Pemanfaatan Energi Laut 2: Pasang SurutbyThicon Gunawanon
17/01/08 at 1:55 am |15 Comments||Nenek moyangku orang pelaut,
gemar mengarung luas samudraMenerjang ombak tiada takut, menempuh
badai sudah biasa.Angin bertiup layar terkembang, ombak berdebur di
tepi pantaiPemuda brani bangkit sekarang, ke laut kita
beramai-ramai Ibu SudKonon, menurut sebuah lagu, nenek moyang kita
berprofesi sebagai pelaut. Mereka menyadari bahwa laut memiliki
potensi yang besar, yaitu ikan, tanaman laut, harta karun, dan
masih banyak lagi. Kini kita pun mengetahui bahwa laut mengandung
potensi sebagai salah satu sumber energi terbarukan; dan berkat
kemajuan teknologi potensi tersebut dapat diwujudkan.Energi yang
berasal dari laut (ocean energy) dapat dikategorikan menjadi tiga
macam:1. energi ombak(wave energy),2. energi pasang surut(tidal
energy),3. hasil konversi energi panas laut(ocean thermal energy
conversion).Prinsip sederhana dari pemanfaatan ketiga bentuk energi
itu adalah: memakai energi kinetik untuk memutar turbin yang
selanjutnya menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.
Artikel kali ini ialah bagian kedua dari tiga artikel yang membahas
tentang energi yang dapat dimanfaatkan dari laut. Di bagian kedua
trilogi artikel ini, energi pasang surut (tidal energy) akan
dibahas.Energi Pasang Surut
Gambar 3.Ombak masuk ke dalam muara sungai ketika terjadi pasang
naik air laut.Pasang surut menggerakkan air dalam jumlah besar
setiap harinya; dan pemanfaatannya dapat menghasilkan energi dalam
jumlah yang cukup besar. Dalam sehari bisa terjadi hingga dua kali
siklus pasang surut. Oleh karena waktu siklus bisa diperkirakan
(kurang lebih setiap 12,5 jam sekali), suplai listriknya pun
relatif lebih dapat diandalkan daripada pembangkit listrik
bertenaga ombak. Namun demikian, menurut situsdarvill.clara.net,
hanya terdapat sekitar 20 tempat di dunia yang telah diidentifikasi
sebagai tempat yang cocok untuk pembangunan pembangkit listrik
bertenaga pasang surut ombak.Pada dasarnya ada dua metodologi untuk
memanfaatkan energi pasang surut:
Gambar 4.Ketika surut, air mengalir keluar dari dam menuju laut
sambil memutar turbin.1. Dam pasang surut (tidal barrages)Cara ini
serupa seperti pembangkitan listrik secara hidro-elektrik yang
terdapat di dam/waduk penampungan air sungai. Hanya saja, dam yang
dibangun untuk memanfaatkan siklus pasang surut jauh lebih besar
daripada dam air sungai pada umumnya. Dam ini biasanya dibangun di
muara sungai dimana terjadi pertemuan antara air sungai dengan air
laut. Ketika ombak masuk atau keluar (terjadi pasang atau surut),
air mengalir melalui terowongan yang terdapat di dam. Aliran masuk
atau keluarnya ombak dapat dimanfaatkan untuk memutar turbin(Lihat
gambar 3 dan 4).
Gambar 5.PLTPs La Rance, Brittany, Perancis.Gambar atas
menampilkan aliran air dari kiri ke kanan. Gambar sebelah kiri
bawah menampilkan proyek dam ketika masih dalam masa konstruksi.
Gambar kanan menampilkan proses perakitan turbin dan
baling-balingnya.Photo credit: Popular Mechanics, December
1997.Pembangkit listrik tenaga pasang surut (PLTPs) terbesar di
dunia terdapat di muara sungai Rance di sebelah utara Perancis.
Pembangkit listrik ini dibangun pada tahun 1966 dan berkapasitas
240 MW. PLTPs La Rance didesain dengan teknologi canggih dan
beroperasi secara otomatis, sehingga hanya membutuhkan dua orang
saja untuk pengoperasian pada akhir pekan dan malam hari. PLTPs
terbesar kedua di dunia terletak di Annapolis, Nova Scotia, Kanada
dengan kapasitas hanya 16 MW.Kekurangan terbesar dari pembangkit
listrik tenaga pasang surut adalah mereka hanya dapat menghasilkan
listrik selama ombak mengalir masuk (pasang) ataupun mengalir
keluar (surut), yang terjadi hanya selama kurang lebih 10 jam per
harinya. Namun, karena waktu operasinya dapat diperkirakan, maka
ketika PLTPs tidak aktif, dapat digunakan pembangkit listrik
lainnya untuk sementara waktu hingga terjadi pasang surut lagi.2.
Turbin lepas pantai (offshore turbines)Pilihan lainnya ialah
menggunakan turbin lepas pantai yang lebih menyerupai pembangkit
listrik tenaga angin versi bawah laut. Keunggulannya dibandingkan
metode pertama yaitu: lebih murah biaya instalasinya, dampak
lingkungan yang relatif lebih kecil daripada pembangunan dam, dan
persyaratan lokasinya pun lebih mudah sehingga dapat dipasang di
lebih banyak tempat.Beberapa perusahaan yang mengembangkan
teknologi turbin lepas pantai adalah:Blue Energydari Kanada,Swan
Turbines (ST)dari Inggris, danMarine Current Turbines (MCT)dari
Inggris. Gambar hasil rekaan tiga dimensi dari ketiga jenis turbin
tersebut ditampilkan dalam Gambar 6.
Gambar 6.Bermacam-macam jenis turbin lepas pantai yang
digerakkan oleh arus pasang surut.Gambar sebelah kiri (1):Seagen
Tidal Turbines buatan MCT.Gambar tengah (2):Tidal Stream Turbines
buatan Swan Turbines.Gambar kanan atas (3):Davis Hydro Turbines
dari Blue Energy.Gambar kanan bawah (4):skema komponen Davis Hydro
Turbines milik Blue Energy.Picture credit: (1) marineturbines.com,
(2) swanturbines.co.uk, (3) & (4) bluenergy.com.Teknologi MCT
bekerja seperti pembangkit listrik tenaga angin yang dibenamkan di
bawah laut. Dua buah baling dengan diameter 15-20 meter memutar
rotor yang menggerakkan generator yang terhubung kepada sebuah
kotak gir (gearbox). Kedua baling tersebut dipasangkan pada sebuah
sayap yang membentang horizontal dari sebuah batang silinder yang
diborkan ke dasar laut. Turbin tersebut akan mampu menghasilkan
750-1500 kW per unitnya, dan dapat disusun dalam barisan-barisan
sehingga menjadi ladang pembangkit listrik. Demi menjaga agar ikan
dan makhluk lainnya tidak terluka oleh alat ini, kecepatan rotor
diatur antara 10-20 rpm (sebagai perbandingan saja, kecepatan
baling-baling kapal laut bisa berkisar hingga sepuluh
kalinya).Dibandingkan dengan MCT dan jenis turbin lainnya, desain
Swan Turbines memiliki beberapa perbedaan, yaitu: baling-balingnya
langsung terhubung dengan generator listrik tanpa melalui kotak
gir. Ini lebih efisien dan mengurangi kemungkinan terjadinya
kesalahan teknis pada alat. Perbedaan kedua yaitu, daripada
melakukan pemboran turbin ke dasar laut ST menggunakan pemberat
secara gravitasi (berupa balok beton) untuk menahan turbin tetap di
dasar laut.Adapun satu-satunya perbedaan mencolok dariDavis Hydro
TurbinesmilikBlue Energyadalah poros baling-balingnya yang vertikal
(vertical-axis turbines). Turbin ini juga dipasangkan di dasar laut
menggunakan beton dan dapat disusun dalam satu baris bertumpuk
membentuk pagar pasang surut (tidal fence) untuk mencukupi
kebutuhan listrik dalam skala besar.Berikut ini disajikan secara
ringkas kelebihan dan kekurangan dari pembangkit listrik tenaga
pasang surut:Kelebihan: Setelah dibangun, energi pasang surut dapat
diperoleh secara gratis. Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun
limbah lainnya. Tidak membutuhkan bahan bakar. Biaya operasi
rendah. Produksi listrik stabil. Pasang surut air laut dapat
diprediksi. Turbin lepas pantai memiliki biaya instalasi rendah dan
tidak menimbulkan dampak lingkungan yang besar.Kekurangan: Sebuah
dam yang menutupi muara sungai memiliki biaya pembangunan yang
sangat mahal, dan meliputi area yang sangat luas sehingga merubah
ekosistem lingkungan baik ke arah hulu maupun hilir hingga
berkilo-kilometer. Hanya dapat mensuplai energi kurang lebih 10 jam
setiap harinya, ketika ombak bergerak masuk ataupun keluar.
Listrik tenaga pasang surut
Air pasang bergerak sejumlah besar air dua kali setiap hari, dan
memanfaatkan itu bisa memberikan banyak energi - sekitar 20% dari
kebutuhan Inggris.Meskipun pasokan energi yang handal dan
berlimpah, mengubahnya menjadi tenaga listrik yang berguna tidak
mudah.Ada delapan situs utama di sekitar Inggris di mana pembangkit
listrik pasang surut bisa berguna dibangun, termasuk Severn, Dee,
Solway dan Humber muara.Hanya sekitar 20 situs di dunia telah
diidentifikasi sebagai kemungkinan pembangkit listrik pasang
surut.Beberapa tahun yang lalu, "energi pasang surut" berarti
"serangan pasang surut", tapi hari ini ada pilihan lain juga.
Cara kerjanya:waduk TidalIni bekerja agak
sepertihidro-listrikskema, kecuali bahwa bendungan adalahjauhlebih
besar.Sebuah bendungan besar (disebut "serangan") dibangun di muara
sungai.Ketika air pasang masuk dan keluar, air mengalir melalui
terowongan di bendungan.Pasang surut dan aliran pasang surut dapat
digunakan untuk mengubahturbin, atau dapat digunakan untuk
mendorong udara melalui pipa, yang kemudian berubah
menjaditurbin.Gerbang kunci besar, seperti yang digunakan pada
kanal, memungkinkan kapal untuk lulus.Jika salah satu dibangun di
seluruh Severn Muara, pasang surut di Weston-super-Mare, tidak akan
pergi keluar hampir sejauh - akan ada air untuk bermain di untuk
sebagian besar waktu.Tapi Severn Muara membawa limbah dan limbah
lainnya dari banyak tempat (misalnya Bristol & Gloucester) ke
laut.Sebuah rentetan pasang surut akan berarti bahwa hal ini akan
berkeliaran Weston-super-Mare, banyak sekali lagi!Juga, jika Anda
salah satu dari 80.000 burung yang memakan lumpur flat terkena
ketika gelombang keluar, maka Anda memiliki masalah, karena air
pasang tidak akan keluar dengan baik lagi.
Lainnya: Terbesar pasang pembangkit listrik di dunia (dan
satu-satunya di Eropa) adalah di muara Rance di Prancis utara,
dekat St Malo.Dibangun pada tahun 1966.
Halangan utama dari pembangkit listrik pasang surut adalah bahwa
mereka hanya dapat menghasilkan ketika air pasang mengalir masuk
atau keluar - dengan kata lain, hanya untuk 10 jam setiap
hari.Namun, pasang benar-benar dapat diprediksi, sehingga kita
dapat merencanakan untuk memiliki pembangkit listrik lainnya
menghasilkan pada saat-saat ketika stasiun pasang surut dari
tindakan.
Ada rencana untuk "Severn Barrage"dari Brean Turun di Somerset
ke Lavernock Point Wales.Sesekali ide akan diusulkan, tapi tidak
ada yang telah dibangun belum.Ini akan biaya setidaknya 15000000000
untuk membangun, tetapi tokoh lainnya tentang proyek tampaknya
bervariasi tergantung di mana Anda melihat.Misalnya, salah satu
sumber mengatakan Severn Barrage akan memberikan lebih dari 8.000
Megawatt listrik (yang layak lebih dari 12 pembangkit listrik
nuklir ini), lain mengatakan itu akan menjadi setara dengan 3
pembangkit listrik tenaga nuklir.Variasi dalam jumlah ini karena
ada beberapa proyek Barrage Severn yang berbeda yang diusulkan,
jadi hati-hati tentang apa yang angka yang Anda mengutip jika Anda
seorang mahasiswa meneliti topik ini.Akan ada sejumlah manfaat,
termasuk melindungi bentangan besar pantai terhadap kerusakan dari
badai pasang yang tinggi, dan menyediakan jembatan jalan siap
pakai.Namun, perubahan drastis pada arus di muara bisa memiliki
efek besar pada ekosistem, dan sejumlah besar burung yang memakan
flat lumpur di muara ketika gelombang keluar akan punya tempat
untuk makan.
Waduk pasang surut
Top: Bendungan untuk pembangkit listrik tenaga pasang surut di
muara Sungai Rance, Bretagne, PrancisBawah: Seniman kesan Severn
Barrage menunjukkan dibangun rentetan dekWaduk pasang
surutmemanfaatkan energi potensial dari perbedaan ketinggian antara
pasang tinggi dan rendah.Sebuah bendungan dengan pintu air yang
dibangun mencakup inlet pasang surut, atau bagian dari muara pasang
surut menciptakan reservoir.Pada air laut pasang mengalir ke
resevoir melalui salah satu cara gerbang.Pintu gerbang ditutup
ketika air pasang mulai turun dan saat air pasang cukup rendah, air
yang disimpan dilepaskan pada tekanan melalui turbin, kembali ke
laut.Rotasi turbin ini menghasilkan listrik.Kelangsungan hidup
sistem Barrage telah dipertanyakan karena biaya infrastruktur sipil
yang tinggi dan isu-isu lingkungan.Hanya ada beberapa lokasi
potensial di seluruh dunia dan hanya ada tiga berfungsi pabrik di
seluruh dunia (Rance River, Teluk Fundy dan Kislaya Guba).
Muara
Muara adalah badan pantai semi-tertutup air dengan koneksi
gratis ke laut terbuka dan di mana air laut diencerkan dengan air
tawar.Muara secara geologis sementara dan dapat dengan cepat
menghilang dengan perubahan yang relatif kecil di permukaan laut
melalui glasiasi (penurunan permukaan laut) dan deglaciations
(kenaikan permukaan laut).Deposisi sedimen dan ekspansi dan suksesi
rawa garam dari waktu ke waktu baik bertindak untuk mengisi
muara.Morfologi tertentu dari sebuah cekungan muara ditentukan oleh
asal-usulnya.Muara mungkin berasal dari (1) penenggelaman lembah
sungai atau fjord, (2) pembentukan pantai penghalang yang
menyertakan sebuah teluk yang dangkal, atau (3) aktivitas tektonik
(Levinton 1982).The Hudson River Estuary adalah sebuah lembah
sungai tenggelam yang juga sebagian glacially dipotong.Air tawar
yang berasal dari drainase lahan cenderung mengapung di atas air
laut lebih padat, tapi pencampuran pasang surut dapat mengurangi
atau melenyapkan stratifikasi ini.Muara sangat bervariasi dalam
fisik, kimia, dan biologi.Pembatasan pertukaran antara muara dan
laut terbuka memungkinkan perubahan yang cepat dalam salinitas,
suhu, nutrisi, dan beban sedimen;variabilitas ini dan salinitas
rendah memiliki efek yang kuat pada kedua komposisi dan dinamika
biota.Air Kepadatan Stratifikasi di muaraStruktur fisik hulu-hilir
muara bervariasi dalam menanggapi interaksi aliran air bersih,
gesekan, dan pencampuran pasang surut.Struktur salinitas muara
dapat dikategorikan sebagai (1) sangat bertingkat, (2) cukup
berlapis, atau (3) vertikal homogen.
Dalam muara sangat bertingkat, air tawar mengalir di atas
lapisan yang lebih dalam air laut padat;tanpa adanya gesekan ini
lapisan air laut meluas ke hulu berarti permukaan laut.Gesekan
cenderung untuk mentransfer air laut lebih padat ke dalam lapisan
air tawar di atasnya.Muara tersebut hanya ada di mana aliran sungai
mendominasi gerakan pasang surut.
Dengan gerakan pasang surut moderat, pencampuran terjadi pada
semua kedalaman, menghasilkan muara cukup bertingkat.Pencampuran
vertikal menyebabkan salinitas kedua lapisan atas dan bawah untuk
meningkatkan arah laut, tetapi pada setiap titik lapisan salinitas
yang lebih dalam melebihi salinitas permukaan.
Pencampuran pasang surut yang kuat menyeragamkan gradien
salinitas vertikal dan hasil dalam muara vertikal homogen.Salinitas
pada setiap titik di muara berubah dengan cepat dengan keadaan
pasang surut.Pada saat air surut, salinitas didominasi oleh aliran
sungai hilir, sedangkan pada saat pasang masuknya air laut
mendominasi salinitas.Salinitas dan Suhu ProfilBerkurang
pencampuran dengan laut terbuka memungkinkan aliran sungai lokal
atau keseimbangan presipitasi-evaporasi untuk mempengaruhi sifat
air laut, misalnya, salinitas, suhu, dan kepadatan.Salinitas adalah
jumlah garam terlarut dalam gram per 1000 g air laut.Hal ini
dinyatakan sebagai bagian per seribu (ppt atau) dan rentang 33-40
di laut terbuka.Ukuran konsentrasi ion klorida (unsur utama) atau
konduktivitas listrik sering digunakan sebagai indeks
salinitas.Dalam kecil, muara pasang surut campuran, salinitas dapat
berubah dari segar untuk benar-benar laut dalam siklus pasang
surut.Dalam muara yang lebih besar, gradien salinitas yang lebih
bertahap, gerak pasang surut adalah kurang penting, dan musiman
masukan air tawar mempengaruhi struktur salinitas ke tingkat yang
lebih besar.Kekayaan spesies menurun up-muara dan mencapai minimum
di salinitas kritis.Salinitas kritis, sekitar 5 sampai 8,
menunjukkan minimal diucapkan dalam jumlah spesies invertebrata
bentik.Hal ini mungkin disebabkan oleh penurunan jumlah spesies air
tawar di kisaran salinitas ini dan ketidakmampuan banyak
invertebrata laut untuk mengatur konsentrasi ion tertentu pada dan
di bawah salinitas kritis.Dalam muara harian, di mana salinitas
pasang surut diatur, organisme bentik menghadapi tantangan
fisiologis besar karena mereka mengalami baik segar dan air asin
dalam siklus pasang surut tunggal.Dalam muara yang lebih besar,
kurang dipengaruhi oleh gerakan pasang surut, aklimasi mungkin
sebagai salinitas berubah secara bertahap selama tahun
ini.Perubahan musiman dalam masukan air tawar, bagaimanapun, dapat
berubah salinitas pada setiap titik di muara sepanjang tahun.Air
laut memiliki jangkauan jauh lebih sempit dari suhu dari udara
(-1.9oC ke 40oC).Di laut terbuka, jauh dari kutub, profil
bertingkat suhu biasanya berkembang sebagai akibat dari pemanasan
matahari.Lapisan permukaan yang hangat mengapung di atas lapisan
padat dingin.Di laut terbuka, biasanya ada lapisan menengah disebut
termoklin;dalam lapisan ini, suhu menurun dengan cepat dengan
kedalaman.Di muara sungai, pencampuran pasang surut umumnya
mencegah pembentukan termoklin.Dalam muara sangat bertingkat,
lapisan garam lebih akan jauh lebih dingin daripada lapisan air
tawar atas, tetapi dalam jenis muara lain perbedaan suhu menurun
sebagai pengaruh dari pencampuran meningkat pasang surut.Kepadatan
biasanya dinyatakan dalam gram per sentimeter kubik, tetapi juga
dapat dinyatakan sebagaisigma STP = (density-1) x 103"Sigma STP"
mengacu pada kepadatan air salinitas tertentu, suhu, dan pada
tekanan atmosfer.Kepadatan meningkat dengan meningkatnya salinitas
dan penurunan suhu.Hal ini menjelaskan mengapa, dalam sebuah muara,
air salinitas rendah akan mengapung di atas lebih padat, lebih
dingin, dan air salinitas tinggi.Tidal GerakGerak pasang surut
adalah hasil dari interaksi gravitasi bumi, bulan, dan
matahari.Tarik gravitasi (gaya) antara dua badan sebanding dengan
produk dari massa dua badan, dibagi dengan kuadrat dari jarak
antara mereka.Selain gaya gravitasi, ada gaya sentrifugal yang
disebabkan oleh rotasi bumi dan bulan.Di pusat bumi, kekuatan ini
dalam keseimbangan.Pada titik-titik pada permukaan bumi, kekuatan
ini tidak seimbang, sehingga ada gaya gravitasi bersih di sisi bumi
yang menghadap ke bulan dan gaya sentrifugal bersih di sisi
menghadap jauh dari bulan.Hal ini menyebabkan air pasang di sisi
menghadap ke arah dan menjauh dari bulan, dengan sesuai pasang
surut pada bagian-bagian bumi tanpa kelebihan bersih gaya gravitasi
atau sentrifugal.Karena bulan melewati setiap titik di permukaan
bumi setiap 24 jam dan 50 m, umumnya ada dua tinggi dan dua pasang
surut di sebagian besar lokasi setiap hari.Ketika matahari, bumi,
dan bulan sejajar, gaya gravitasi matahari menguatkan bahwa bulan
menyebabkan pasang surut musim semi - pasang dari jangkauan
vertikal maksimal.Ketika bumi, matahari, dan bulan membentuk sudut
siku-siku, dua badan membatalkan satu sama lain pasang, dan perbani
dari berbagai vertikal minimal terjadi.Pengaturan tata ruang darat
dan laut serta kedalaman dan ukuran cekungan mempengaruhi waktu
pasang serta ketinggian pasang surut.Dalam muara, pergerakan air
akan tergantung pada pasang surut, bentuk cekungan, serta debit air
tawar (Levinton 1982).Semua muara berbagi aliran muara dasar, di
mana air permukaan salinitas rendah bergerak ke arah laut dan
digantikan oleh air garam lebih bergerak naik muara sepanjang
bagian bawah.fc.tide.jpgPerubahan MusimanMuara adalah yang paling
produktif dari lingkungan laut, meskipun kelimpahan makanan tidak
berfluktuasi sangat lebih dari ruang dan waktu.Produktivitas yang
luar biasa dari muara adalah produk dari sejumlah besar nutrisi
yang masuk muara musiman dan dari daur ulang luas nutrisi antara
air di atasnya dan sedimen biologis aktif.Drainase air tawar
musiman memberikan sejumlah besar nutrisi dalam bentuk terlarut dan
partikulat;nutrisi terlarut juga masuk muara dengan deep-air aliran
samudera.Paku nutrisi ini dapat menjadi sumber fitoplankton mekar
di muara kecil.Badai Jarang juga memberikan sedimen dan partikel
organik untuk muara.Komunitas mikroba dalam sedimen terurai bahan
organik partikulat dan memungkinkan daur ulang terus menerus
nutrisi antara bagian bawah dan air di atasnya.Muara dibuahi oleh
limbah biasanya ekspor nutrisi terlarut dan partikel organik ke
perairan rak (Levinton 1982).2 terbesar input karbon organik ke
Hudson adalah: limpasan dari daerah hulu (26,8%) dan limbah (23,5%)
[Tabel 1, Moran & Limburg 1986].The Hudson muara Sungai
mengangkut nutrisi ke rak batin, yang pada gilirannya mendukung
fitoplankton tinggi dan produksi zooplankton.Namun, muara secara
inheren variabel.Hal ini demikian sulit untuk membuat generalisasi
tentang pentingnya keseluruhan ekspor hara oleh muara.Variasi
geografis yang kuat ada di tingkat ekspor gizi karena variasi dalam
ukuran dan morfologi muara, variasi masukan sungai, variasi
regional dalam air tanah dan curah hujan input, dan variasi musiman
dalam siklus hara.Siklus musiman produktivitas primer tergantung
pada tingkat suhu, cahaya, dan nutrisi yang pada gilirannya
dipengaruhi oleh berbagai faktor yang saling berinteraksi,
misalnya, rezim iklim, ukuran baskom dan morfologi, masukan sungai,
dll Faktor-faktor ini akan menentukan variabilitas muara dalam
ruang dan waktu.Tabel 1 input karbon organik ke muara Sungai Hudson
[diambil dariMoran & Limburg 1986].SUMBERMetrik ton% DARI
TOTAL
Fitoplankton3636414.8
Tumbuhan - Muncul3.9361.6
Tumbuhan - Flats Tidal14280,6
Atas Daerah Aliran Sungai> River Mile 1526602426.8
Bawah DAS