Pewarta: Art
Energi merupakan kebutuhan pokok manusia, karena setiap aktivitas manusia terikat dengan energi, khususnya energi listrik. Apalagi pada dekade ini peningkatan kegiatan ekonomi dan masyarakat mengakibatkan bertambahnya konsumsi listrik. Hal tersebut mengacu pada laporan Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral tahun 2020 pada Gambar 2. Grafik tersebut menunjukkan konsumsi listrik per kapita tahun 2020 adalah 1.14 kWh/kapita berbeda dengan angka pada tahun 2007 yang hanya 0.58 kWh/kapita. Peningkatan konsumsi ini menjadi dorongan bagi pemerintah untuk memenuhi kebutuhan listrik nasional selama beberapa tahun ke depan.
Namun pemanfaatan batu bara dalam memasok energi listrik mengakibatkan permasalahan lingkungan. Pemanasan global akibat efek gas rumah kaca memberikan dampak lebih besar terhadap perubahan iklim dan cuaca.
Sistem energi hibrid atau Hybrid Energy System (HRES) merupakan penggabungan antara beberapa teknologi penyimpanan energi dan teknologi pengguna energi yang berbeda dalam satu sistem sebagai sumber penghasil energi. Awalnya dirancang sebagai kombinasi konvensional antara sistem yang tidak terbarukan (misalnya, generator diesel) dengan sistem penyimpanan energi baterai. Namun saat ini, HRES telah diperluas untuk mencakup sistem yang didasarkan pada energi terbarukan seperti sistem energi fotovoltaik, pembangkit listrik tenaga bayu (angin) dan mikrohidro serta digabungkan dengan sistem penyimpanan energi yang berbeda seperti sistem penyimpanan baterai, sel bahan bakar, dan superkapasitor. HRES juga telah tumbuh dalam kapasitas dari sistem off-grid kecil dengan beberapa kilowatt, biasanya dirancang untuk DC dan AC tegangan rendah ke sistem megawatt yang lebih besar yang diperluas ke sistem yang terhubung ke jaringan tegangan menengah. Penelitian Shafiullah et al., (2018) menyatakan bahwa sistem tenaga hybrid dengan sumber energi terbarukan dapat diandalkan, hemat biaya, efektif dan lebih berkelanjutan dibandingkan dengan generator yang terhubung ke jaringan atau yang berdiri sendiri yang menggunakan satu sumber tenaga berbasis bahan bakar fosil.
Penelitian penerapan sistem ini di Zimbabwe dilakukan oleh Shafiullah et al., (2021) guna mengatasi krisis energi. Target kebijakan ini adalah 1100 MW energi terbarukan pada tahun 2025 dan 2100 MW di tahun 2030. Sumber energi terbarukan pada HRES yang ada di Zimbabwe adalah penggabungan antara PV dan mikrohidro. Salah satu lokasi penelitian adalah Chipendeke. HRES dirancang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Sistem mikrohidro di Chipendeke telah direncanakan menggunakan teknologi AI untuk menemukan lokasi yang berpotensi di sepanjang sungai Chitoro dengan rancangan energi yang dihasilkan adalah 25 kW dan berumur 20 tahun. Defisit energi 6 kW, dan permintaan pemenuhan kebutuhan energi untuk memasak serta pelepasan energi yang besar di bulan Juli hingga November menjadi latar belakang perancangan HRES di Chipendeke, Zimbabwe. Metode pengembangan model menggunakan Hybird Optimization Model for Multiple Energy Resources (HOMER) terdiri dari 6 perencanaan:
Perencanaan 1 : hanya microhydro
Perencanaan 2 : mikrohidro, solar PV, dan baterai
Perencanaan 3 : mikrohidro, solar PV, dan generator diesel
Perencanaan 4 : microhidro, solar PV, generator diesel, dan baterai
Perencanaan 5 : microhidro, generator diesel dan baterai
Perencanaan 6 : microhidro dan generator diesel
Perencanaan tersebut disesuaikan dengan kebutuhan energi di Chipendeke seperti yang ditujukan pada Gambar 4. Permintaan puncak adalah 32 kW jam 6 pagi baik pada saat hari kerja maupun akhir pekan. Data perencanaan lain antara lain kecepatan aliran sungai 75 L/s dan radiasi matahari rerata 6 kWh/m2.
Hasil analisis menunjukkan bahwa perencanaan 1 tidak mencukupi permintaan energi dan perencanaan 4 merupakan perencanaan paling optimal dengan rancangan 25 kW microhidro, 14 kW PV, 10 kW genset, 36 baterai pada 12 V dan inverter 14.1 kW untuk mendukung beban 114,450 kWh/tahun. Perencanaan 4 menghasilkan maksimal 75% total listrik dari mikrohidro, 14% dari PV, dan 11% diesel. Biaya pemeliharaan termahal adalah pergantian turbin dan baterai, sedangkan biaya terendah adalah pembelian bahan bakar. Perencanaan 4 juga menunjukkan emisi karbon 0 kg/yr karna berbasis energi terbarukan.
Tidak hanya di Zimbabwe, perencanaan HRES juga dilakukan oleh Ali & Jang, (2020) di salah satu pulau, yaitu Deokjeok-do, Korea Selatan. Korea Selatan merupakan negara kepulauan, sehingga terdapat beberapa pulau yang jauh dan tidak bisa bergabung di jaringan listrik utama. Selain itu, sebagian besar sumber energi di Korea Selatan adalah bahan bakar fosil. Studi kelayakan HRES di Korea Selatan dilakukan di berbagai tempat seperti Bandara Internasional Incheon yang diteliti oleh Baek et al., (2016), kota Busan yang diteliti oleh Baek, Park, et al., (2016), dan pulau Yeongjong yang diteliti oleh Baek et al., (2015).
Pada penelitian yang dilakukan oleh Baek, Kim, et al., (2016), Bandara Internasional Incheon memiliki kebutuhan energi sebesar 617,222,222 KWh/year, kecepatan angin 3.7 m/s, dan total radiasi matahari sebesar 4.05 kWh/m2/day. Kebutuhan energi terbesar berada di antara jam 6 sampai 8 pagi, dan di bulan Juni hingga September. Pemasangan solar PV 4190 kW dan konverter 2750 kW dapat menghasilkan listrik sebesar 193,293,056 kWh/year yang dapat memenuhi kebutuhan listrik. Namun emisi yang dihasilkan adalah sebesar 118,448,408 kg/year.
Penerapan HSE dalam skala pulau juga memiliki potensi yang cukup baik. Pulau Deokjeok-do memiliki beban harian 24,720 kWh, beban maksimum 2292 kW di musim dingin sehingga penggunaan daya tahunan mencapai 7.3 GWh. Potensi energi yang digunakan adalah matahri dan angin. Data iklim menunjukkan bahwa kecepatan angin di wilayah studi adalah 3.6 m/s pada ketinggian 10 m. Data-data tersebut dimasukkan dalam HOMER. Berdasarkan hasil analisis diketahui terdapat 2 sistem yang berpotensi untuk diterapkan di pulau Deokjeok-do. Gambar 5 menunjukkan model HOMER yang digunakan di pulau Deokjeok-do.
Berdasarkan model tersebut diketahui bahwa sistem berhasil mencukupi kebutuhan energi di pulau Deokjeok-do dengan nilai surplus mencapai 11-18% dari nilai produksi.
Penelitian-penelitian di atas menunjukkan bahwa keperluan energi semakin meningkat seiring berjalannya waktu, khususnya energi listrik. Pengadaan energi terbarukan menjadi tanggung jawab seluruh pihak, termasuk akademisi, peniliti, pelaksana, teknisi lapangan di bidang teknik sipil.
Daftar Pustaka
Ali, S., & Jang, C. (2020). Optimum Design of Hybrid Renewable Energy System for Sustainable Energy Supply to a Remote Island.
Baek, S., Kim, H., & Chang, H. J. (2015). Optimal Hybrid Renewable Power System for an Emerging Island of South Korea: The Case of Yeongjong Island. 13985–14001. https://doi.org/10.3390/su71013985
Baek, S., Kim, H., & Chang, H. J. (2016). Optimal Hybrid Renewable Airport Power System : Empirical Study on Incheon International Airport , South Korea. https://doi.org/10.3390/su8060562
Baek, S., Park, E., Kim, M., Jib, S., Joon, K., Ohm, J. Y., & Angel, P. (2016). Optimal renewable power generation systems for Busan metropolitan city in South Korea. Renewable Energy, 88, 517–525. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.11.058
Shafiullah, G. M., Arif, M. T., & Oo, A. M. T. (2018). Mitigation strategies to minimize potential technical challenges of renewable energy integration. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 25(September 2017), 24–42. https://doi.org/10.1016/j.seta.2017.10.008
Shafiullah, G. M., Masola, T., Samu, R., Elavarasan, R. M., Begum, S., Subramaniam, U., Romlie, M. F., Chowdhury, M., & Arif, M. T. (2021). Prospects of Hybrid Renewable Energy-Based Power System: A Case Study, Post Analysis of Chipendeke Micro-Hydro, Zimbabwe. IEEE Access, 9, 73433–73452. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3078713