerakan
ke atas dan masing-masing ujun, bawah dan punggung dalam tiap lembah sangat
sedikit permukaan yang bergerak, karena orbitnya tidak nenyeluruh. Pergerakan
yang sedikit dari air dinamakan dengan Mass Transport.
The Surf Zone merupakan suatu area dimana gelombang mulai masuk
dalam perairan laut dangkal untuk pertama kali sehingga terdapat suatu
kenampakan gelombang yang bergulung-gulung menuju ke arah daratan dan
selanjutnya menuju pada daerah pecah gelombang.
The Swash Zone merupakan zone dimana air bergerak secara laminar kea
rah daratan, karena gelombang sudah pecah sehingga hanya merupakan suatu
aliran yang mirip dengan limpasan permukaan.
Gelombang Angin
Ketika angin mulai berhembus melintasi hamparan pantai, energi dari
angina ditransfer ke air dalam bentuk gelombang. Ini memeng sifat dari angin,
yang menimbulkan pergeseran seperti gerakan lintasan air. Pergeseran ini
menekan melawan air dan jika energinya sangat akan membentuk riakan, jika
anginnya sangat keras akan membentuk gelombang besar dari riakan tersebut.
Gelombang permukaan laut
Gelombang dihasilkan oleh angina yang berubah dalam jumlah besar.
Gelombang ini berjalan dari tempat yang berbeda, akan bertemu dengan sudut
yang tidak sama. Angin jarang berhembus dalam arah yang tetap pada kecepatan
yang tetap. Oleh karena itu setiap perubahan gelombang dihasilkan pada daerah
terbuka dan gelombang yang terdiri dari beberapa ketidaksamaan ukuran,
kecepatan dan bentuk: rip currents, longshore currents.
Tenaga Pembentuk Gelombang
Semua gelombang dipengaruhi atau dihasilkan oleh salah satu dari 3 faktor
atau mekanisme dasar yaitu angin, gravitasi, dan gempa. Ketika
gelombangterbentuk, gelombang mampu bergerak sepanjang laut interlokal
dengan tenaga yang kecil. Ketika gelombang bergerak ke atas kerak samudera,
kebanyakan gelombang hanya mempunyai sedikit interaksi dengan kerak. Ketika
bergerak naik ke landas kontinen, terutama ketika masuk ke kawasan pantai
dangkal, gelombang mulai berhubungan dengan kerak. Hasilnya adalah suatu
perubahan dalam bentuk kecepatan gelombang. Di dalam air dangkal gelombang
akan secepatnya dimodifikasi menjadi gelombang yang memecah pada suatu garis
pantai dan melepaskan suatu jumlah energi yang dapat diperhitungkan.
Gelombang dapat juga dibelokkan, dibiaskan dan dipantulkan oleh dermaga,
pulau dan berbagai hal lainnya. Kondisi topografi dasar laut dan keadaan angin.
Hasil pengamatan memperlihatkan bahwa keadaan gelombang tertinggi terjadi
pada periode bulan desember sampai februari (musim barat), ketinggian
gelombang mencapai 1,5 m – 2 m. Sedangkan pada bulan lainnya tinggi
gelombang yang tercatat kurang dari 1,5 meter (Nurjaya,1993).
Penyebab utama terjadinya gelombang adalah angin. Gelombang
dipengaruhi oleh kecepatan angin, lamanya angin bertiup, dan jarak tanpa
rintangan saat angin bertiup (fetch). Gelombang terdiri dari panjang gelombang,
tinggi gelombang, periode gelombang, kemiringan gelombang dan frekuensi
gelombang. Panjang gelombang adalah jarak berturut-turut antara dua puncak atau
dua buah lembah. Tinggi gelombang adalah jarak vertikal antara puncak dan
lembah gelombang. Periode gelombang adalah waktu yang dibutuhkan
gelombang
untuk kembali pada titik semula. Kemiringan gelombang adalah perbandingan
antara tinggi dan panjang gelombang. Frekuensi gelombang adalah jumlah
gelombang yang terjadi dalam satu satuan waktu. Pada hakikatnya, gelombang
yang terbentuk oleh hembusan angin akan merambat lebih jauh dari daerah yang
menimbulkan angin tersebut. Hal ini yang menyebabkan daerah di pantai selatan
Pulau Jawa memiliki gelombang yang besar meskipun angin setempat tidak begitu
besar. Gelombang besar yang datang itu bisa merupakan gelombang kiriman yang
berasal dari badai yang terjadi jauh dibagian selatan Samudera Hindia.
II.2. Aplikasi Teknologi Untuk Konversi Energi Gelombang Laut Menjadi
Energi Listrik
Pada dasarnya pergerakan laut yang menghasilkan gelombang laut terjadi
akibat dorongan pergerakan angin. Angin timbul akibat perbedaan tekanan pada 2
titik yang diakibatkan oleh respons pemanasan udara oleh matahari yang berbeda
di kedua titik tersebut. Mengingat sifat tersebut maka energi gelombang laut dapat
dikategorikan sebagai energi terbarukan.
Gelombang laut secara ideal dapat dipandang berbentuk gelombang yang
memiliki ketinggian puncak maksimum dan lembah minimum. Pada selang waktu
tertentu, ketinggian puncak yang dicapai serangkaian gelombang laut berbeda-
beda, bahkan ketinggian puncak ini berbeda-beda untuk lokasi yang sama jika
diukur pada hari yang berbeda. Meskipun demikian secara statistik dapat
ditentukan ketinggian signifikan gelombang laut pada satu titik lokasi tertentu.
Bila waktu yang diperlukan untuk terjadi sebuah gelombang laut dihitung
dari data jumlah gelombang laut yang teramati pada sebuah selang tertentu, maka
dapat diketahui potensi energi gelombang laut di titik lokasi tersebut. Potensi
energi gelombang laut pada satu titik pengamatan dalam satuan kw per meter
berbanding lurus dengan setengah dari kuadrat ketinggian signifikan dikali waktu
yang diperlukan untuk terjadi sebuah gelombang laut. Berdasarkan perhitungan
ini dapat diprediksikan berbagai potensi energi dari gelombang laut di berbagai
tempat di dunia. Dari data tersebut, diketahui bahwa pantai barat Pulau Sumatera
bagian selatan dan pantai selatan Pulau Jawa bagian barat berpotensi memiliki
energi gelombang laut sekitar 40kw/m.
Pada dasarnya prinsip keria teknologi yang mengkonversi energi gelombang
laut menjadi energi listrik adalah mengakumulasi energi gelombang laut untuk
memutar turbin generator. Karena itu sangat penting memilih lokasi yang secara
topografi memungkinkan akumulasi energi. Meskipun penelitian untuk
mendapatkan teknologi yang optimal dalam mengkonversi energi gelombang laut
masih terus dilakukan, saat ini, ada beberapa alternatif teknologi yang dapat
dipilih.
Beberapa teknologi yang diterapkan untuk mengkonveri energi gelombang
menjadi energy listrik antara lain:
OWC Terapung
Ocean Energy memfokuskan pengembangan pembangkit listrik gelombang
laut dengan membuat oscilating water column yang mengapung di atas sebuah
ponton dengan dipancangkan di dasar laut menggunakan kawat baja. Listrik yang
dihasilkan dialirkan melalui kabel transmisi menuju ke daratan.
Berlokasi di Irlandia, sebuah negara yang terletak di salah satu tempat
dengan iklim yang mendukung terjadinya gelombang laut dengan energi yang
lebih dari cukup untuk dipanen, perusahaan tersebut memiliki lokasi yang tepat
untuk melakukan riset dan pengembangan.
Sistem pembangkit listrik tersebut terdiri dari chamber berisi udara yang
berfungsi untuk menggerakkan turbin, kolom tempat air bergerak naik dan turun
melalui saluran yang berada di bawah ponton dan turbin yang terhubung dengan
generator. Gerakan air naik dan turun yang seiring dengan gelombang laut
menyebabkan udara mengalir melalui saluran menuju turbin. Turbin tersebut
didesain untuk bisa bekerja dengan generator putaran dua arah.
Sistem yang berfungsi mengkonversi energi mekanik menjadi listrik terletak
di atas permukaan laut dan terisolasi dari air laut dengan meletakkannya di dalam
ruang khusus kedap air, sehingga bisa dipastikan tidak bersentuhan dengan air
laut.
Dengan sistem yang dimilikinya, pembangkit listrik tersebut bisa
memanfaatkan efisiensi optimal dari energi gelombang dengan meminimalisir
gelombang-gelombang yang ekstrim. Efisiensi optimal bisa didapat ketika
“Anaconda pengubah energy gelombang laut berbahan karet”, artikel Planethijau.com (online), (http://planethijau.com/mod.php?mod=publisher&op=viewarticle&cid=37&artid=858, diakses 07 january 2010)
“Energi tarian Gelombang laut” (online), (http://agusdd.wordpress.com/2007/09/28/energi-tarian-gelombang-laut/, diakses 21 November 2007)
“Gelombang laut (Ocean waves)”(online), (http://soffiyana-gaul.blogspot.com/2009/07/gelombang.html, diakses 07 January 2010)
“Portugal dan MIT kembangkan energi gelombang laut”, Artikel Planethijau.com(online), (http://planethijau.com/mod.php?mod=publisher&op=viewarticle&cid=37&artid=948, diakses 07 january 2010)
“Membuat Energy Hijau dari Gelombang laut” (online), (http://ashfia.blog.uns.ac.id/2009/09/29/membuat-energi-hijau-dari-gelombang-laut/, diakses 07 january 2010)
“Memanen energi gelombang laut dengan OWC terapung”, Artikel Planethijau.com(online), (http://planethijau.com/mod.php?mod=publisher&op=viewarticle&cid=37&artid=731, diakses 07 january 2010)
Triatmodjo, Bambang. 1999. Teknik pantai. Beta offset,. Yogyakarta.
“Teknologi ''Kerang'' Panen Energi Gelombang Laut”, Artikel Planethijau.com(online), (http://planethijau.com/mod.php?mod=publisher&op=viewarticle&cid=37&artid=1108, diakses 07 january 2010)
(http://celebrating200years.noaa.gov/magazine/wave_energy/water_column.html, diakses 9 April 2007)