Upload
alam-tuara-lampung
View
874
Download
19
Embed Size (px)
Citation preview
SUMBER DAYA ENERGI
Kuliah I :(Perkembangan pemakaian energi)
Buku Ajar
1. ENERGI, Sumberdaya, inovasi, tenaga listrik dan potensi ekonomiAbdul Kadir, Penerbit UI, Edisi ketiga/ Revisi, 2010
• Awal sejarah peradaban, menggunakan otot manusia & binatang serta biomass (kayu)
• Periode berikutnya mulai memanfatkan sumber daya alam lainnya, kincir angin, kincir air
• Awal abad 13 mulai ditemukan sumber energi batubara• Awal abad 18 ditemukan mesin uap yang menggunakan batubara sebagai
sumber energi (awal dari revolusi industri)• Awal abad 19 ditemukan minyak bumi yang mulai menggeser penggunaan
batubara terutama di transportasi dengan ditemukannya motor pembakaran• Akhir abad 19 hingga awal abad 20, energi batubara, air, minyak bumi, gas
alam mulai digunakan untuk pembangkitan tenaga listrik• Awal abad 20 bentuk energi lain (panas bumi) mulai digunakan untuk
pembangkitan tenaga listrik selain juga untuk pemanasan• Pertengan abad 20, energi nuklir mulai diperkenalkan untuk pembangkitan
tenaga listrik, selain untuk keperluan yang lain• Pertengahan abad 21 mulai ditemukan energi hidrogen untuk pembangkitan
tenaga listrik
Evolusi sumber-sumber energi
Evolusi sumber-sumber energi
Periode pemanfaatan sumber-sumber energiSumber Energi Perkiraan Awal Masa Penggunaan Jenis Pemanfaatan
Kayu Prasejarah Memasak, pemanasan
Awal sejarah PertukanganAngin Awal sejarah Pengangkutan, penggilingan
Air Awal sejarah lanjut Pengangkutan, penggilinganBatubara Awal abad ke 13 Pemanasan, memasak
Awal Revolusi Industri
Batubara Awal abad ke-18 Mesin uap untuk industri Awal abad ke-19 Mesin uap untuk transportasi
Minyak bumi Awal abad ke-19 Penerangan, pemanasan, memasak Peningkatan Industrialisasi
Minyak bumi Awal abad ke-20 TransportasiBahan bakar fosil Awal abad ke-20 Pembangkit listrik termal
Air Awal abad ke-20 Pembangkit listrik hidroGas alam Awal abad ke-20 Pemanasan, memasak, industri pupuk
Panas Bumi Awal abad ke-20 lanjut Tenaga listrik, pemanasanNuklir Fusi Pertengan abad ke-20 Tenaga listrik, penggunaan khusus
Surya Akhir abad ke-20 Tenaga listrik, pemanasanHidrogen Awal abad ke-21 Tenaga listrik, penggunaan khususNuklir Fisi Tengah abad ke-21 Tenaga listrik, penggunaan khusus
Konsumsi energi per kapita
EVOLUSI PEMANFAATAN ENERGI
Sumber energi & proses konversinya
Faktor yg mempengaruhi pembentukan SDE
• Biomas : energi sinar matahari dirubah & disimpan dalam batang & dahan tumbuhan
• Angin : perpindahan udara karena panas sinar marahari• Air : penguapan air laut & danau karena panas sinar matahari berubah
menjadi hujan di pegunungan yang mengalir ke sungai• Batubara : bahan organik dari biomas hutan yang tenggelam jutaan tahun• Minyak/ gas : bahan organik dari binatang kecil yg tertimbun dan mengalami
proses penekanan dalam jutaan tahun• Panas bumi : pertemuan antara panas dari magma dengan air• Pasang surut : resultan dari gravitasi dan rotasi bumi , bulan dan matahari
yang mempengaruhi air laut• Panas laut : energi radiasi matahari diserap air laut• Ombak laut : pergerakan air laut karena ditiup angin• Nuklir : reaksi materialMatahari merupakan sumber segala bentuk energi dibumi, semua bentuk energi tersebut dapat dirubah menjadi energi listrik. Tanpa sang surya tidak mungkin ada kehidupan di bumi
Matahari sebagai sumber daya energi
Jenis Suberdaya Energi yang tersedia di Bumi
Lokasi Dengan Bantuan
Proses Utama
Bumi Bumi Bulan Matahari
Angkasa
Atmosfe
rTana
h Air Gravitasi
Rotasi
Magma
Organik
Kimia
Reaksi
Material
Air Udara
Gravitasi
Gravitasi
Radiasi
Mekanik
alPanas
Listrik
Biomas ● ● ● ● ● ● ● ●
Angin ● ● ● ● ● ● ●
Air ● ● ● ● ● ● ●
Batubara ● ● ● ● ●
Minyak bumi dan Gas alam ● ● ● ● ●
Panas Bumi ● ● ● ● ●
Nuklir ● ● ● ● ●
Radiasi Surya ● ● ● ● ● ●
Pasang Surut ● ● ● ● ● ● ● ●
Sel Bahan Bakar ● ● ●
Panas Laut ● ● ● ●
Ombak Laut ● ● ● ● ●
Arus Pancar ● ● ● ● ●
E2
T2 R
Planet
Radiasi Surya
E1 = 1,2 kW/m2
Pengaruh Radiasi Matahari
• Bila S padat radiasi surya, maka energi yg diserap planet adalah :
dimana : E1 = energi yang diterima planet
E2 = energi yg diserap oleh planet
S = padat radisi suryaR = radius planetα = angka refleksi permukaan planet
• Planet yg panas akan memancarkan sebagian energinya ke angkasa sebesar E3 sehingga berlaku persamaan : E1 = E2 + E3
)1(.. 22 SRE
RadiasiInframerahE3
• Dari hukum radiasi Stefan Boltzman diketahui bahwa pancaran energi karena suhu akan merupakan radiasi inframerah yang persatuan luas dinyatakan dengan : εσT4
• Sehingga E3 = 4πR2. εσT4
Dimana : E3 = energi yang dipancarkan planet
R = radius planetε = angka pancaran (emissivity) permukaan planetσ = konstanta = 5,673 x 104 J/m2.det.K4
T = suhu permukaan planet• Kesesimbangan akan tercapai apabila E1 = E3
• Sehingga dicapai suhu akhir planet T2 menjadi :• Bila digunakan data planet bumi, dimana :• S = 1,2 kW/ m2 ; ε = 1 ; σ =0,34• Akan diperoleh T2 = 243 K ( atau lebih kurang 30 oC )
Pengaruh Radiasi Matahari
4/1
2 4
)1(
ST
• Lapisan atmosfer berfungsi semacam selimut bagi permukaan bumi. Lapisan ini tembus pancaran sinar surya akan tetapi menyerap dan mengembalikan sebagian pancaran inframerah ke bumi. Bila β merupakan fraksi energi pancaran yang dipantulkan kembali ke bumi oleh lapisan atmosfer, maka :
• Sehingga suhu akhir planet menjadi :
• Dimana β merupakan angka refleksi dari atmosfer, semakin besar harga β nilai suhu akhir T2 dari bumi akan lebih tinggi dari 243 K.
• Besar kecilnya nilai β dipengaruhi oleh tingkat konsentrasi CO2 di atmosfer, yang merupakan dampak dari penggunaan energi fosil dunia yang berlebihan, sehingga menimbulkan efek rumah kaca (green house effect), yang mendorong meningkatnya suhu permukaan bumi tahun ke tahun.
Pengaruh Radiasi Matahari
E3 = 4πR2. εσ (1-β) T44/1
2 )1(4
)1(
S
T
Peningkatan konsentrasi CO2 di atmosfer
Deviasi peningkatan temperatur permukaan bumi
Distribusi & arus energi Matahari
• Energi Surya/ Matahari– Langsung : pancaran/ radiasi matahari– Tidak langsung : tenaga angin, tenaga air, panas laut termasuk juga
biomas
• Perkiraan jumlah energi yg dipancarkan matahari ke ruang angkasa : 6,41 x 107 W/m2
• Kepadatan energi surya yang memasuki atmosfir bumi diperkirakan 1,2 kW/m2
• Dari jumlah tersebut 34 % dipantulkan kembali ke ruang angkasa• Sebagian, diperkirakan 19% diserap atmosfer oleh komponen di
udara seperti CO2, debu, awan• Selebihnya sekitar 47 % diserap oleh bumi atau sekitar 0,564
kW/m2, bila dikalikan luas bumi (1,3x1014 m2), energi surya yang diserap bumi setara dengan 1,3x1010 MW
• Energi yang diserap oleh bumi akhirnya dikembalikan ke atmosfer melalui :– Proses penguapan 33%– Energi kinetik 0,215 % (ombak, arus laut, angin)– Radiasi inframerah 14 %– Fotosintesis 0,023 %
• Energi yg terdapat di bumi karena grafitasi, konfigurasi matahari bulan bumi sehingga terjadi pasang surut diperkirakan berjumlah 3,2 x 106 MW
• Energi yang berasal dari dalam bumi sendiri berupa panas bumi diperkirakan 2,7 x 107 MW
• Pemakaian energi primer oleh manusia pada tahun 1980 adalah setara 230 x 106 MW
Distribusi & arus energi Matahari
Diagram Arus Energi di Bumi
Proses pemanfaatan energi matahari
Biomas
Kayu tumbuh-
tumbuhan
Energi Angin, Ombak
Atmosfer Lautan Langsung Kolektor Buatan Manusia
T. Air, panas laut
Pasif Termal Photo voltaik
Satelit Surya
ENERGI YANG DIMANFAATKAN
Energi & beberapa pengertian lain
• Kamus Umum Bahasa Indonesia (W.J.S. Purwadarminta) : “Energi adalah tenaga, atau gaya untuk berbuat sesuatu”
• Pengertian sehari-hari : energi adalah kemampuan untuk melakukan sesuatu pekerjaan
• Energi dapat mempunyai berbagai bentuk :– Medan listrik– Medan magnit– Energi potensial– Energi kinetik– Energi kimia
Beberapa istilah dibidang energi
• Sumberdaya (resource):– Ditemukan
• Teragakan (demonstated)» Terukur / terbukti (proven)» Terindikasi (probable)
• Terduga (possible)
– Belum ditemukan• Hipotesis• Spekulatif
• Cadangan (reserve) : adalah sumberdaya yang ditemukan dan yang dapat dimanfaatkan sampai dengan taraf marginal dari aspek kelayakan ekonomis
Klasifikasi Cadangan SDE
SUMBER DAYA (RESOURCE)
Ditemukan (Discovered) Belum ditemukan
Teragakan (demonstrated)Terduga
(possible/ infered)
Hipotesis SpekulatifTerukur (proven)
Terindikasi (indicated/ probable)
EkonomisCADANGAN (RESERVE)
Marginal
Submarginal
Cadangan adalah sumber daya energi yang ditemukan dan yang dapat dimanfaatkan sampai dengan taraf keekonomian marginal
Analogi pertumbuhan sumberdaya
• Bila ditemukan suatu sumber daya cadangan akumulatif total A naik dari nol ketas secara eksponensial, kemudian akan menurun secara perlahan setelah dieksplorasi.
• Nilai A akan selalu mengikuti kurva bentuk S, pertumbuhan sumberdaya naik sesuai permintaan, semakin banyak konsumsi cadangan akan menurun, semakian langka/ mahal.
• Kurva konsumsi K pada dasarnya mengikuti lengkung S juga dengan sedikit tertinggal waktu.
• Cadangan total yang ditemukan secara akumulatif adalah P• Selisih antara nilai A dan K adalah B = A-K adalah cadangan
sesaat.• Cadangan sesaat adalah nilai B mengikuti kurva lengkung
Gauss.
Kurva pertumbuhan sumberdaya
A = Kurva Cadangan TotalB = Kurva Cadangan sesaatK = Kurva Konsumsi
Energi, Eksergi dan Anergi
• Pengertian energi adalah “perbedaan Energi” – Energi : jumlah energi absolut yang berhubungan dengan taraf yang
paling rendah– Eksergi : jumlah energi secara relatif yaitu selisih energi dengan
lingkungan– Anergi : selisih antara energi dan eksergiEnergi = Anergi + Eksergi
• Apa yang sehari-hari kita sebut energi sebenarnya adalah eksergi, yaitu merupakan bagian energi yang dapat dimanfaatkan untuk bekerja
• Sedangkan Anergi merupakan bagian energi yang secara praktis tidak dapat dimanfaatkan.
• Hal ini karena adanya suatu faktor konversi yang biasa dikenal Faktor Carnot (Carnot Efficiency) dipakai untuk konversi dari Energi ke Eksergi dan sebaliknya
eneks EK
KKE
1
21 1
21
K
KKC
= faktor Carnot
• Energi terdapat dalam berbagai bentuk : – Energi kinetik– Energi potensial– Energi massa
• Energi kinetik adalah energi akibat dari suatu gerakan benda
dimana : m = massa benda (kg) dan v = kecepatan benda (m/s)• Energi potensial misalnya energi yg tersimpan dalam pegas tertekan,
energi kimia tersimpan dalam bahan bakar fosil, energi grafitasi pada benda yang terangkat dari permukaan bumi.
• Awan yg merupakan kumpulan uap air akibat penguapan memiliki energi potensial sebesar
dimana m = massa dari air (kg) ; g = percepatan grafitasi (m/s2) dan h = tinggi jatuh air (m)
• Ini merupakan prinsip dari pembangkit listrik tenaga air (PLTA)
Satuan energi
221 mvEk
mghEp
Satuan energi• Bentuk energi ketiga adalah Energi massa yang merupakan hasil konversi
massa menjadi energi yang terjadi pada proses fisi maupun fusi nuklir.• Matahari pada dasarnya sebuah reaktor fusi nuklir raksasa yang
mengkonversikan sebagian massa hidrogen menjadi energi panas dan radiasi.
• Hal ini dinyatakan dengan rumus Einstein :
dimana : m = massa yang dikonversikan (kg) dan c = kecepatan cahaya bergerak dalam ruang hampa ( = 3 x 108 m/s), sementara E merupakan energi yang dibebaskan dalam proses konversi tersebut.
2mcE
Satuan energiSatuan Energi Joule Kilowatt-Jam Kalori Btu
1 Joule 1 2,778 x 10-7 0,2389 9,48 x 10-4
1 Kilowatt-jam (kWh) 3,6 x 104 1 8,6 x 105 3413
1 Kalori (Cal) 4,186 1,163 x 10-6 1 3,969 x 10-3
1 Btu 1055 2,93 x 10-4 252 1
1 Therm 1,055 x 104 29,3 2,52 x 107 1 x 105
1 Quad (Q) 1,055 x 1018 2,93 x 1011 2,52 x 1017 1 x 1015
1 Foot-pound (ft-lb) 1,356 3,766 x 10-7 0,3239 1,285 x 103
1 Kilokalori (kCal) 4186 1,163 x 10-3 1000 3,969
1 Electron-volt (eV) 1,602 x 10-19 4,45 x 10-26 3,827 x 10-20 1,59 x 10-22
1 Barrel minyak 6,12 x 109 1700 1,46 x 109 5,8 x 106
1 Galon bensin 1,32 x 108 36,7 3,16 x 107 1,25 x 105
1 Ton batubara 2,36 x 1010 6,57 x 103 5,65 x 109 2,24 x 107
1 Kaki kubif (scf) gas alam 1,08 x 106 0,269 2,57 x 105 1020
Efisiensi pemanfaatan energi• Konversi energi baik buatan manusia maupun yg terjadi secara alamiah, selalu
mengikuti hukum-hukum dasar fissika yaitu Hukum Pertama Termodinamika yang menyatakan bahwa : “jumlah energi dan massa di alam semesta adalah konstan”
• Hukum pertama termodinamika dapat dirumuskan sbb :E = K + S2 – S1
= K + R dengan R = S2 – S1
dimana : E = energi masukan (input) suatu proses kerjaK = jumlah energi yg dihasilkan dari prosesR = kerugian energi yg terjadi pada prosesS1 = jumlah energi awal diluar
S2 = jumlah energi akhir diluar , dengan S2 > S1
• Jumlah energi R biasanya dilepaskan ke lingkungan berupa panas, sehingga suhu akhir lingkungan lebih tinggi
• Efisiensi pemanfaatan energi dapat dirumuskan sbb :
E
Kp
Konsumsi energi primer dunia
PEMAKAIAN ENERGI DUNIAPRIMARY ENERGY
PEMAKAIAN ENERGI DUNIAPRIMARY ENERGY
PEMAKAIAN ENERGI DUNIA
PEMAKAIAN ENERGI DUNIAOIL
PEMAKAIAN ENERGI DUNIAOIL
PEMAKAIAN ENERGI DUNIAOIL
PEMAKAIAN ENERGI DUNIA
NATURAL GAS
PEMAKAIAN ENERGI DUNIA
NATURAL GAS
PEMAKAIAN ENERGI DUNIA
NATURAL GAS
PEMAKAIAN ENERGI DUNIA
COAL
PEMAKAIAN ENERGI DUNIA
COAL
PEMAKAIAN ENERGI DUNIA
COAL
PEMAKAIAN ENERGI DUNIA
NUCLEAR ENERGY & HYDRO ELECTRICITY
PEMAKAIAN ENERGI DUNIA
RENEWABLE ENERGY
PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA
Sistem penyediaan dan kebutuhan energi Indonesia
PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA
PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA
PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA
PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA
Perbandingan konsumsi energi per kapita
Data th 1992
PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA
Sektor Rumah Tangga
Desa
Kayu bakar
Arang Kayu
Minyak Tanah
Kota
Minyak tanah
Gas Kota
Elpiji
Listrik
Pola konsumsi bahan bakar untuk rumah tangga
PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA
Sektor Transportasi
Jalan Raya
Premium
HSD
Kereta Api
Listrik
Batubara
Sungai Danau Feri
IDO
Angkutan laut
MFO
Angkutan Udara
Aftur
Avgas
Pola konsumsi bahan bakar untuk Transportasi
PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA
Sektor Industri
Besar & Menengah
Batubara
Gas alam
HSD & MFO
Listrik
Kecil
HSD
Briket Batubara
Listrik
Pola konsumsi bahan bakar untuk Industri
PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA
Potensi Energi Biomas di Indonesia
Sumber Energi Produksi (106 Ton/ Th) Energi (109 kCal/ Th) Pangsa (%)
Kayu 25,0 100,0 72,0
Sekam padi 7,55 27,0 19,4
Bonggol jagung 1,52 6,8 4,9
Temporung Kelapa 1,25 5,1 3,7
Potensi Total 35,52 138,9 100,0
Data th 1978
Potensi energi biogas di Indonesia
Jenis Populasi (Juta)
Tinja (Ton kering/hari)
Biogas (m3/kg)
Energi (106 kCal/hari)
Pangsa (%)
Sapi, kerbau 13,233 68,8 0,25 86,0 60,4
Kuda 0,675 2,43 0,25 3,0 2,1
Kambing, Domba 16,431 4,93 0,25 6,1 4,3
Babi 6,484 4,53 0,44 9,9 7,0
Itik, ayam 117,564 4,11 0,60 12,3 8,7
Manusia 185,0 12,44 0,40 24,8 17,5
Potensi Total 142,1 100,0
Data th 1988
PEMAKAIAN ENERGI INDONESIA