i

HALAMAN SAMPUL

LAPORAN AKHIR PENELITIAN BMIS

PROGRAM STUDI MATEMATIKA, JURUSAN

MATEMATIKA, FAKULTAS MIPA

TEMA: Energi dan Sumber Daya Alam (Energi terbarukan)

PENENTUAN ENERGI PASANG SURUT DI SEKITAR

PULAU BUTON, SULAWESI TENGGARA

TIM PENELITI:

Ketua Tim Peneliti : Agustinus Ribal, S.Si, M.Sc, Ph.D. (NIDN: 0016087501)

Anggota 1 : Prof. Dr. Amir Kamal Amir, M.Sc. (NIDN: 0003086802)

Anggota 2 : Prof. Dr. Syamsuddin Toaha, M.Sc. (NIDN: 0014016802)

Anggota 3 : Dr. Jeffry Kusuma. (NIDN: 0012116402)

Anggota 4 : Drs. Khaeruddin, M.Sc. (NIDN: 0014096502)

Universitas Hasanuddin

November 2016

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL ................................................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................................... ii

DAFTAR ISI ............................................................................................................... iii

RINGKASAN ...............................................................................................................4

BAB 1. PENDAHULUAN ............................................................................................5

1.1 Latar Belakang ................................................................................................5

1.2 Tujuan .............................................................................................................7

1.3 Urgensi Penelitian ...........................................................................................7

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................9

2.1 Advanced Circulation (ADCIRC) Model .........................................................9

2.2 Contoh Penerapan ......................................................................................... 10

2.3 Peta Jalan (roadmap) Universitas Hasanuddin ............................................... 11

2.4 Peta Jalan (roadmap) Fakultas MIPA ............................................................. 11

2.5 Peta Jalan (roadmap) Penelitian Program Studi Matematika .......................... 12

BAB 3. METODE PENELITIAN ................................................................................ 13

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................... 15

4.1 Model Setup .................................................................................................. 15

4.2 Validasi model .............................................................................................. 16

4.3 Green’s function approach ............................................................................. 17

4.4 Arus pasang Barotropic di sekitar pulau Buton .............................................. 19

4.5 Energi pasang surut di sekitar pulau Buton .................................................... 21

BAB 5. KESIMPULAN .............................................................................................. 23

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 24

4

RINGKASAN

Tahap awal dalam pengkajian energi pasang surut di sekitar pulau Buton telah

dilaksanakan pada penelitian ini. Hal ini akan dilakukan dengan menggunakan model

matematika yang dikenal dengan Advanced Circulation (ADCIRC) model untuk

menentukan ketinggian pasang surut dan kecepatan arus pasang surut. Namun karena

keterbatasan peralatan, arus yang diperoleh diasumsikan seragam untuk setiap kedalam

laut (Barotropic current). Elevasi pasang yang diperoleh dari model telah di validasi

dengan data pengamatan pasang surut yang ada di Bau-Bau yang diperoleh dari Badan

Informasi Geospasial (BIG).

Untuk mendapatkan hasil model yang hampir sama dengan data pengamatan, fungsi-

fungsi Green telah diterapkan diterapkan dengan memperbaiki nilai input model pada

syarat batasnya dengan menggunakan data pengamatan pasang surut. Setelah

menerapkan fungsi – fungsi Green, root mean square error (RMSE) berkurang sebanyak

88.58% yaitu dari 12.49 cm sampai 1.43 cm.

Kecepatan arus pasang surut yang ada di sekitar pulau Buton mencapai dua meter per

second dimana lokasi yang sangat menjanjikan adalah sepanjang selat antara pulau

Buton dengan pulau Muna. Oleh sebab itu, energi listrik yang dapat diproleh dari arus

pasang surut telah dihitung dan diperoleh bahwa energy listrik mencapai 308,7 W/m2.

Hasil penelitian ini telah disubmit ke Journal of Renewable and Sustainable Energy

yang mempunyai H-indeks 17 dan impact factor dalam lima tahun terakhir adalah

1.141. Perlu ditekankan bahwa jurnal ini merupakan jurnal internasional bereputasi

yang ditunjukkan dengan terindeks SCOPUS.

Kata kunci: Energi terbaharukan, pasang surut, Advanced Circulation model, fungsi -

fungsi Green, RMSE.

5

BAB 1. PENDAHULUAN

1. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Tidak dapat dipungkiri lagi bahwa kebutuhan listrik di Indonesia semakin hari

semakin meningkat. Hal ini di perkuat dengan adanya laporan dari Kementerian Energi

dan Sumber Daya Mineral (KESDM) (KESDM, 2012) dan Badan Pengkajian dan

Penerapan Teknologi (BPPT) (BPPT, 2014). Di lain pihak, sumber daya listrik sangat

terbatas. Oleh sebab itu diperlukan usaha untuk mencari sumber energi baru atau energi

terbarukan. Salah satu kelebihan dari energi terbarukan adalah bahwa energi tersebut

tidak akan pernah habis dan hanya membutuhkan biaya pemeliharaan dan perawatan.

Berdasarkan peraturan Presiden No. 05/2006 tentang kebijakan energi nasional,

kontribusi dari energi terbaharukan adalah sekitar 17% energi mix pada tahun 2025.

Angka 17% terdiri dari bahan bakar nabati (biofuel) menjadi lebih dari 5%, panas bumi

menjadi lebih dari 5%, energi baru dan energi terbarukan lainnya, khususnya biomassa,

tenaga air, tenaga surya, dan tenaga angin menjadi lebih dari 5% dan batubara yang

dicairkan (liquefied coal) menjadi lebih dari 2%.

Propinsi Sulawesi Tenggara merupakan salah satu dari empat propinsi yang

paling rendah rasio elektrifikasinya yaitu 68,84% dengan propinsi yang paling rendah

adalah Propinsi Papua yang hanya mempunyai rasio elektrifikasi sebesar 45,93%

(Agustinus, 2016). Hal ini menunjukkan bahwa Sulawesi Tenggara masih

membutuhkan pasokan listrik yang besar. Menurut Kepala Dinas ESDM Sulawesi

Tenggara (Sultra), Sultra masih membutuhkan pasokan listrik sebesar 65,6 MW

(Suparman, 2016). Oleh karena itu dipandang perlu untuk mencari sumber energi listrik

lainnya. Lokasi penelitian ditunjukkan pada Gambar 1 berikut.

Meskipun beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengkaji sumber energi

laut Indonesia seperti Cresswell and Luick (2001), Robertson and Ffield (2005, 2008),

Gordon et al. (2008), Kartadikaria et al. (2011), Susanto et al. (2012), Ding et al. (2012)

dan lain-lain, penelitian tentang energi laut sangat perlu dilanjutkan untuk memenuhi

kebutuhan listrik Indonesia pada masa yang akan datang. Selain itu nampaknya

mayoritas peneliti-peneliti tersebut adalah orang asing. Bahkan penelitian yang ada di

sekitar pulau Muna dan Buton masih tahap awal seperti Baja (2012).

6

Gambar 1. Peta lokasi penelitian (Source: http://eclipsefestival2016.com/sulawesi-culture/,

https://archipelagofastfact.files.wordpress.com/2012/08/sultra1.jpg).

Berdasarkan pedoman pengkajian energi gelombang and energi pasang surut

yang di buat di Eropa seperti EMEC (European Marine Energy Centre) (Legrand, 2009),

EquiMar (Equitable Testing and Evaluation of Marine Energy Extraction Devices in

terms of Performance, Cost and Environmental Impact) (Davey et al., 2010) dan IEA–

OES (International Energy Agency–Ocean Energy Systems), tahap-tahap pengkajian

dibagi atas tiga tahap yaitu tahap awal (early stage), tahap fisibel (feasible stage) dan

tahap perancangan dan operasi (design and operation stage). Sayangnya, pedoman-

pedoman tersebut tidak bisa gunakan secara langsung di daerah luar Eropa seperti

Jepang dan Indonesia. Di Jepang misalnya, kami telah membuat pedoman-pedoman,

masing-masing untuk pengkajian energi pasang surut (Ribal and Waseda, 2015a, Ribal

and Waseda, 2015c) dan energi gelombang (Ribal and Waseda, 2015b, Ribal and

Waseda, 2015d) yang lebih cocok untuk wilayah Jepang. Selain itu, hasil penelitian

kami juga dalam mengkaji energi telah di presentasikan dan publikasikan pada 1st

International Conference on Renewable Energies Offshore (RENEW2014), Lisbon,

7

Portugal (Waseda et al., 2015). Berdasarkan pengalaman di atas, maka kami akan

menentukan besarnya energi pasang surut di sekitar pulau Muna dan Buton, Sulawesi

Tenggara.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan besarnya energi arus

pasang surut di sekitar pulau Muna dan Buton, Sulawesi Tenggara. Secara spesifik,

penelitian ini mempunyai tujuan untuk melakukan simulasi pasang surut di lokasi yang

telah ditentukan dengan menggunakan model matematika yang dikenal dengan nama

Advanced Circulation (ADCIRC) model. Membandingkan hasil model dengan hasil

pengamatan pasang surut. Karena umumnya hasil dari model dan pengamatan tidak

sama, maka selanjutnya nilai masukan pada model akan diperbaiki dengan

menggunakan fungsi-fungsi Green dan selanjutnya menentukan energi pasang surut di

lokasi yang telah ditentukan. Hasil penelitian pada tahap ini akan di usahakan untuk di

publikasi pada jurnal nasional terakreditasi atau proceeding internasional yang terindeks

scopus.

1.3 Urgensi Penelitian

Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, kebutuhan listrik di Indonesia

semakin hari semakin meningkat. Di lain pihak, masih banyak sumber daya listrik yang

belum termanfaatkan seperti sumber daya energi laut. Hal ini memang sangat ironis

mengingat Indonesia adalah negara kepulauan yang mempunyai laut yang sangat luas.

Selain itu, kuatnya arus laut di beberapa daerah akibat kecepatan aliran arus yang

dikenal dengan Indonesia through flow.

Lebih ironis lagi adalah sebagian besar penelitian tahap awal untuk sumber

energi laut di Indonesia, dilakukan oleh bangsa lain yang bisa dibuktikan dengan

banyaknya studi tentang kelautan di Indonesia yang dipublikasikan oleh negara lain.

Kenyataannya, jika kita mencari keyword “ocean wave Indonesia” di scopus, maka

akan muncul 248 dokumen yang mana hanya 46 diantaranya berasal dari instansi

pemerintah Indonesia seperti BPPT (11 dokumen), ITB (9 dokumen), LIPI (6

dokumen), BMG (3 dokumen), UGM, ITS, IPB masing-masing 2 dokumen dan yang

lainnya hanya 1 dokumen atau hasil kerjasama dengan instansi luar negeri. Kasus yang

8

lain adalah ketika kita mencari keyword “Indonesian Throughflow” maka akan muncul

435 dokumen dengan 53 diantaranya berasal dari instansi Indonesia seperti BPPT (10

dokumen), LIPI (7 dokumen), ITB (6 dokumen) atau hasil kerjasama dengan institusi

luar negeri. Untuk masalah energi pasang surut, berdasarkan hasil dari scopus dengan

keyword “Indonesia tidal energy”, hanya terdapat 13 dokumen dengan hanya satu

dokumen yang murni hasil kerja orang Indonesia. Dari hasil pencarian di atas, belum

ditemukan hasil yang merupakan milik UNHAS dalam versi bahasa inggris.

Oleh sebab itu, menurut pendapat kami, inilah saatnya untuk memulai atau

melanjutkan yang sudah ada untuk melakukan penelitian sendiri. Sebagai perbandingan,

di Jepang misalnya, masalah kelautan ditangai sendiri oleh orang Jepang baik di

berbagai universitas maupun di instansi-instansi pemerintah yang salah satu diantaranya

di kenal dengan nama JAMSTEC (Japan Agency for Marine-Earth Science and

Technology).

Yang lebih penting lagi, berdasarkan data dari kementerian ESDM, Sulawesi

Tenggara merupakan salah satu dari empat propinsi yang paling rendah rasio

elektrifikasinya yaitu 68,84%. Oleh sebab itu, untuk program jangka panjang, hasil

penelitian ini dapat termanfaatkan.

9

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2. Tinjauan Pustaka

2.1 Advanced Circulation (ADCIRC) Model

ADvanced CIRCulation (ADCIRC) Model merupakan model hidrodinamika

yang menggunakan metode elemen hingga. Model ini digunakan untuk mempelajari

hal-hal yang meliputi lautan sekitar pesisir, inlet, sungai-sungai dan dataran banjir.

Metode ini dikembangkan pertama kali oleh Rick Luettich dari University of North

Carolina di Chapel Hill dan Joannes Westerink dari University of Notre Dame dan

beberapa orang lainnya termasuk Randall Kolar dari University of Oklahoma di

Norman dan Clint Dawson dari University of Texas di Austin.

Model ADCIRC bisa digunakan untuk masalah tiga dimensi atau juga untuk

masalah dua dimensi yang diintegrasikan dengan kedalaman. Model dua dimensi ini

biasanya disebut ADCIRC-2DDI (ADCIRC two-dimensional depth-integrated).

Meskipun model ini dapat diterapkan untuk beberapa domain yang melibatkan laut

dalam, landas kontinen, pesisir pantai dan sistem muara untuk skala kecil, aplikasi khas

model ini adalah pemodelan pasang surut dan dorongan sirkulasi angin, prediksi

gelombang badai topan dan banjir dan kelayakan pengerukan.

Dalam penelitian ini, ADCIRC-2DDI yang akan digunakan dimana model ini

menggunakan persamaan konservasi massa dan momentum dengan syarat tidak

compressibel, Boussinesq dan pendekatan tekanan hidrostatis. Selanjutnya suku

bariclinicnya akan di abaikan (Luettich and Westerink, 2004, Westerink et al., 1994)

sehingga menghasilkan sekelompok persamaan dalan koordinate bola yang dapat di

lihat dalam Flather (1988) dan Kolar et al. (1994a). Harus dicatat bahwa ADCIRC-

2DDI tidak menyelesaikan persamaan primitive dari persamaan air dangkal, namun di

dasarkan pada bentuk generalized wave continuity equation (GWCE) dari persamaan air

dangkal. Selanjutnya persamaan ini diselesaikan bersama dengan bentuk primitive dari

persamaan momentum (Westerink et al., 1994). Persamaan GWCE dalam koordinat

bola dapat ditemukan dalam Bacopoulos (2005), Kolar et al. (1994a, 1994b). Sementara

semua bentuk perumusan dan penurunan persamaan-persamaan dapat ditemukan dalam

Luettich et al. (1992), Westerink et al. (1994) dan Luettich dan Westerink (2004).

Namun sekali lagi, kami akan menggunakan ADCIRC-2DDI yang telah di

implementasikan dalam SMS-ADCIRC.

10

Model ADCIRC-2DDI telah di uji (Westerink et al., 1994) dan digunakan secara

intensif untuk simulasi pasang surut sekitar 20 tahun terakhir. Sebagai contoh, Luettich

et al. (1991), Westerink and R.A. Luettich (1991), Westerink (1993), Blain et al.

(2002), Fortunato et al. (2002), Bacopoulos (2005) dan beberapa referensi di

dalammnya dan Blain et al. (2010). Selain itu, ADCIRC-2DDI dalam SMS telah di

validasi oleh beberapa peneliti seperti Militello dan Zundel (1999) dan Lesue (2003).

Selain itu, hal yang juga sama pentingnya dengan simulasi pasang surut adalah

memperbaiki masukan model pada syarat batasnya pada daerah laut. Untuk masalah ini

kami akan mengikuti metode yang sama yang telah diterapkan oleh Menemenlis et al.

(2005), Ribal et al. (2014) dan Ribal et al. (2016).

2.2 Contoh Penerapan

Salah satu contoh hasil model yang diperoleh di daerah sekitar Jepang

ditunjukkan sebagai berikut (Ribal and Waseda, 2015a): Sebagaimana terlihat pada

Gambar 1, kecepatan arus pasang pada daerah sekitar pulau Okinawa hampir

mencapai 2 meter per detik.

Gambar 1. Kecepatan arus pasang surut sekitar pulau Okinawa, Jepang.

Pada bagian selanjutnya akan ditunjukkan bahwa penelitian ini sangat sejalan dengan

roadmap penelitian Universitas Hasanuddin dan roadmap penelitian Fakultas MIPA.

Yang tidak kalah pentingnya adalah penelitian ini sesuai dengan roadmap penelitian

program studi Matematika pada Jurusan Matematika. Ketiga roadmap penelitian

tersebut akan dijelaskan secara rinci pada bagian-bagian berikut ini:

11

2.3 Peta Jalan (roadmap) Universitas Hasanuddin

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, RIP dan roadmap penelitian

Universitas Hasanuddin yang sedang dikembangkan, terbagi atas rumpun Tekno-Sain,

Kesehatan, Agrokompleks dan Ekososbudkum. Program studi matematika termasuk

dalam rumpun Tekno Sain. Oleh sebab itu, penelitian-penelitiannya ditujukan untuk

mendukung pengembangan teknologi pemanfaatan sumber daya alam, penyediaan infra

struktur dan penataan ruang melalui pengembangan penelitian-penelitian sains ilmu

teknik rekayasa. Sebagaimana terlihat pada Gambar 2, Energi dan sumberdaya alam

merupakan salah satu riset unggulan untuk rumpun bidang ilmu Tekno-sain.

Gambar 2. Roadmap Penelitian Universitas Hasanuddin.

2.4 Peta Jalan (roadmap) Fakultas MIPA

Selanjutnya, riset unggulan bidang energi dan sumberdaya alam rumpun

teknosains tahun 2014 – 2018 ditunjukkan pada Gambar 3 berikut. Sebagaimana bisa

dilihat dari gambar, Saintek Energi dan Sumber daya alam terbagi atas delapan bagian

riset unggulan dimana salah satu diantaranya adalah Energy Listrik, Energi baru dan

terbaharukan.

12

Gambar 3. Roadmap Penelitian rumpun Teknosains.

2.5 Peta Jalan (roadmap) Penelitian Program Studi Matematika

Peta jalan penelitian rumpun Teknosains dijabarkan lagi ke dalam bentuk yang

lebih kongkrit dan dapat dilaksanakan pada program studi Matematika, jurusan

Matematika, Fakultas MIPA, Universitas Hasanuddin. Penelitian ini akan masuk dalam

kategori Matematika Terapan yang meliputi pemodelan Matematika Fisika dan

Komputasi.

Gambar 4. Roadmap Penelitian Program Studi Matematika.

Pengembangan

Matematika

Murni

M

A

T

E

M

A

T

I

K

A

T

E

R

A

P

A

N

Aljabar

Analisis

Statistik

trori

Kombinatorika

P E N G U A T A N

S A I N S

D A S A R

Tema Agenda Riset

Mitigasi

infrastruktur transportasi

dan industri pertahanan

Ketahanan pangan

Teknologi Informasi

dan komunikasi

Teknologi Kesehatann

dan obat-obatan

P

E

M

B

A

N

G

U

N

A

N

I

P

T

E

K

Penelitian Unggulan

Prodi Matematika dan

Statistika

Pemodelan

Matematika dan

statistika

Pengembangan

Matematika

Diskrit untuk

TIK

Perubahan iklim dan

keragaman hayati

Material Maju

13

BAB 3. METODE PENELITIAN

3. Metode Penelitian

Metode penelitian yang diterapkan dalam penelitian ini adalah melakukan

simulasi arus pasang surut dengan model yang telah pilih. Pada tahap awal, hal-hal yang

akan dilakukan adalah mengumpulkan materi-materi yang dibutuhkan seperti data

kedalaman laut yang akan di peroleh dari General Bathymetric Chart of the Oceans

(GEBCO) yang dimiliki oleh British Oceanographic Data Centre (BODC. Data

konstituen pasang surut akan diperoleh dari finite element solutions (FES2012) yang

dikembangkan oleh French tidal group (FTC). Selanjutnya, data pengamatan akan

diperoleh dari Badan Informasi Geospasial (BIG).

Selanjutnya, simulasi pasang pasang surut akan dilakukan. Secara detail, model

yang akan digunakan adalah model yang telah terintegrasi dalam SMS-ADCIRC yang

merupakan user interface dari ADCIRC. Pertama-tama, garis pantai beserta pulau –

pulaunya akan digambar berdasarkan peta yang diperoleh dari map google. Selanjutnya,

finite element meshnya akan dibuat. Kemudian data kedalaman laut akan diinterpolasi

terhadap finite element mesh. Kualitas dari meshnya juga akan dicek sebelum simulasi

dimulai. Hal yang sangat penting untuk ditetapkan adalah menjaga bilangan Courant

lebih kecil dari satu. Sebagai akibatnya, time stepnya akan bergantung ke bilangan

Courant. Langkah terakhir adalah mempersiapkan data konstituen pasang surut sebagai

masukan pada batas laut yang terbuka. Simulasi yang akan dilakukan adalah sekitar 210

hari waktu simulasi.

Setelah itu, hasil simulasi akan dibandingkan dengan data pengamatan dengan

menentukan root mean square error (RMSE). Karena umumnya RMSE masih besar,

maka data masukan pada model harus diperbaiki dengan menggunakan fungsi-fungsi

Green. Proses memperbaiki data masukan model ini yang akan menghabiskan banyak

waktu, karena akan melibatkan gangguan pada model yang akan dilakukan sebanyak 16

kali. Di samping itu, pengaruh dari ketidakpastian dari masukan model akan diteliti.

Setelah itu, simulasi akan diulangi dan perhitungan RMSE juga harus diulangi.

Keberhasilan metode ini akan ditunjukkan dengan mengecilnya RMSE.

Bagian terakhir yang akan dilakukan adalah menentukan energi pasang surut di

daerah tersebut. Secara ringkas, prosedur penelitian ini ditunjukkan pada algoritma

berikut:

14

Menentukan

Lokasi

Penelitian

Siapkan data

kedalaman dan

konstituen.

No

Yes

Apakah ada data

pengamatan?

Pilih Model,

Contoh: ADCIRC

Persiapkan

modelnya

Lakukan simulasi

Bandingkan dengan

pengamatan

RMSEnya

kecil?

End

Perbaiki

syarat

batasnya

Yes

No

Gambar 5. Algoritma untuk mengakses energi pasang surut.

15

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4. Hasil dan Pembahasan

4.1 Model Setup

Untuk menggunakan model ADCIRC-2DDI, data – data yang dibutuhkan adalah

data garis pantai dan data kedalaman laut. Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya,

data kedalaman laut yang digunakan adalah data kedalaman yang diperoleh dari General

Bathymetric Chart of the Oceans (GEBCO). Resolusi dari data kedalaman ini adalah 30

arc-seconds (satu kilometer) dan dapat diperoleh secara gratis serta mencakup seluruh

dunia. Versi terakhir dari GEBCO disebut GEBCO_2014 Grid (dulunya disebut

GEBCO_08 grid). Setelah data garis pantai dan data kedalaman laut telah dipersiapkan

maka finite element mesh siap untuk dibuat. Mesh dan data kedalaman untuk dapat

dilihat masing – masing pada Gambar 6a and Gambar 6b. Mesh memuat 88.584 elemen

dan 46.352 node. Lebar grid yang paling kecil adalah 160 m yaitu disekitar pantai dan

lebar grid yang terpanjang adalah 4.670 m yang terletak di sekitar lautan terbuka. Luas

daerah yang diambil adalah sekitar 20,650 km2.

(a) (b)

Gambar 6. Gambaran dari lokasi penelitian (a): Mesh dan (b): Kedalaman.

16

Pada syarat batas dari domain penelitian, delapan konstituen pasang akan

digunakan. Kedelapan konstituen pasang tersebut cukup untuk melakukan simulasi

ketinggian pasang dan arus pasang surut yang merupakan tujuan utama penelitian ini

sebagaimana disampaikan oleh Militello and Zundel (1999). Kedelapan tidal konstituen

tersebut adalah 1 1 1 1, , ,K O P Q yang terjadi sekali sehari dan 2 2 2 2, , ,K M N S yang terjadi

dua kali sehari. Untuk mendapatkan informasi lengkap tentang teori dan prediksi

pasang surut dapat ditemukan pada Doodson (1921), Schureman (1924)

, dan Defant

(1961). Amplitudo – amplitude serta fase – fase dari konstituen pasang diperoleh dari

database FES2004 yang resolusinya 1/80 dan dikembangkan oleh French tidal group

(FTG) yang merupakan finite element solutions (FES) (Lyard et al., 2006). Simulasi

telah dilakukan selama 210 hari dengan ramp time selama 10 hari dengan time step

empat detik. Waktu mulainya simulasi 01 Pebruari 2014 pada jam 00:00:00 waktu GMT

(Greenwich Mean Time). Pemilihan waktu ini disesuaikan dengan ketersediaan data

pengamatan yang ada di Bau – Bau, Sulawesi Tenggara.

4.2 Validasi model

Setelah melakukan simulasi selama 210 hari, data ketinggian pasang dan kecepatan

arus di sekitar pulau Buton telah diperoleh. Untuk menvalidasi ketinggian pasang yang

diperoleh dari model, hasil model ini di bandingkan dengan data pengamatan yang

dilakukan oleh Badan Informasi Geospatial (BIG). Lokasi pengamatan yang dilakukan

BIG berada di Bau-Bau dan koordinat pengamatan ini terletak pada 122.61500 bujur

timur dan 5.45240 S lintang selatan. Komponen pasang di ekstrat dari data pasangnya

degan menggunakan toolbox analysis harmonic T_TIDE dan diperoleh bahwa ada

delapan komponen pasang yang signifikan yaitu komponen-komponen 1 1 1 1, , ,K O P Q

yang terjadi sekali sehari dan komponen-komponen 2 2 2 2, , ,K M N S yang terjadi dua kali

sehari. Karena ramp-time adalah 10 hari, maka data ketinggian pasang dan kecepatan

arus yang diperoleh hanya 200 hari. Data ketinggian pasang selama 200 hari dapat

dilihat pada Gambar 7. Sebagai mana terlihat pada Gambar 7, agak sulit untuk melihat

perbandingan antara hasil dari model dengan hasil pengamatan. Oleh sebab itu, untuk

presentase sederhana, perbandingan akan ditunjukkan selama 800 jam sebagaimana

terlihat pada Gambar 8.

17

Gambar 7. Perbandingan elevasi pasang antara model dengan pengamatan selama 200

hari.

Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 7 dan Gambar 8, kedua elevasi pasang surut

yang diperoleh dari model dan pengamatan pasang surut dan sebagaimana terlihat,

kedua elevasi hampir berimpit. Namun, root mean square error (RMSE) masih besar

yaitu 0.124919 m. Perbandingan ini dilakukan dengan menggunakan delapan komponen

pasang sebagaimana yang telah dipilih sebelumnya.

Gambar 8. Perbandingan elevasi pasang antara model dengan pengamatan selama 800

jam.

4.3 Green’s function approach

Sebagaimana terlihat pada bagian sebelumnya, room mean square error (RMSE) masih

besar. Oleh sebab itu, amplitude dan fase yang dimasukkan pada batasan domain harus

diperbaiki. Oleh sebab itu, metode yang telah digunakan oleh beberapa orang seperti in

Menemenlis and Wunsch (1997), Menemenlis et al. (2005)

, Moon et al. (2012)

, dan

Ribal et al. (2016) akan digunakan. Metode ini disebut Green’s function approach. Ide

utamanya adalah untuk memperbaiki amplitudo - amplitudo dan fase – fase berdasarkan

data pengamatan. Ini berarti bahwa untuk menerapkan metode ini, data pengamatan

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500−1.5

−1.2

−0.9

−0.6

−0.3

0

0.3

0.6

0.9

1.2

Time (hour)

Tid

al e

levat

ion (

m)

Observation (2014)

ADCIRC (FES2004)

0 100 200 300 400 500 600 700 800−1.5

−1.2

−0.9

−0.6

−0.3

0

0.3

0.6

0.9

1.2

Time (hour)

Tid

al e

levat

ion (

m)

Observation (2014)

ADCIRC (FES2004)

18

harus tersedia. Detail penerapn dari metode ini dapat ditemukan pada referensi-referensi

yang terdahulu.

Gambar 9. Perbandingan elevasi pasang antara model dengan pengamatan selama 200

hari setelah penerapan fungsi Green.

Setelah menerapkan fungsi-fungsi Green, maka RMSE dapat diturunkan dari 0.124919

m ke 0.014262 m. Ini menunjukkan bahwa RMSE berkurang sekitar 88.58%.

Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 9 dan Gambar 10, kedua elevasi yang diperoleh

dari model dan pengamatan berimpit sehingga sulit untuk membedakannya.

Gambar 10. Perbandingan elevasi pasang antara model dengan pengamatan selama 800

jam setelah penerapan fungsi Green.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500−1.5

−1.2

−0.9

−0.6

−0.3

0

0.3

0.6

0.9

1.2

Time (hour)

Tid

al e

levat

ion (

m)

Observation 2014

ADCIRC After Green

0 100 200 300 400 500 600 700 800−1.5

−1.2

−0.9

−0.6

−0.3

0

0.3

0.6

0.9

1.2

Time (hour)

Tid

al e

levat

ion (

m)

Observation 2014

ADCIRC After Green

19

4.4 Arus pasang Barotropic di sekitar pulau Buton

Gambar 11. Distribusi arus pasang di sekitar pulau Buton (angka pada gambar

menyatakan nomor lokasi pengamatan).

Pada bagian sebelumnya telah ditunjukkan bahwa setelah penerapan fungsi-fungsi

Green, ketinggian pasang hampir sama dengan hasil pengamatan yang ditunjukkan

dengan nilai RMSE yang sangat kecil yaitu sekitar 1.43 cm. Hal ini memungkinkan kita

untuk menyimpulkan bahwa kecepatan arus yang diperoleh dari model merupakan

kecepatan arus yang mendekati nilai yang sebenarnya. Namun, perlu dicatat bahwa,

karena model yang kami gunakan bukan yang tiga dimensi penuh tapi yang digunakan

adalah model ADCIRC-2DDI. Hal ini mengakibatkan bahwa kami hanya mengamati

arus yang barotropic yang berarti bahwa kecepatan arus diasumsikan seragam terhadap

kedalaman laut. Distribusi kecepatan arus yang diperoleh dapat dilihat pada Gambar 11.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

20

Gambar 12. Kecepatan arus Meridional pada station pengamatan nomor 6 from ADCIRC

model.

Berdasarkan Gambar 11, kecepatan arus mencapai 2 m/s. Sebagaimana terlihat pada

gambar kecil yang ada pada Gambar 11, kecepatan arus pada lokasi pengamatan

mencapai 1.9 m/s. Oleh sebab itu, lokasi-lokasi ini merupakan lokasi yang baik untuk

menempatkan alat konversi energy pasang. Namun untuk memastikan lokasi yang

paling tepat untuk menempatkan alat konversi energy, perlu dilakukan penelitian yang

intensif termasuk menerapkan model tiga dimensi. Perlu dicatat bahwa lokasi

pengamatan nomor 2 merupakan lokasi pengamatan untuk ketinggian pasang. Jadi, pada

lokasi ini, kecepatan arus akan sangat lemah dan hal ini terkonfirmasi dengan hasil dari

model. Kesepuluh lokasi yang lain ditujukan untuk mengamati kecepatan arus. Untuk

menyederhanakan presentase, kecepatan arus yang diamati pada lokasi pengamatan

nomor 6 yang akan ditampilkan. Di lokasi ini, kecepatan arus pasang didominasi dari

kecepatan arus meridional sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 12. Sementara

kecepatan arus zonal sangat lemah seperti terlihat pada Gambar 13.

Selain itu, besarnya kecepatan arus absolut (magnitude velocity) di lokasi pengamatan

nomor 6 ditunjukkna pada gambar Gambar 14. Sebagaimana terlihat pada gambar,

absolut dari kecepatan arus hamper 2 m/s yang merupakan hasil yang sangat

menjanjikan.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500−2

−1.5

−1

−0.5

0

0.5

1

1.5

2

Time (hour)

Mer

idio

nal

vel

oci

ty (

m/s

)

21

Gambar 13. Kecepatan arus Zonal pada station pengamatan nomor 6 from ADCIRC

model.

Gambar 14. Kecepatan absolute pada station pengamatan nomor 6 from ADCIRC model.

4.5 Energi pasang surut di sekitar pulau Buton

Energy pasang surut di sekitar Pulau Buton dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

31

2P AUηρ=

dimana η dan A efisiensi turbin dan luasan permukaan turbin. ρ merupakan massa jenis

air yang mempunyai nilai antara 1020 kg/m3 dan 1029 kg/m

3. U adalah kecepatan

absolut aliran. Pada umumnya efisiensi turbin dan luasan permukaan aliran turbin

adalah konstan, daya hanya bergantung pada kecepatan arus. Misalkan ρ = 1025 kg/m3

dan η = 0.39 (O’Rourke et al., 2010), maka daya listrik dapat di tentukan sebagaimana

dalam Tabel 1.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500−2

−1.5

−1

−0.5

0

0.5

1

1.5

2

Time (hour)

Zonal

vel

oci

ty (

m/s

)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000

0.5

1

1.5

2

Time (hour)

Abso

lute

vel

oci

ty (

m/s

)

22

Tabel 1. Rata-rata daya yang dapat diperoleh dari arus pasang di sekitar pulau Buton.

Stations Longitude

[deg]

Latitude

[deg]

Mean speed

[m/s]

Mean power

[kW/m2]

Max speed

[m/s]

1 122.0508 -4.9151 0.8780 0.2079 1.6755

2 122.6150 -5.4524 0.0702 0.0001 0.1794

3 122.0947 -4.8534 0.7390 0.1204 1.3636

4 122.1917 -5.0334 0.7077 0.1184 1.4492

5 122.6419 -5.3575 0.9127 0.2293 1.6710

6 122.6436 -5.3509 1.0143 0.3087 1.7956

7 122.6429 -5.3447 0.9500 0.2670 1.8708

8 122.6451 -5.3409 0.7919 0.1520 1.4626

9 122.6466 -5.3303 0.7012 0.1065 1.3586

10 122.8812 -4.4561 0.6606 0.1017 1.3876

11 122.9324 -4.4181 0.6327 0.0895 1.3698

Seperti yang dapat dilihat pada Tabel 1, semua lokasi yang terpilih untuk pengukuran

arus sangat menjanjikan untuk mendapatkan energy arus pasang. Namun yang paling

baik adalah lokasi yang terletak pada 122.64360 bujur timur dan 5.3509

0 lintang

selatan dengan kecepatan rata-rata selama 200 hari simulasi adalah 1.014 m/s yang

dapat menghasilkan daya listrik sebesar 0.3087 kW/m2 or 308.7 W/m

2. Lokasi ini

mempunyai kedalaman sekitar 12 meters. Jadi misalkan luas permukaan aliran pada

turbin adalah 100 m2, maka daya yang diperoleh adalah 308,700 W/m

2 atau 308.7 kW/m

2

yang merupakan daya yang cukup besar.

23

BAB 5. KESIMPULAN

5. Kesimpulan

Advanced Circulation two-dimensional depth integrated (ADCIRC-2DDI) telah

digunakan untuk melakukan tahap awal pengkajian pasang dan arus pasang surut di

sekitar pulau Buton, Sulawesi Tenggara, Indonesia. Untuk mendapatkan hasil yang

baik, fungsi-fungsi Green telah digunakan untuk memperbaiki masukan pada syarat

batas dari model. Fungsi-fungsi Green membutuhkan data pengamatan dalam

penerapannya. Sebagai hasilnya, root mean square error (RMSE) dari elevasi pasang

surut telah berhasil diturunkan sebanyak 88.58% yaitu dari 12.49 cm sampai 1.43 cm.

Telah ditemukan beberapa lokasi yang mempunyai kecepatan aru pasang surut yang

hampir mencapai 2 m/s. Sebelas tempat pengamatan yang berbeda yang telah di

observasi dan ditemukan bahwa arus terkuat pada lokasi pengamatan adalah 1.871 m/s

dengan rata-rata daya yang dihasilkan adalah 267 W/m2. Jadi, daya tertinggi yang

diperoleh pada lokasi pengamatan adalah 308.7 W/m2.

Untuk memperoleh gambaran yang lengkap dari arus pasang surut di sekitar pulau

Buton, maka untuk penelitian selanjutnya akan lebih baik untuk menerapkan ADCIRC

model yang full tiga dimensi. Selain itu, akan sangat bermanfaat jika kita bisa

melakukan pengukuran langsung arus pasang dengan menggunakan alat yang khusus

untuk mengukur arus laut atau pasang seperti ADCP (Acoustic Doppler Current

Profiler). Namun untuk melakukan penelitian semacam itu, akan membutuhkan dana

yang besar dan kerjasama antara lembaga.

24

DAFTAR PUSTAKA

Agustinus, M. 2016. Ini 4 Provinsi yang Paling Kekurangan Listrik di RI [Online].

detikFinance. Available: http://finance.detik.com/energi/3134391/ini-4-provinsi-

yangpaling-kekurangan-listrik-di-ri [Accessed 27 October 2016].

Bacopoulos, P. 2005. Analysis, Modeling, and Simulation of The Tides in the

Loxahatchee River Estuary (Southeastern Florida). Master of Science,

University of Central Florida.

Baja, S. 2012. Perencanaan Tata Guna Lahan dalam Pengembangan Wilayah,

Yogyakarta, Penerbit Andi.

Blain, C., Preller, R. & Rivera, A. 2002. Tidal prediction using the advanced circulation

model (ADCIRC) and a relocatable PC-based system. Oceanography, 15, 77-87.

Blain, C. A., Linzell, R. S., Chu, P. & Massey, C. 2010. Validation test report for the

ADvanced CIRCulation Model (ADCIRC) v45. 11. NRL Memorandum Report,

NRL/MR /7320--10-9205, Naval Research Laboratory.

Bppt 2014. Outlook Energi Indonesia 2014, Jakarta, Badan Pengkajian dan Penerapan

Teknologi (BPPT).

Cresswell, G. R. & Luick, J. L. 2001. Current measurements in the Halmahera Sea.

Journal of Geophysical Research: Oceans (1978–2012), 106, 13945-13951.

Davey, T., Venugopal, V., Smith, H., Smith, G., Lawrence, J., Cavaleri, L., Bertotti, L.,

Prevosto, M., Girard, F. & Holmes, B. 2010. Equimar deliverable D2.7:

Protocols for Wave and Tidal Resource Assessment.

Defant, A. 1961. Physical Oceanography, Pergamon Press.

Ding, Y., Bao, X., Yu, H. & Kuang, L. 2012. A numerical study of the barotropic tides

and tidal energy distribution in the Indonesian seas with the assimilated finite

volume coastal ocean model. Ocean Dynamics, 62, 515-532.

Doodson, A. T. 1921. The Harmonic Development of the Tide-Generating Potential.

Proceedings of the Royal Society of London. Series A, 100, 305-329.

Flather, R. A. 1988. A Numerical Model Investigation of Tides and Diurnal-Period

Continental Shelf Waves along Vancouver Island. Journal of Physical

Oceanography, 18, 115-139.

Fortunato, A. B., Pinto, L., Oliveira, A. & Ferreira, J. S. 2002. Tidally generated shelf

waves off the western Iberian coast. Continental Shelf Research, 22, 1935-1950.

Gordon, A., Susanto, R., Ffield, A., Huber, B., Pranowo, W. & Wirasantosa, S. 2008.

Makassar Strait throughflow, 2004 to 2006. Geophysical Research Letters, 35.

Kartadikaria, A., Miyazawa, Y., Varlamov, S. & Nadaoka, K. 2011. Ocean circulation

for the Indonesian seas driven by tides and atmospheric forcings: Comparison to

observational data. Journal of Geophysical Research: Oceans (1978–2012), 116.

Kesdm 2012. Kajian Indonesia Energy Outlook, Jakarta, Kementerian Energi dan

Sumber Daya Mineral.

Kolar, R. L., Gray, W. G., Westerink, J. J. & Luettich, R. A. 1994a. Shallow water

modeling in spherical coordinates: equation formulation, numerical

implementation, and application. Journal of Hydraulic Research, 32, 3-24.

Kolar, R. L., Westerink, J. J., Cantekin, M. E. & Blain, C. A. 1994b. Aspects of

nonlinear simulations using shallow-water models based on the wave continuity

equation. Computers & Fluids, 23, 523-538.

Legrand, C. 2009. Assessment of Tidal Energy Resource. London, UK: European

Marine Energy Centre (EMEC).

25

Lesue, J. S. 2003. Calibrating ADCIRC with tidal constituents using SMS as a

preprocessor. Dept. of Civil and Environmental engineering, Utah.

Luettich, R. & Westerink, J. 2004. Formulation and Numerical Implementation of the

2D/3D ADCIRC Finite Element Model Version 44.XX

http://www.unc.edu/ims/adcirc/adcirc_theory_2004_12_08.pdf.

Luettich, R. A., Birkhahn, R. H. & Westerink, J. J. 1991. Application of ADCIRC-

2DDI to Masonboro Inlet, North Carolina: A brief numerical modeling study.

Contractors Report to the US Army Engineer Waterways Experiment Station,

Vicksburg.

Luettich, R. A., Westerink, J. J. & Scheffner, N. W. 1992. ADCIRC: an Advanced

Three-dimensional Circulation Model for Shelves, Coasts, and Estuaries.

Report 1: Theory and Methodology of ADCIRC-2DD1 and ADCIRC-3DL.:

U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station.

Lyard, F., Lefevre, F., Letellier, T. & Francis, O. 2006. Modelling the global ocean

tides: modern insights from FES2004. Ocean Dynamics, 56, 394-415.

Menemenlis, D., Fukumori, I. & Lee, T. 2005. Using Green's functions to calibrate an

ocean general circulation model. Monthly weather review, 133.

Menemenlis, D. & Wunsch, C. 1997. Linearization of an Oceanic General Circulation

Model for Data Assimilation and Climate Studies. Journal of Atmospheric and

Oceanic Technology, 14, 1420-1443.

Militello, A. & Zundel, A. K. 1999. Surface-Water Modeling System Tidal Constituents

Toolbox for ADCIRC.

Moon, J.-H., Hirose, N. & Morimoto, A. 2012. Green’s function approach for

calibrating tides in a circulation model for the East Asian marginal seas. Journal

of Oceanography, 68, 345-354.

O’rourke, F., Boyle, F. & Reynolds, A. 2010. Tidal current energy resource assessment

in Ireland: Current status and future update. Renewable and Sustainable Energy

Reviews, 14, 3206-3212.

Ribal, A. & Waseda, T. 2015a. The guideline for tidal energy assessment. Tokyo: The

University of Tokyo.

Ribal, A. & Waseda, T. 2015b. The guideline for wave energy assessment. Tokyo: The

University of Tokyo.

Ribal, A. & Waseda, T. 2015c. Tidal energy assessment in Kamaishi bay and Miyake

island. Tokyo: The University of Tokyo.

Ribal, A. & Waseda, T. 2015d. Wave power energy assessment in Hitachinaka,

Kamaishi and Kozu island, Japan. Tokyo: The University of Tokyo.

Ribal, A., Waseda, T., Wada, R. & Kiyomatsu, K. Green’s function approach for

optimal estimation of a regional tidal model. ICSEEA 2014, 14 – 16 October

2014 Bandung, Indonesia.

Ribal, A., Waseda, T., Wada, R. & Kiyomatsu, K. 2016. Optimal control of open

boundary conditions for a regional tidal model. in preperation.

Robertson, R. & Ffield, A. 2005. M~ 2 Baroclinic Tides in the Indonesian Seas.

OCEANOGRAPHY-WASHINGTON DC-OCEANOGRAPHY SOCIETY-, 18, 62.

Robertson, R. & Ffield, A. 2008. Baroclinic tides in the Indonesian seas: Tidal fields

and comparisons to observations. Journal of Geophysical Research: Oceans

(1978–2012), 113.

Schureman, P. 1924. Tides: A Manual of the Harmonic Analysis and Prediction of

Tides, U.S. Government Printing Office.

26

Suparman. 2016. Sultra Butuh Pasokan Daya Listrik 65,6 MW [Online]. Antara News.

Available: http://sultra.antaranews.com/berita/283029/sultra-butuh-pasokan-

daya-listrik-656-mw [Accessed 27 October 2016].

Susanto, R. D., Ffield, A., Gordon, A. L. & Adi, T. R. 2012. Variability of Indonesian

throughflow within Makassar Strait, 2004–2009. Journal of Geophysical

Research: Oceans (1978–2012), 117.

Waseda, T., Kiyomatsu, K., Ribal, A., Kidoura, Y. & Wada, R. 2015. Combining

statistical and dynamical approaches in resource assessments of ocean wave,

ocean current and tidal current power. In: SOARES, C. G. (ed.) Renewable

Energies Offshore. London, UK: CRC Press/Taylor & Francis Group.

Westerink, J. J. 1993. Tidal prediction in the Gulf of Mexico/Galveston Bay using

model ADCIRC-2DDI. Vicksburg, MS: Contractors Report to the US Army

Engineer Waterways Experiment Station.

Westerink, J. J., Blain, C. A., Luettich, R. A. & Scheffner, N. W. 1994. ADCIRC: an

Advanced Three-dimensional Circulation Model for Shelves, Coasts, and

Estuaries: Report 2: users manual for ADCIRC-2DDI. U.S. Army Engineer

Waterways Experiment Station.

Westerink, J. J. & R.A. Luettich 1991. Tide and storm surge predictions in the Gulf of

Mexico using model ADCIRC-2D. Vicksburg, MS: Contract Report, prepared

for the US Army Engineer Waterways Experiment Station.