Konversi Energi Gelombang Laut

Konversi Energi Gelombang Laut Menjadi Energi Listrik

Kebutuhan akan energi listrik terus mengalami peningkatan seiring dengan pertumbuhan penduduk dunia. Usaha memanfaatkan berbagai macam sumber energi di alam terus digali dan senantiasa diteliti demi terpenuhinya kebutuhan energi tersebut. Keterbatasan sumber energi yang bersifat unrenewable seperti BBM menyebabkan kita harus mencari berbagai alternatif sumber energi yang bersifat terbarukan. Berbagai sumber energi yang sepertinya akan menjadi “kandidat” sebagai sumber energi alternative dimasa yang akan datang. Diantaranya energi nuklir, energi cahaya matahari, energi potensial air dan energi yang terkandung di lautan luas.

Tulisan ini sedikit mengupas sumber energi yang tersedia di alam khususnya energi gelombang laut. Sebagai referensi utama penulisan diambil dari buku yang berjudul Ocean Wave Energi Conversion yang ditulis oleh Michael E. McCormick cetakan John wiley & Sons, Inc 1981.

Energi yang tersedia di lautan luas bisa berupa energi gelombang laut, arus laut, energi pasang surut, gradient thermal dan gradient salinitas. Pada kesempatan ini akan di deskripsikan secara sederhana tentang konversi energi gelombang laut menjadi energi listrik.

Energi Gelombang Laut

Konsentrasi usaha pemanfaatan energi yang tersedia di lautan umumnya pada energi gelombang permukaan laut. Gelombang merupakan suatu gangguan yang merambat dengan membawa energi serta momentum. Gelombang laut bisa terjadi akibat pergerakan benda-benda yang relatif besar pada permukaan atau diatas permukaan lautan, pergerakan angin diatas lautan, adanya gempa seismic yang memungkinkan terjadinya gelombang tsunami serta gaya gravitasi bulan dan matahari yang bisa memicu gelombang pasang surut (Tidal Wave).

Gelombang yang disebabkan oleh angin umumnya berasal dari perpindahan energi radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi. Energi yang diradiasikan tersebut diserap oleh permukaan bumi yang berupa daratan atau lautan. Perbedaan sifat daya serap kedua permukaan ini menyebabkan perbedaan suhu permukaan bumi baik di daratan atau di permukaan lautan. Daratan biasanya  menyerap energi radiasi matahari lebih baik dari lautan, tetapi juga lebih cepat meradiasikan energi tersebut sesuai konsep radiasi benda hitam. Sehingga terjadi perubahan suhu antara kedua permukaan tersebut. Terjadilah yang disebut sebagai angin darat dan angin laut. Walaupun peristiwa sebenarnya cukup kompleks, namun secara sederhana dapat di deskripsikan seperti diatas. Pergerakan arus angin di belahan bumi utara dan selatan juga berbeda. Perbedaan ini menimbulkan jenis angin yang berbeda serta  menimbulkan pergerakan arus yang berbeda pula. Belum lagi peristiwa rotasi bumi dan efek evolusi juga berpengaruh terhadap besar dan arah angin yang mengalir dipermukaan bumi.

Teknik Dasar konversi energi gelombang laut menjadi energi listrik

Sebenarnya terdapat perbedaan istilah antara ekstraksi energi gelombang laut dengan konversi energi gelombang laut. Istilah ekstraksi berarti teknik yang mampu mengubah energi gelombang laut menjadi energi kinetic (mekanik) sementara istilah konversi  lebih ke pengubahan energi mekanik tersebut menjadi energi listrik. Ada beberapa teknik dasar untuk mengekstraksi energi gelombang laut menjadi energi mekanik seperti :

A.      Heaving and Pitching Bodies

Teknik ini memanfaatkan gerak turun- naik partikel air laut. Biasanya menggunakan benda apung untuk mengekstraksi energy mekanik gelombang laut tersebut. Gerak turun-naik benda apung ini selanjutnya akan menggerakkan system gear yang menggerakkan generator listrik.

Efektifitas alat konversi dengan system ini tergantung pada desain benda apung yang digunakan. Panjang dan lebarnya harus disesuaikan dengan panjang gelombang laut tempat alat konversi berada. Desain yang efektif harus memenuhi konsep frekuensi alamiah sehingga terjadi resonansi agar proses ekstraksi terjadi secara optimal. Memang cukup sulit untuk membuat pengapung yang memenuhi frekuensi alamiah gelombang laut karena sifat gelombangnya yang random dan sulit diprediksi.

Efisiensi yang dihasilkan alat konversi ini jika menggunakan teori gelombang liniear kira-kira 39,7%.

B.     Cavity Resonator

Teknik yang kedua ini juga memanfaatkan energy gelombang permukaan. Alat konversi di desain sedemikian rupa sehingga mampu beresonansi dengan gelombang laut. Biasanya terdapat ruang kosong didalam alat konversi. Ruang ini berisi tekanan udara yang berubah-ubah mengikuti fluktuasi gelombang laut di luar ruang. Aliran udara di dalam ruang inilah yang selanjutnya dimanfaatkan untuk memutar turbin generator.

Efektifitas alat konversi tergantung pada desain yang harus memenuhi frekuensi alamiah gelombang laut. Biasanya alat ini dibuat terapung dengan pemberat hingga tidak mengalami damping yang akan menurunkan energi hasil ekstraksi.

C.      Pressure Device

Tekanan di bawah permukaan laut mengalami perubahan seiring dengan turun naiknya permukaan air (hal ini mempengaruhi tekanan hidrostatik) sementara gerak partikel air laut juga akan mempengaruhi tekanan dinamik air laut, sesuai dengan hukum Bernoulli. Perubahan tekanan ini lah yang akan di ektraksi menjadi energy mekanik generator. Biasanya digunakan semacam membrane yang mengalami perubahan bentuk ketika tekanan berubah. Perubahan tekanan air di dalam membrane ini yang kemudian diteruskan untuk memutar turbin. Untuk mengatur tekanan air didalam membrane, dibuat dua katup yang berfungsi untuk mengatur keluar/masuknya air laut saat terjadi perubahan tekanan. Ketika tekanan di dalam ruang membrane naik akibat tekanan luar yang besar, air didalam membrane akan tertekan menuju pipa yang selanjutnya memutar turbin. Jika tekanan luar menurun, membrane akan berada pada posisi relaksasi, sehingga mengembang dan air luar masuk kedalam membrane melalui katup masukan. Proses berikutnya air akan tertekan saat tekanan luar naik menuju pipa turbin. Begitu proses berlangsung terus menerus mengikuti fluktuasi gelombang laut.

Ada beberapa tipe alat konversi yang memanfaatkan teknik ini, ada yang menggunakan tanki penampungan air pada ketinggian tertentu hasil pemompaan oleh membrane kemudian air dialirkan untuk menggerakkan turbin. Ada juga yang didesain air hasil pemompaan langsung di gunakan untuk mengerakkan turbin (turbogenerator).

D.      Surging-Wave Energi Convertors

Partikel air laut yang bergerak menuju daerah yang relative dangkal akan mengalami defraksi. Kecepatan gelombangnya akan mengalami perubahan di daerah dangkal tersebut. Ketika gelombang menuju daerah dangkal seperti inilah terjadi breaking, kecepatan horizontalnya meningkat. Partikel air laut bergerak dengan cepat membawa momentum dan energy. Gelombang yang mengalami pecah inilah yang disebut sebagai Surging Wave. 

Proses ekstraksi energy gelombang surge biasanya menggunakan sebuah deflector, ada juga yang menggunakan teknik talang miring atau bandul.

E.       Particle Motion Convertor

Partikel air laut yang berada di perairan dangkal bergerak dalam orbit yang mendekati bentuk lingkaran, sementara diperairan dangkal partikel bergerak dalam orbit ellips. Alat konversi gelombang laut yang memanfaatkan sifat partikel air laut ini harus didesain sedemikian rupa sehingga bisa berputar mengikuti irama gerak partikel air laut. Salah satu contohnya adalah Roda air. Roda air harus di desain dengan jari-jari yang disesuaikan dengan frekuensi atau panjang gelombang air laut, idealnya sumbu rotasi berada pada titik simpul gelombang.

Selain roda air, teknik yang memanfaatkan gerak partikel air ini adalah system flap. Flap atau bidang elastic yang memungkinkan timbulnya gaya pemulih saat gelombang laut menghantamnya. Flap ini didesain untuk memanfaatkan tekanan dinamik partikel air laut. Prinsip kerjanya adalah, ketika gelombang datang menghantam flap yang elastic, timbul gaya dorong yang diteruskan ke system piston. Jika terjadi gelombang balik, kemampuan elastisitas flap ditambah dengan gaya dorong gelombang balik akan membantu flap kembali keposisinya semula. Demikian proses berlangsung terus-menerus. Sementara tekanan yang dialami piston bisa digunakan untuk memompa air atau udara bertekanan tinggi. Tekanan fluida inilah yang akan di konversi lebih lanjut menjadi energy listrik.  

Teknik Pengembangan Konversi energi gelombang laut menjadi energi listrik

Teknik-teknik konversi energy gelombang laut menjadi energy listrik terus mengalami perubahan dan penyempurnaan. Beberapa contoh diantaranya adalah:

a.       Salter’s Nodding Duck

b.      Cockerell’s Rafts

c.       Russell’s Rectifier

d.      Wave Focusing techniques

·          The antenna Effect

·         Refraction Focusing (DAM ATTOL)

·         Lens Focusing

 Teknik dasar Konversi energi gelombang laut menjadi Listrik (Mekanisasi elektrik)

Ada beberapa teknik yang bisa digunakan untuk mengubah energi mekanik hasil ekstraksi energi gelombang laut menjadi energi listrik, diantaranya:

a.       Pembangkit Listrik Mekanik system gear

b.      Pembangkit listrik secara Pneumatik dan Hydraulik

c.       Induktansi Linier

d.      Piezoelektrik

e.      Konduksi Proton