Abstrak — Marine  Current  Turbine (MCT)  merupakan  sumber energi  kinetik  yang  dipengaruhi  oleh  pergerakan  arus  pasang surut  laut.  MCT  dilengkapi  dengan  rotor  ganda  yang  dapat bergerak  pada  lokasi  yang  memiliki  kecepatan  arus  tinggi untuk  menggerakkan  generator  sehingga  MCT  dapat mengekstrak  energi  listrik  dari  aliran  air.  MCT  sangat  cocok pada  kedalaman  laut  antara  30  sampai  dengan  40  meter  serta pada penelitian ini mengacu pada ukuran diameter rotor 16, 18 dan  20  meter.  Metodologi  penelitian  ini  menggunakan  model hidrodinamika  3  dimensi  untuk  menentukan  lokasi  yang optimal  untuk  penempatan  MCT  di  Pantai  Selatan  Jawa. Model  hidrodinamika  pada  penelitian  ini  menggunakan  mesh berbentuk TIN dari data garis pantai dan batimetri, data pasut dan digunakan data curah hujan untuk menentukan pemilihan bulan  pembuatan  model.  Untuk  melakukan  validasi  model menggunakan  data  arus  dari  satelit  altimetri.  Berdasarkan pengolahan  model  hidrodinamika  3D  dan  analisis  data didapatkan 124 lokasi yang sesuai dengan kecepatan arus rata- rata  minimal  1,5  m/s  untuk  pembangunan  MCT.  Estimasi energi  yang  dihasilkan  pada  bulan  Maret  sebesar  166,900 MWh sedangkan pada bulan Oktober sebesar 159,416 MWh.
Kata kunci — MCT, Model Hidrodinamika 3D, Kecepatan Arus Pasut, Estimasi Energi.

## I. PENDAHULUAN
ERDASARKAN Peraturan Presiden Republik
Indonesia  Nomor  5  Tahun  2006  tentang  Kebijakan Energi  Nasional  bahwa  negara  menjamin  pasokan  energi dalam  negeri  dan  untuk  pembangunan  yang  berkelanjutan [1].  Energi  listrik  merupakan  alat  penunjang  aspek kehidupan  dan  pembangunan  nasional  dalam  peningkatan mutu  taraf  hidup  bangsa  Indonesia.  Penggunaan  energi listrik  pembangkit  fosil  dirasa  sudah  tidak  ekonomis  lagi dikarenakan  persediaannya  yang  sudah  semakin  menipis sehingga dibutuhkan alternatif lain  sebagai  tenaga pembangkit listrik.
Salah  satu  langkah  kebijakan  Kementerian  Energi  dan Sumber  Daya  Mineral  (KESDM)  dalam  menjawab  isu nasional mengenai energi dengan diversifikasi energi adalah penganekaragaman  penyediaan  dan  pemanfaatan  berbagai sumber  energi  baru,  salah  satunya  adalah  sumber  energi kelautan  [2].  Dasar  pengembangan  kelautan  telah  diatur dalam  Undang  Undang  Nomor  17  Tahun  2007  tentang Rencana Jangka Panjang Nasional (RJPN)[3]. Kenyataannya, rencana ini masih belum dapat terealisasikan
karena  beberapa  hal,  diantaranya  belum  tersedianya informasi  potensi  energi  kelautan  yang  secara  ekonomis dapat dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga listrik.
Dengan  kondisi  topografi  Indonesia  yang  merupakan negara kepulauan terbesar dengan total luas lautan hampir 8 juta  km 2 serta  memiliki  panjang  garis  pantai  kurang  lebih sekitar  81.000  kilometer.  Indonesia  memiliki  potensi  yang sangat besar terhadap pengembangan energi arus dan pasang surut air laut dalam pembangunan energi terbarukan sebagai upaya  penting  dalam  mengeksplorasi  sumber  energi  non konvensional dari laut.
Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui lokasi yang memiliki  kesesuaian  arus  pasang  surut  air  laut  yang  baik dalam  pembangunan  turbin  dengan  memanfaatkan  model hidrodinamika  3D  untuk  menentukan  model  kecepatan  arus di  Pantai  Selatan  Jawa.  Keuntungan  energi  pasang  surut  air laut  adalah  dapat  di  prediksikan  karena  perubahan  energi arus  pasang  surut  dapat  ditentukan  berdasarkan  jarak  suatu lokasi  pada  permukaan  bumi  terhadap  posisi  bulan  dan matahari. Pantai Selatan Jawa memiliki kondisi pasang surut dengan  tipe  campuran  dominan  semidiurnal  [4].  Selain  itu, Pantai  Selatan  Jawa  memiliki  gelombang  dan  arus  besar karena  wilayahnya  berbatasan  langsung  dengan  Samudera Hindia. Sehingga dengan mempertimbangkan aspek tersebut maka  pemilihan  lokasi  penelitian  berada  di  kawasan  Pantai Selatan  Jawa.  Pemanfaatan  energi  arus  pasang  surut diharapkan  dapat  di  implementasikan  dengan  baik  di Indonesia selain hemat dalam perawatan, energi arus pasang surut juga meminimalisir kerusakan lingkungan dibandingkan penggunaan energi fosil.

## II. METODOLOGI PENELITIAN

## A. Lokasi Penelitian
Lokasi  penelitian  dalam  penelitian  studi  ini  yaitu  di kawasan  Pantai  Selatan  Jawa  yang  secara  geografis  terletak pada  6°45´20,08″  -  10°52´8,95″  LS  dan  104°33,28″  - 114°38´40,39″  BT.

## Optimalisasi Lokasi Marine Current Turbine (MCT) dengan Model Hidrodinamika 3 Dimensi
(Studi Kasus: Pantai Selatan Jawa)
Lilik Widiastuti, dan Danar Guruh Pratomo
Departemen Teknik Geomatika, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
e-mail : guruh@geodesy.its.ac.id
B
Gambar 1. Peta Pulau Jawa, Sumber : (BNPB, 2009)

## B. Tahap Pengolahan Data
Tahapan pengolahan data dalam penelitian ini adalah:
a. Pembuatan Mesh
Dalam  pembuatan mesh menggunakan  data  garis  pantai yang  diperoleh  dari  Ina-Geoportal  dan  data  batimetri  dari GEBCO. Mesh yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah unstructured triangular mesh yang dapat disesuaikan dengan geomorfogis garis pantai.
b. Pembuatan Time Series Time  series dibuat  menggunakan  data pasang surut  bulan Maret  dan  Oktober  2016  yang  berada  di  area  penelitian untuk  menentukan time  step model  serta  waktu  simulasi model yang akan dilakukan.
c. Pembuatan Boundary Condition Pembuatan boundary merupakan  pembuatan  batas  lokasi yang ingin dilakukan simulasi model. Pada batas garis pantai diikatkan  dengan  titik  stasiun  pasut  yang  berada  di  sekitar garis  pantai  sedangkan  untuk  batas  laut  diikatkan  dengan pasut  prediksi  hasil download seperti  pada  Gambar  2 berikut.
Gambar 2. Boundary Condition
d. Pemodelan Hidrodinamika 3D Pemodelan  hidrodinamika  merupakan  simulasi  suatu aliran  yang  didasarkan  pada  persamaan  matematika  dengan menggambarkan  fenomena  fisik  aliran  dan  penyelesaian persamaan matematika secara numerik [5]. Untuk koordinat vertikal  menggunakan  transformasi  dalam  bentuk  sigma koordinat (σ) sehingga bentuk layer vertikal akan mengikuti bentuk topografi dasar perairan.

## III. HASIL DAN ANALISIS

## A. Analisis Pasut
Identifikasi  nilai  pasut  bertujuan  untuk  membandingkan nilai  pasut  model  dengan  nilai  pasut pengamatan atau pasut prediksi  yang  dinyatakan  dengan  perhitungan  nilai RMSE . Hasil  pemodelan  dapat  dikatakan  valid  jika  nilai RMSE mendekati 0. Berikut rumus perhitungan nilai RMSE :
(1 )
Dimana: = nilai pengamatan/prediksi
= nilai model hidrodinamika = jumlah pengamatan
Hasil perhitungan RMSE pasut  dapat dilihat pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Perhitungan RMSE pada Data Pasang Surut No Stasiun Pasut RMSE Maret RMSE Oktober 1 Binuangeun 0,299 0,234 2 Pelabuahan Ratu 0,169 0,136 3 Pameungpeuk 0,198 0,125 4 Cilacap 0,349 0,456 5 Sadeng 0,103 0,112 6 Pacitan 0,196 0,115 7 Prigi 0,321 0,316 8 Sendang Biru 0,485 0,356 9 Pasut 1 0,339 0,276 10 Pasut 2 0,245 0,270 11 Pasut 3 0,304 0,295 12 Pasut 4 0,349 0,285 13 Pasut 5 0,160 0,151 14 Pasut 6 0,117 0,126 15 Pasut 7 0,232 0,325 16 Pasut 8 0,262 0,259
Nilai RMSE pasang  surut  pengamatan  dan  prediksi dengan model terkecil pada bulan Maret dan Oktober terjadi pada  Stasiun  Pasut Sadeng. Sedangkan nilai RMSE terbesar pada  bulan  Maret  terjadi  pada  Stasiun  Pasut  Sendang  Biru dan pada bulan Oktober Stasiun Pasut Cilacap.
Gambar 3. Hasil Nilai RMSE Stasiun Pasut Sadeng Bulan Maret
Gambar 4. Hasil Nilai RMSE Stasiun Pasut Sendang Biru Bulan Maret
Gambar 5. Hasil Nilai RMSE Stasiun Pasut Sadeng Bulan Oktober
Gambar 6. Hasil Nilai RMSE Stasiun Pasut Cilacap Bulan Oktober

## B. Analisis Kecepatan Arus
Pada  analisis  arus    dilakukan  dalam  2  kondisi  yaitu  saat kondisi  pasang  dan  kondisi  surut  (bulan  Maret  dan  bulan Oktober 2016).
a. Maret 2016
Pada  Bulan  Maret  kondisi  pasang  tertinggi  terjadi  pada tanggal  12  pukul  09:00  WIB  saat  time  step  369.  Pada  saat kondisi  pasang  tertinggi,  kecepatan  arus  maksimum  sebesar 5.881  m/s  dan  arah  arus  cenderung  menuju  daratan  . Sedangkan  saat  kondisi  surut  terendah  terjadi  pada  tanggal 12  pukul  10:00  WIB  saat  time  step  370,  kecepatan  arus maksimum  sebesar  5,812  m/s,  dan  arah  arus  cenderung menjauhi daratan.
Gambar  7.  Pola  Arus  Area  Penelitian  Pada  Saat  Pasang  Tertinggi  (Bulan Maret 2016)
Gambar  8.  Pola  Arus  Area  Penelitian  Pada  Saat  Surut  Terendah  (Bulan Maret 2016)
b. Oktober  2016
Pada Bulan Oktober kondisi pasang tertinggi terjadi pada tanggal  4  pukul  18:00  WIB  saat  time  step  186.  Pada  saat kondisi  pasang  tertinggi,  kecepatan  arus  maksimum  sebesar 5,679  m/s  dan  arah  arus  cenderung  menuju  daratan. Sedangkan saat kondisi surut terendah terjadi pada tanggal 4 pukul  11:00  WIB  saat  time  step  179,  kecepatan  arus maksimum  sebesar  6,374  m/s,  dan  arah  arus  cenderung menjauhi daratan.
Gambar  9.  Pola  Arus  Area  Penelitian  Pada  Saat  Pasang  Tertinggi  (Bulan Oktober 2016)
Gambar  10.    Pola  Arus  Area  Penelitian  Pada  Saat  Surut  Tertinggi  (Bulan Oktober 2016)
Analisis  nilai  kecepatan  arus  pada surface  elevation model dibandingkan dengan data arus geostropik dari satelit altimetri menggunakan perhitungan nilai RMSE sama seperti pada analisis pasut sebelumnya. Terdapat delapan koordinat yang  digunakan  sebagai  sampel  untuk  perhitungan RMSE (lihat Gambar 11).

## Gambar 11. Lokasi Titik Kecepatan Arus
Untuk  nilai  arus  geostropik  didapatkan  dari  persamaan berikut :
(2) Dimana: R  = resultan dari vektor u dan v (m/s) u = kecepatan arus dalam arah x (m/s)
v = kecepatan arus dalam arah y (m/s) Hasil  perhitungan RMSE kecepatan  arus  dapat  dilihat pada Tabel 2 di bawah ini.
Tabel 2.
Perhitungan RMSE pada Data Kecepatan Arus No Titik RMSE Maret RMSE Oktober 1 V1 0,038 0,310 2 V2 0,695 0,997 3 V3 0,901 0,125 4 V4 0,755 0,270 5 V5 0,466 0,065 6 V6 0,359 0,457 7 V7 0,116 0,732 8 V8 0,091 0,857
Nilai RMSE pada  kecepatan  arus  model  dengan  arus geostropik  terjadi  perbedaan  cukup  besar  karena  pada  nilai kecepatan  arus  model  merupakan  kecepatan  arus  yang dipengaruhi oleh fase pasang surut, kedalaman air dan garis pantai.  Sedangkan  untuk  arus  geostropik  merupakan  arus permukaan yang dipengaruhi pada gradien tekanan mendatar yang  menggerakkan  arus  dalam  arah  horisontal  dan  gaya koriolis yang disebabkan pengaruh rotasi bumi.

## C. Analisis MCT
Identifikasi MCT dilakukan dalam dua tahap, yakni:  Penentuan Lokasi MCT Terdapat  1.428  koordinat  yang  memiliki  nilai  kedalaman antara 30 sampai  dengan 40 meter  seperti yang ditunjukkan
V1 V2 V3 V4 V6 V7 V8 V5
pada Gambar 12. Hanya 124 lokasi yang memiliki kecepatan arus pada 1/3 bagian atas kedalaman air (centroid) minimal 1.5 m/s (lihat Gambar 13).
Gambar 12. Titik yang Memiliki  Elevasi 30-40 m

## Gambar 13. Titik Lokasi Potensi MCT
 Perhitungan Estimasi Energi yang Dihasilkan MCT
Perhitungan estimasi energi yang dihasilkan menggunakan tiga ukuran diameter rotor, yakni 16 m, 18 m dan 20 m yang berputar selama 24 jam. Selain itu, mengacu pada penelitian Fraenkl (1999) nilai koefisien daya (Cp) 0,35 [6]. Ekstraksi energi  MCT  dapat  dihitung  menggunakan  persamaan berikut:
(3)
Dimana :
= daya (Watt)
= koefisien daya
= luas area sapuan rotor (m 2 ) = kecepatan arus (m/s)
Hasil  perhitungan  estimasi  energi  rotor  ganda  dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 3. Estimasi Energi Bulan Maret 2016 Diameter Rotor (m) 16 18 20 Energi Total (kW/Hari) 53,174 116,900 61,731 Energi Total (kW/15 Hari) 19142,742 42084,166 22223,026 Energi Rata-rata per Bulan (MW) 38,285 84,168 44,446 Tabel 4. Estimasi Enersi Bulan Oktober 2016 Diameter Rotor (m) 16 18 20
Energi Total (kW/Hari) 52,458 100,936 68,017 Energi Total (kW/15 Hari) 18884,791 36337,053 24485,972 Energi Rata-rata per Bulan (MW) 37,770 72,674 48,972 1. IV. KESIMPULAN D AN SARAN
Berdasarkan  pengolahan  dan  analisis  data  yang  telah dilakukan, berikut adalah kesimpulan yang penulis dapatkan dalam penulis studi ini.
1. Estimasi  yang  dihasilkan  MCT  menggunakan  model hidrodinamika 3D bersifat barotropik dengan menggunakan data pasang surut, dan curah hujan sebagai parameter  serta  data  arus  geostropik  sebagai  validasi model.
2. Dari data 1.428 batimetri yang memiliki nilai kedalaman antara  30  sampai  dengan  40  meter,  menghasilkan  124 koordinat  berpotensi  yang  memiliki  nilai  kecepatan  arus minimal  1,5  m/s  untuk  pembangunan  MCT  seperti  yang ditunjukkan pada Gambar 13.
3. Estimasi  energi  yang  dihasilkan  turbin  dengan  rotor ganda  dihitung  berdasarkan  ukuran  diameter  rotor  serta nilai  kedalaman  lokasi  turbin.  Nilai  estimasi  energi perbulan  Maret  dan  Oktober  menghasilkan  energi listrik masing-masing  sebesar  166,900  MWh  dan  159,416 MWh.
Diperlukan  penelitian  lanjutan  untuk  mendapatkan  hasil estimasi  energi  MCT  menggunakan  data  pengukuran  secara langsung  seperti  pengukuran  batimetri,  pengukuran  arus, pengukuran  angin,  suhu  dan  salinitas  untuk  mendapatkan nilai dan lokasi yang lebih pasti.

## 2. VI. UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  L.W  mengucapkan  terima  kasih  kepada Pushidrosal  dan  BIG  yang  telah  menyediakan  data  pasang surut serta BMKG  yang telah menyediakan data curah hujan bulanan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] P.  P.  R.  Indonesia, Peraturan  Presiden  Republik  Indonesia Nomor 5 Tentang Kebijakan Energi Nasional . Jakarta, 2006.
[2] DESDM, “Energi Kelautan sebagai Alternatif Baru,” in Seminar
Pembangunan Ekonomi Kemaritiman , 2005. [3]
R.  Indonesia, Undang  Undang  Nomor  17  Tentang  Rencana Jangka Panjang Nasional (RPJPN) . Jakarta, 2007.
[4] S.  M.  Lubis, Oseanografi  Indonesia .  Bandung:  Program  Studi Oseanografi, 2006.
[5] Istiarto,  “Model  Hidrodinamika  CFD  di  Bidang  Hidraulika Saluran Terbuka,” Universitas Gajah Mada, 2009.
[6] P.  Fraenkel, Power  from  Marine  Currents .  Marine  Current Turbines Ltd, 1999.