PEMANFAATAN POTENSI SUMBER AIR PANAS DI BLAWAN BONDOWOSO SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK ALTERNATIF BERBASIS TEC (THERMOELECTRIC COOLER) (REVIEW)

PEMANFAATAN POTENSI SUMBER AIR PANAS DI BLAWAN BONDOWOSO SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK ALTERNATIF BERBASIS TEC (THERMOELECTRIC COOLER)

d.hardjo@yahoo.com

Universitas Gunadarma

Abstrak

Potensi energi di Indonesia besar, salah satunya adalah potensi energi yang terbarukan yaitu energi geotermal yang berupa sumber air panas. Banyak daerah di Indonesia yang mempunyai potensi sumber air panas yang bagus, salah satu daerah di Indonesia yang memiliki pemanfaatan sumber air panas yang kemudian bisa diubah menjadi pembangkit listrik berada di daerah Blawan Bondowoso. Penelitian ini, TEC digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga panas / TEG (thermoelectric generator)  yang memanfaatkan efek dari Seebeck. Dalam penelitian ini menggunakan 9 buah TEC berdimensi 4x4cm dengan terangkai seri, bahan berupa Bi2Te3 (Bismuth telluride) sebagai alat bantu dalam pengambilan data. Blawan memiliki Sumber air panas dengan temperature  45-49,5

°C. Pengambilan data dilaksanakan dalam waktu 3 hari yaitu. VTEG tertinggi didapatkan pada hari ke-2 yaitu sebesar 4,506 V pada pukul 9:00 WIB dan VTEG terendah yang didapatkan terdapat pada hari ke-1 sebesar 2,001 V pada pukul 13:30 WIB. Besar arus berbeda-beda pada angka 0,04 A dan 0,03 A, namun rata-rata stabil pada 0,03A. Pada tiga hari penelitian daya tertinggi yang didapatkan sebesar 0,48 Watt, dan daya terendah yaitu sebesar 0,07962 Watt.

Kata Kunci — TEC, TEG, efek seebeck.

I.          PENDAHULUAN

Seiiring dengan perkembangan zaman dan teknologi, kebutuhan akan energi listrik di dunia semakin meningkat pada masa sekarang ini, kebutuhan akan energy listrik ini juga dirasakan oleh Negara kita Indonesia. Konsumsi energy listrik yang meningkat disebabkan karena semakin banyaknya perangkat elektronik yang dalam pengopersaiannya menggunakan listrik untuk suplai dayanya, perangkat elektronik yang digunakan dalam kehidupan masyarakat sehari-hari, serta konsumsi listrik pada segmen industri yang juga turut meningkat sekitar dua kali dari pertumbuhan jumlah pelanggannya, menunjukkan bahwa Indonesia mulai menjadi tempat yang bagus untuk bertumbuhnya industri skala besar. Peningkatan kebutuhan listrik ini belum diimbangi dengan peningkatan kapasitas pembangkit listrik yang ada, sehingga kondisi pemadaman listrik tidak jarang ditemui terjadi di kawasan pemukiman setempat[1].

Wilayah indonesia yang secara geografis dikelilingi banyak gunung berapi dan lapisan batuan bumi yang bervariatif jenisnya, memiliki potensi geotermal yang banyak tersebar. Selain pemanfaatan geotermal secara langsung untuk pembangkit listrik, panas yang dihasilkan dari dalam bumi juga dapat menciptakan sumber air panas yang merupakan hasil proses pemanasan air dalam tanah secara geotermal akibat terbentuknya celah di dalam lapisan batuan bumi.

Panas dan temperatur yang dihasilkan tergantung dari kedalaman sumber geotermal ini [2][3]. Sumber air panas dapat terjadi akibat pemanasan air dalam tanah karena aktivitas vulkanik di suatu gunung berapi yang aktif. Melihat potensi energi panas yang dimiliki oleh sumber air panas yakni sifatnya yang termasuk energi terbarukan, dan keberadaan sumber air panas yang tidak sedikit di Indonesia.

Dalam Penelitian ini, yang akan dibahas berjudul Pemanfaatan Potensi Sumber Air Panas di Blawan Bondowoso Sebagai Pembangkit Listrik Alternatif Berbasis TEC [3][4]. Pada penelitian ini, TEC digunakan sebagai  pembangkit listrik tenaga panas / thermoelectric generator (TEG). Dengan memanfaatkan potensi energi yang dimiliki oleh sumber air panas di daerah Blawan Bondowoso, lebih lanjut dengan mempertimbangkan hasil survei di lapangan, bukan tidak mungkin pembangkit listrik tenaga air panas akan dapat menjadi alternatif energi terbarukan yang baru [5][6]. Ketika terjadi perbedaan panas yang signifikan di antara kedua sisinya, perbedaan tegangan akan tercipta di antara kedua sisi komponen ini. Penggunaan TEC sebagai pembangkit energi alternatif akan lebih ekonomis dari segi investasi awal dibandingkan dengan pembangkit lain seperti halnya panel surya.

II.        METODE PENELITIAN

 Tahapan Penelitian

Demi mencapai tujuan penelitian yang diharapkan, dalam penelitian yang akan dilakukan terdapat serangkaian tahap yang harus dilewati. Tahap-tahap dalam penelitian ini:

1.         Tahap studi literatur

Pada tahap ini membantu dalam mendapatkan referensi penelitian dengan topik pembahasan yang sama, sebagai acuan untuk penelitian yang hendak dilakukan, serta tolak ukur validitas hasil penelitian yang diperoleh nantinya.

2.         Tahap survei kondisi lokasi penelitian

Survei memiliki peran pada penentuan wilayah cakupan penelitian serta batasan hal-hal yang masuk dalam penelitian. Hasil survei juga dapat menjadi bekal untuk menyiapkan antisipasi kebutuhan penelitian bilamana dimungkinkan terjadi gangguan (error) saat dilakukan pengambilan data di lokasi penelitian.

3.         Tahap desain & perencanaan komponen purwarupa pembangkit listrik tenaga air panas yang berbasis Thermoelectric Cooler (TEC)

Tahap desain dan perencanaan purwarupa ini ditujukan sebagai alat bantu pengambilan data potensi yang disesuaikan dengan kondisi di lokasi penelitian. Sebab dengan menggunakan komponen termoelektrik sebenarnya di lokasi penelitian diharapkan data yang diperoleh lebih akurat sesuai kondisi di lokasi Pembangkit Listrik Tenaga Air Panas atau TEG.

4.         Tahap pembuatan / rancang bangun purwarupa TEG sesuai desain

Berdasarkan desain dan perencanaan yang telah dibuat, maka dalam proses rancang bangun lebih mudah karena sudah memiliki desain dengan ukuran yang jelas sesuai dengan kebutuhan di lokasi penelitian. Sehingga alat bantu ini dapat memudahkan dalam proses pengambilan data potensi.

5.         Pengujian perangkat purwarupa pembangkit listrik dalam menghasilkan keluaran

Sebelum dilakukan pengambilan data potensi di lokasi penelitian yakni sumber air panas di Blawan Bondowoso, maka mutlak perlu dilakukan pengujian. Hal ini sebagai bentuk antisipasi dan memastikan alat bantu pengambilan data potensi bekerja dengan benar, sehingga diharapkan data yang diperoleh akurat sesuai yang dikehendaki.

6.         Tahap pengambilan data di lokasi penelitian dan analisa potensi

Setelah tahap-tahap bagian sebelumnya dilakukan dan tidak terdapat kendala yang mengganggu kerja alat bantu pengambilan data, maka berikutnya dapat dilakukan pengambilan data potensi di lokasi penelitian sesuai dengan waktu yang telah direncanakan. Data potensi yang telah diambil kemudian diolah dalam aplikasi Ms. Excel, dan selanjutnya dilakukan analisa mengenai kinerja, karakteristik, serta tren potensi energi yang mampu dihasilkan.

B.        Desain Alat Bantu Pengambilan Data

Gambar 1 merupakan blok diagram sistem  purwarupa TEG sebagai alat bantu untuk pengambilan data potensi, yang didasarkan pada kondisi lokasi penelitian seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Desain purwarupa TEG yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3, purwarupa TEG diapungkan diatas bak penampung sumber air panas untuk memaksimalkan penghantran panas ke blok sisi panas modul termoelektrik, dan pada bagian atas terdapat kotak heatsink berisikan air sebagai

Gambar 2. (a) Kondisi lingkungan sumber air panas, (b) Bak penampung

C.Pembangunan Data Potensi Pembangkit

Parameter penting dalam pembangkit listrik berbasis TEC yang memanfaatkan efek seebeck yaitu tegangan, arus, daya keluaran dan efisiensi. Model matematis dari efek seebeck untuk mencari nilai parameter tersebut adalah sebagai berikut [10][11]:

Tegangan keluaran,

V         = tegangan keluaran (Volt)              

α          = koefisien seebeck (V/°C)

           = beda temperatur antara sisi panas dan dingin (Th–Tc) (°C)

Arus keluaran,

I           = arus keluaran (A)

R         = tahanan beban (Ohm)

Gambar 4. Susunan TEC

IV.       HASIL PENELITIAN

A.        Hasil Pengambilan Sample Data Potensi di Blawan

Dari hasil data yang didapat setidaknya cukup memberikan gambaran mengenai tren energi yang dihasilkan pada hari-hari lainnya dengan kondisi yang sama.

Selama 3 hari pengambilan data potensi dilakukan selama 3 hari dari pukul 09:00 s.d. 15:00 WIB. Data potensi yang  diperoleh dapat dilihat pada tabel II, III dan IV.

1)         Karakteristik Tegangan terhadap Waktu: Berdasarkan data potensi ketiga hari pada tabel II, III dan IV terdapat tren potensi tegangan yang sama. Saat pagi hari menghasilkan tegangan yang cukup besar, lalu menurun seiring waktu beranjak siang meskipun penurunan tidak terjadi secara linier.

IV.       HASIL PENELITIAN

A.        Hasil Pengambilan Sample Data Potensi di Blawan

Dari hasil data yang didapat setidaknya cukup memberikan gambaran mengenai tren energi yang dihasilkan pada hari-hari lainnya dengan kondisi yang sama.

Selama 3 hari pengambilan data potensi dilakukan selama 3 hari dari pukul 09:00 s.d. 15:00 WIB. Data potensi yang  diperoleh dapat dilihat pada tabel II, III dan IV.

1)         Karakteristik Tegangan terhadap Waktu: Berdasarkan data potensi ketiga hari pada tabel II, III dan IV terdapat tren potensi tegangan yang sama. Saat pagi hari menghasilkan tegangan yang cukup besar, lalu menurun seiring waktu beranjak siang meskipun penurunan tidak terjadi secara linier.

Puncak penurunan tegangan (VTEG) terjadi antara pukul  13:00

s.d. 13:30 WIB. Penurunan tersebut merupakan dampak dari meningkatnya suhu lingkungan yang memberi pengaruh pada sistem pendingin di sisi dingin TEC. Namun TEG tidak terus- menerus mengalami penurunan produksi VTEG. Tercatat pada ketiga hari tersebut mengalami tren kenaikan produksi VTEG mulai pukul 14:00 s.d. 15:00 WIB. Adapun besar nilai data dari ketiga hari tersebut tidak terpaut jauh, grafik pada Gambar 5 dapat menunjukkan selisihnya secara visual

Gambar 5. Grafik tegangan VTEG terhadap waktu

Suhu sumber air panas mengalami kenaikan mencapai 49,4 – 49,5 °C ketika pukul 11:30 s.d. 13:30 WIB. Dilihat dari waktu perubahan suhunya, serta lokasi sumber air panas yang berada di tempat terbuka, maka perubahan suhu yang terjadi pada air panas merupakan efek langsung dari perubahan suhu lingkungan yang semakin siang semakin meningkat.

B.        Karakteristik Daya terhadap Waktu: Perbedaan  keluaran daya juga terdapat pada pukul 11:30 dan 12:00 WIB di hari ke-1, ketika pada dua hari lain memiliki daya yang sama yakni 0,48 Watt dan 0,36 Watt. Nilai daya pada Gambar 8 diperoleh dengan mengkalikan Vconv (tegangan setelah konverter) dengan Iconv (arus setelah konverter). Saat pagi hari pukul 9:00 s.d. 9:30 WIB, ketiga hari memiliki daya yang sama sebesar 0,48 Watt. Lalu saat pukul 10:00 WIB data hari ke-2 mencatatkan daya yang berbeda dibanding dua hari yang lain yakni lebih kecil 0,36 Watt. Hal tersebut merupakan dampak langsung dari VTEG yang dihasilkan.

C.        Potensi Penerapan TEG di Sumber Air Panas Blawan

Kajian potensi penerapan TEG diperhitungkan untuk dapat menyuplai sebuah rumah DC dengan kebutuhan daya sebesar 100Watt dengan arus 2,9A. Rumah DC adalah rumah yang memiliki beragam perangkat elektronik dasar yang langsung menggunakan   sumber  DC  (Direct  Current)  sebagai suplai

listriknya. Untuk memudahkan dalam perhitungan kajian potensi penerapan TEG di Blawan, maka dipilih nilai daya tertinggi yang dihasilkan oleh TEG yakni sebesar 0,48Watt dengan arus 0,04A. Hal ini dilakukan dengan alasan karena sample kinerja paling optimal dari TEG dirasa dapat mewakili potensi sesungguhnya yang dapat dihasilkan.

Berdasar pada keluaran purwarupa TEG seperti ditunjukkan Gambar 8, maka dibutuhkan 73 purwarupa TEG seperti pada penelitian yang disusun secara paralel, dengan tujuan untuk mencapai besar arus seperti kebutuhan yakni 2,9A. Sehingga berdasarkan teori perhitungan, diperoleh arus total (Itot) yang dapat disuplai sebesar 2,92A.

Untuk mendapatkan tegangan lebih besar, 73 purwarupa TEG tersebut ditambah sebanyak 3 kalinya kemudian disusun secara seri. Tanpa memperhitungkan rugi-rugi yang terjadi TEG yang diterapkan di sumber air panas Blawan kini dengan keluaran 36V, 2,92A dapat menyuplai daya sebesar 105,12 Watt. Untuk mencapai daya tersebut total modul TEC yang diperlukan adalah 1971 buah.

V.        KESIMPULAN

Setelah melakukan penilitian ini dapat ditarik kesimpulan, yaitu sebagai berikut:

1.         Di Blawan Suhu sumber air panas stabil pada 49,3

°C, walaupun terdapat suhu lingkungan (Tenv) naik antara 28,5 – 31,3 °C berpengaruh terhadap kenaikan suhu sumber air panas  yaitu naik pada kisaran 49,4 – 49,5 °C.

2.         Perbedaan suhu   yang tecatat antara sisi panas (Thot) & sisi dingin (Tcold) pada modul termoelektrik (TEC1-12706) berbanding lurus dengan besar energi yang dihasilkan. Telah terbukti pada contoh data hari ke-3, saat   bernilai 2,7  °C  tegangan  keluaran  TEG  (VTEG)     hanya

3,277V  dan  saat   sebesar  17,4  °C  nilai  VTEG diketahui 

lebih besar yakni 4,014V.

3.         Output tegangan (VTEG) didalam proses pengambilan data berubah dalam rentang tegangan 2,001 – 4,506 V arus keluaran (Iconv) stabil pada 0,03    –

0,04A, hal       ini        merupakan       akibat  dari      9          modul termoelektrik (TEC1-12706) yang disusun secara seri.

4.         Potensi penerapan TEG di sumber air panas Blawan DC 100Watt dengan arus 2,9A, membutuhkan modul termoelektrik cukup banyak yakni sejumlah 1971 buah, disebabkan TEG bekerja hanya sekitar 10% dari suhu operasi optimalnya seperti yang tertera dalam data sheet.

5.         Efesiensi model TEG yang diaplikasikan di daerah Blawan cukup rendah, berkisar 6,62% dan efisiensi terendah yang didapat 0,957%, lebih rendah dari penelitian sebelumnya yang diterapkan di Korea. Sehingga penerapan TEG di sumber air panas Blawan diperhitungkan kurang ekonomis dalam segi investasi pembangunan manufakturnya.

REFERENSI

[1] Administrator. (2013). “Pemakaian Listrik Semester 1/2013, Tumbuh Tinggi Di Sektor Produktif Dan Rendah Di Kelompok Konsumtif”. Dari sumber https://www.esdm.go.id. Diakses pada 17 februari 2015.

[2]  Challoner, Jack. (2000). “Jendela Iptek Seri 5: Energi”. Jakarta: PT  Balai Pustaka.

[3] Komunitas  Dian  Aksara.  (2007).  “Energi  Alternatif”.  Bogor: Yudhistira Ghalia Indonesia.

[4]  The World Bank Washington, D.C. (1994). “Indonesia: Environment  and Development”. U.S.A.: World Bank Publications. Hal. XXIX.

[5] Gutierrez, F dan Mendez, F. (2008). “Generation Minimization of a Thermoelectric Cooler”. The Open Thermoelectric Journal Vol.2.

[6] Sukur, Edi. (2004). “Melirik Teknologi Termoelektrik sebagai Sumber Energi Alternatif”. Dari sumber http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi- artikel. Diakses pada 19 februari 2015.

[7] Dewo, E. Setio. (2003). “Teknologi Pendingin Prosesor”. Dari sumber https://ilmukomputer.com. Diakses pada 19 februari 2015.

[8] John, Stephen T. (2014). “High  Efficient  Seebeck  Thermoelectric  Device for Power System Design and Efficiency Calculation:  A  Review   of  Potential  Househod           Appliances”.  India:  Sathyabama University. International Journal of Computer Applications (0975-8887) Volume 97-No.18.

[9] Dr. O’Halloran, Steven dan Mr. Rodrigues, Matthew. (2012). “Power  and Efficiency Measurement in a Thermoelectric Generator”. Oregon: University of Portland. American Society for Engineering Education.

[10] José Rui Camargo and Maria Claudia Costa de Oliveira (2011). “Principles of Direct Thermoelectric Conversion, Heat Analysis and Thermodynamic Effects”. Dr. Amimul Ahsan (Ed.), ISBN: 978-953- 307-585-3, InTech.

[11] Baatar, Nyambayar dan Kim, Shiho. (2011). “A Thermoelectric Generator Replacing Radiator for Internal Combustion Engine Vehicles”. Korea: Chungbuk National University dan Yonsei University Songdo.

[12] Khalily Jamaluddin dkk,. (2013). “Pemanfaatan Potensi Sumber Air Panas Di Blawan Bondowoso Sebagai Pembangkit Listrik Alternatif Berbasis Tec (Thermoelectric Cooler)”. Indonesia: Universitas Jember.