Konversi energi termal lautan (bahasa Inggris: ocean thermal energy conversion) adalah metode untuk menghasilkan energi listrik menggunakan perbedaan temperatur yang berada di antara laut dalam dan perairan dekat permukaan untuk menjalankan mesin kalor. Seperti pada umumnya mesin kalor, efisiensi dan energi terbesar dihasilkan oleh perbedaan temperatur yang paling besar. Perbedaan temperatur antara laut dalam dan perairan permukaan umumnya semakin besar jika semakin dekat ke ekuator. Pada awalnya, tantangan perancangan OTEC adalah untuk menghasilkan energi yang sebesar-besarnya secara efisien dengan perbedaan temperatur yang sekecil-kecilnya.
Permukaan laut dipanaskan secara terus menerus dengan bantuan sinar matahari, dan lautan menutupi hampir 70% area permukaan bumi. Perbedaan temperatur ini menyimpan banyak energi matahari yang berpotensial bagi umat manusia untuk dipergunakan. Jika hal ini bisa dilakukan dengan cost effective dan dalam skala yang besar, OTEC mampu menyediakan sumber energi terbaharukan yang diperlukan untuk menutupi berbagai masalah energi.
Konsep mesin kalor adalah umum pada termodinamika, dan banyak energi yang berada di sekitar manusia dihasilkan oleh konsep ini. Mesin kalor adalah alat termodinamika yang diletakkan di antara reservoir temperatur tinggi dan reservoir temperatur rendah. Ketika kalor mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah, alat tersebut mengubah sebagian kalor menjadi kerja. Prinsip ini digunakan pada mesin uap dan mesin pembakaran dalam, sedangkan pada alat pendingin, konsep tersebut dibalik. Dibandingkan dengan menggunakan energi hasil pembakaran bahan bakar, energi yang dihasilkan OTEC didapat dengan memanfaatkan perbedaan temperatur lautan disebabkan oleh pemanasan oleh matahari.
Siklus kalor yang sesuai dengan OTEC adalah siklus Rankine, menggunakan turbin
bertekanan rendah. Sistem dapat berupa siklus tertutup ataupun terbuka.
Siklus tertutup menggunakan cairan khusus yang umumnya bekerja sebagai refrigeran, misalnya ammonia. Siklus terbuka menggunakan air yang dipanaskan sebagai cairan yang bekerja di dalam siklusnya.
Sejarah
Meski sistem OTEC adalah suatu teknologi terbaru, konsepnya memiliki
jalan pengembangan yang panjang. Dimulai pada tahun 1881, yaitu ketika
Jacques Arsene d'Arsonval, fisikawan prancis yang mengajukan konsep
konversi energi termal lautan. Dan murid d'Arsonval, George Claude yang
membuat pembangkit listrik OTEC pertama kalinya di Kuba pada tahun 1930.
Pembangkit listrik itu menghasilkan listrik 22 kilowatt dengan turbin
bertekanan rendah.
Pada tahun 1931, Nikola Tesla meluncurkan buku "On Future Motive
Power" yang mencakup konversi energi termal lautan. Meski ia tertarik
dengan konsep tersebut, ia beranggapan bahwa hal ini tidak bisa
dilakukan dalam skala besar.
Pada tahun 1935, Claude membangun pembangkit kedua di atas 10000 ton
kargo yang mengapung di atas lepas pantai Brazil. Namun cuaca dan
gelombang menghancurkan pembangkit listrik tersebut sebelum bisa
menghasilkan energi.
Pada tahun 1956, para fisikawan Prancis mendesain 3 megawatt
pembangkit listrik OTEC di Abidjan, Pantai Gading. Pembangkit listrik
OTEC itu tak pernah selesai karena murahnya harga minyak di tahun 1950an
yang membuat pembangkit listrik tenaga minyak lebih ekonomis.
Pada tahun 1962, J. Hilbert Anderson dan James H. Anderson,
Jr. mulai mendesain sebuah siklus untuk mencapai tujuan yang tidak
dicapai Claude. Mereka fokus pada pengembangan desain baru dengan
efisiensi yang lebih tinggi. Setelah menganalisa masalah yang ditemukan
pada desain Claude, akhirnya mereka mematenkan desain siklus tertutup
buatan mereka pada tahun 1967.
Amerika serikat mulai terlibat pada penelitian OTEC pada tahun 1974, ketika otoritas Natural Energy Laboratory of Hawaii mendirikan Keahole Point di Pantai Kona, Hawaii.
Laboratorium itu merupakan fasilitas penelitian dan percobaan OTEC
terbesar di dunia. Hawaii merupakan lokasi yang cocok untuk penelitian
OTEC karena permukaan lautnya yang hangat dan akses ke laut dalam yang
dingin. Selain itu, Hawaii juga negara bagian yang biaya listriknya
cukup mahal di Amerika Serikat.
Meski Jepang
tidak memiliki tempat yang berpotensial untuk mendirikan OTEC, namun
Jepang banyak berkontribusi dalam penelitian dan pengembangan OTEC,
terutama untuk ekspor dan penerapannya di luar negeri. Salah satu proyek
Jepang dalam pengembangan OTEC adalah fasilitas OTEC di Nauru
yang menghasilkan 120 kW listrik. 90 kW dimanfaatkan untuk menggerakkan
fasilitas OTEC tersebut dan 30 kW dialirkan ke sekolah-sekolah dan
beberapa tempat di Nauru.
Prinsip Kerja
Beberapa pakar energi berpendapat bahwa OTEC akan menjadi teknologi
penghasil listrik yang sangat kompetitif di masa depan. OTEC dapat
memproduksi listrik hingga skala gigawatt, dan dengan penggabungan
dengan sistem elektrolisis, akan menghasilkan hidrogen cukup untuk menggantikan konsumsi bahan bakar fosil
dunia. Tetapi, mengatur biaya adalah yang tersulit. Seluruh fasilitas
OTEC membutuhkan peralatan khusus dan pipa panjang berdiameter besar
yang ditenggelamkan hingga beberapa kilometer jauhnya dari permukaan
untuk mendapatkan air dingin. Dan itu membutuhkan banyak biaya.
Berdasarkan lokasi
- Daratan
- Mengapung
- Perairan dangkal
Berdasarkan sistem siklus yang digunakan
- Siklus terbuka
- Siklus tertutup
- Siklus hybrid
Air laut yang dingin merupakan bagian utama dari tiga tipe siklus
tersebut. Untuk mengoperasikannya, air laut yang dingin harus dipompa ke
permukaan. Cara lainnya adalah dengan desalinasi air laut dekat dasar laut yang akan menyebabkan air laut itu mengalir ke atas karena perbedaan densitas.
Siklus tertutup
Diagram siklus tertutup OTEC
Siklus tertutup menggunakan fluida dengan titik didih rendah, misalnya amonia, untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik. Air hangat di permukaan dipompa ke penukar panas
di mana fluida bertitik didih rendah dididihkan. Fluida yang mengalami
perubahan wujud menjadi uap akan mengalami peningkatan tekanan. Uap
bertekanan tinggi ini lalu dialirkan ke turbin untuk menghasilkan
listrik. Uap tersebut lalu didinginkan kembali dengan air dingin dari laut dalam dan mengembun. Lalu fluida kembali melakukan siklusnya.
Siklus terbuka
Siklus terbuka menggunakan air laut untuk menghasilkan listrik. Air
laut yang hangat dimasukkan ke dalam tangki bertekanan rendah sehingga
menguap. Uap ini dugunakan untuk menggerakkan turbin. Air laut yang
menguap meninggalkan mineral laut seperti garam dan lain sebagainya sehingga bermanfaat untuk menghasilkan air tawar untuk diminum dan irigasi.
Siklus hybrid
Siklus hybrid menggunakan keunggulan sistem siklus terbuka dan
tertutup. Siklus hybrid menggunakan air laut yang dilekatakkan di tangki
bertekanan rendah untuk dijaikan uap. Lalu uap tersebut digunakan untuk
menguapkan fluida bertitik didih rendah (amonia atau yang lainnya). Uap
air laut tersebut lalu dikondensasikan untuk menghasilkan air tawar
desalinasi.
Teknologi terkait
OTEC memiliki banyak manfaat selain hanya menghasilkan energi listrik.
Air Conditioning
Air laut yang dingin yang dipompa oleh fasilitas OTEC memberikan
kemampuan untuk pendinginan mesin-mesin yang berkaitan dengan fasilitas
OTEC. Menurut perhitungan Departemen Energi Amerika Serikat, pipa berdiameter 0,3 m dapat memompa sebanyak 0,08 meter kuibk air perdetik. Jika 6 oC
air dingin mampu dipompa oleh fasilitas OTEC, dapat digunakan untuk
mendinginkan bangunan besar. Jika sistem beroperasi selama 8000 jam dan
listrik lokal dijual seharga 5-10 sen per kWh, maka itu akan menghemat
tagihan listrik sebesar 200.000 hingga 400.000 dolar pertahun.
Budidaya perairan
Sistem OTEC memiliki kemampuan untuk memompa air laut perairan dalam dalam jumlah besar. Air laut tersebut mengandung nutrisi yang diperlukan untuk budidaya perikanan. Budidaya salmon dan lobster
sangat bergantung pada nutrisi dari laut dalam, sehingga hal ini sangat
berpotensial untuk dikembangkan. Dinginnya air juga dapat dipergunakan
untuk mengatur suhu air kolam budidaya dan mendinginkan hasil budidaya.
Desalinasi
Sistem siklus terbuka dan hybrid OTEC dapat dimanfatkan untuk desalinasi. Air yang dikondensasi adalah air tawar tanpa mineral laut yang dapat dijadikan air minum atau irigasi pertanian dekat pantai.
Produksi hidrogen
Hidrogen bisa diproduksi lewat elektrolisis
menggunakan listrik yang dihasilkan OTEC. Air hasil disalinasi dapat
dimanfaatkan sebagai medium elektrolisis dengan penambahan bahan lain
untuk meningkatkan efisiensi.
Ekstraksi mineral
Sejak dulu diketahui bahwa laut mengandung banyak sekali mineral terlarut yang dapat dimanfaatkan, misalnya magnesium,
namun mahalnya biaya pemompaan dibandingkan dengan hasilnya membuat
kegiatan tersebut tidak berlangsung secara besar-besaran. Dengan adanya
fasilitas OTEC, ekstraksi mineral air laut dalam dapat dilakukan sambil
memproduksi listrik.
Hambatan
- Degradasi kemampuan penukar panas akibat gas terlarut
- Degradasi kemampuan penukar panas akibat mikroba
- Penutupan yang tidak rapat - hal ini penting karena OTEC bekerja pada tekanan rendah. Meningkatnya tekanan dapat menyebabkan berkurangnya kinerja pembangkit listrik
- Kompresor tua dapat mengambil energi berlebih - hal ini dapat mengakibatkan total energi bersih yang dihasilkan berkurang.
- sumber
0 komentar:
Posting Komentar