Abstrak — Perbedaan
karakteristik gelombang berpengaruh terhadap listrik yang dihasilkan pembangkit listrik  tenaga  gelombang  laut.  Termasuk  WEHC  ( Wave Energy  Hyperbaric  Converter )  dalam  instalasinya  perlu dianalisa  aliran  energi  terhadap  variasi  tinggi  gelombang air laut dan mengetahui tinggi gelombang optimum untuk instalasinya. Sistem ini  bekerja dengan sub  sistem  antara lain buoy,  arm,  hydraulic  pump,  hyperbaric  accumulator, hyperbaric  chamber ,  dan  turbin  pelton.  Sistem  bekerja secara  tertutup  dengan  menggunakan  fluida fresh  water . Implementasi  dari converter ini  yaitu  di  daerah  pantai curam  atau  dengan  rekayasa  struktur  yang  sesuai. Pembuatan  simulasi  menggunakan  MATLAB  Simulink dengan memvariasikan tinggi gelombang laut antara 1 – 2 m  dan  periode  gelombang  5  –  7  m.  Rancangan  sistem  ini menghasilkan  daya  terkecil  8.8  kW  yaitu  pada  periode gelombang 7 s dan tinggi gelombang 1 m. Sedangkan daya terbesar  yaitu  24.9  kW  pada  periode  gelombang  5  s  dan tinggi gelombang 2 m dengan efisiensi sebesar 82.8%.
Kata Kunci — Buoy, Hidrolis, Pemodelan, MATLAB Simulink, WEHC, Wave Energy Converter.

## I. PENDAHULUAN
elistrikan  di  Indonesia  menggunakan  beberapa  jenis sumber  tenaga,  baik  itu  terbarukan  ataupun  tidak terbarukan.  Seperti  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU), Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air  (PLTA),  Pembangkit  Listrik Tenaga Diesel (PLTD), dan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro  (PLTMH).  Berdasarkan  statistik  listrik  di  tahun  2012 konsumsi listrik terbanyak ditempati oleh sektor rumah tangga yaitu  sebesar  72,133  GWh  (41,5%)  sedangkan  pada  urutan kedua yaitu oleh sektor industri sebesar 60,176 GWh (34,6%) [5].  Hal  ini  belum  mempertimbangkan  proyeksi  kebutuhan listrik PLN (Perusahaan Listrik Negara) pada tahun 2020 yaitu sebesar  272.34  TWh  dengan  pertumbuhan  permintaan  listrik rata-rata 6.5% per tahun [8].
Beban listrik terbesar hingga saat ini terpusat di Pulau Jawa. Sedangkan masih banyak pulau di luar Jawa  masih tertinggal kekurangan listrik. Menurut Lubis secara statistik keberadaan desa-desa  tertinggal  yang  belum  berkembang  di  pulau-pulau kecil ( small islands ) mencapai hampir 7% dari wilayah dunia dan merupakan entitas daratan tersendiri yang umumnya sama
sekali  belum  menikmati  infrastruktur  listrik,  dicirikan  oleh kerentanan ekonomi dan keterbelakangan pembangunan [6].
Konversi  energi  gelombang  laut  memiliki  beberapa keuntungan. Sumber daya gelombang laut merupakan sumber yang  tidak  terbatas,  setiap  saat  gelombang  laut  terbentuk. Selain itu pantai bisa terproteksi karena daya gelombang laut tersalurkan melalui pembangkit. Tidak kalahnya lagi konversi gelombang  laut  merupakan  energi  yang  ramah  lingkungan, artinya tidak menghasilkan emisi apapun.
Sistem  konversi  pembangkit  listrik  tenaga  gelombang  laut telah  berkembang  dalam  berbagai  tipe.  Eksplorasi  daya gelombang  untuk  daerah  pesisir  ( nearshore )  lebih  banyak menggunakan  sistem power-take-off (PTO)  [3]  yaitu menggunakan buoy kemudian  ditransmisikan  pada  sistem hidrolis  untuk  menggerakkan  generator  melalui  turbin. Teknologi  baru  yang  kini  berkembang  menyisipkan  tekanan tambahan  untuk  menggerakkan  turbin  dengan  memberi hyperbaric chamber (HC). Sistem ini bekerja tergantung pada ketinggian  gelombang  daerah  implementasinya  karena kemudian  berpengaruh  pada  distribusi  fluida  yang menggerakkan  generator.  Oleh  karena  itu  perlunya  diadakan penelitian  pengaruh  perbedaan  karakteristik  gelombang terhadap  listrik  yang  dihasilkan  sehingga  lokasi  instalasi pembangkit bisa disesuaikan dengan kondisi lapangan.

## II. METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan metode berbasis simulasi perangkat  lunak  MATLAB Simulink dengan  membuat  model matematis gelombang laut dan menganalisa aliran energi pada sistem  mulai  dari  awal  gelombang  mengenai buoy hingga terbentuk power.
A. Identifikasi dan Perumusan Masalah
Tahap  ini  melakukan  kegiatan  mengidentifikasi  dan merumuskan  masalah  yang  akan  diteliti.  Telah  ditentukan permasalahan  untuk  penelitian  ini  yaitu  mengetahui  kinerja sistem  dengan  membuat  simulasi  model  matematis Wave Energy  Hyperbaric  Converter (WEHC)  sehingga  bisa menghasilkan  tenaga  listrik  secara  optimal.  Selain  itu  juga mengidentifikasi  pengaruh  variasi  ketinggian  gelombang  air laut  untuk  WEHC.  Sehingga  di  akhir  ditemukan  ketinggian optimum yang mempunyai efisiensi paling baik untuk instalasi

## Pemodelan Sistem Hidrolis Terhadap Variasi Tinggi Gelombang Air Laut Pada Sistem Wave Energy Hyperbaric Converter (WEHC)
Frengki Mohamad Felayati, Taufik Fajar Nugroho, dan Sutopo Purwono Fitri Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : tfnugroho@gmail.com, sutopopf@gmail.com, frengkimuhamad.felayati@gmail.com
K

## WEHC.

## B. Studi Literatur
Studi literatur dilakukan untuk mencari referensi teori dasar untuk  memecahkan  permasalahan  yang  diangkat.  Sumbernya berasal dari jurnal penelitian, buku, dan atau internet. Literatur yang dicari berhubungan dengan karakteristik gelombang laut, teori  tentang  konversi  energi  gelombang  laut,  karakteristik sistem hidrolis, serta penjelasan lengkap tentang Wave Energy Hyperbaric Converter (WEHC).

## C. Pemodelan Gelombang dan Konfigurasi Aliran Energi pada Sistem
Setelah mengumpulkan dan studi literatur selanjutnya yaitu memodelkan  serta  mengkonfigurasi aliran energi pada  sistem WEHC. Pemodelan dibuat dengan perangkat lunak MATLAB melalui perhitungan matematis [1]. Sehingga terealisasi model dari  sistem  dan  siap  untuk  disimulasikan  sesuai  dengan variabel yang sudah disiapkan.
Gambar 1. Hasil Respon Simulasi BHP pada T = 5 s

## D. Simulasi
Sistem  yang  sudah  dimodelkan  pada  perangkat  lunak MATLAB  disimulasikan.  WEHC  disimulasikan  dengan mengubah karakteristik gelombang laut mulai dari tinggi (A), frekuensi (f), dan periode gelombang (T). Data yang diperoleh kemudian dibuat grafik sehingga terlihat pengaruh variasinya. Aliran  energi  pada arm kemudian  diidentifikasi  dan  dihitung
sampai  hasil  daya  dari  generator.  Sehingga  hasilnya  akan terlihat  dari  awal  variasi  gelombang  hingga  hasil  akhir  daya listrik yang dihasilkan.

## E. Kalibrasi
Kegiatan ini dilakukan ketika setelah simulasi dirasa kurang akurat atau ada perhitungan yang salah. Jika terjadi demikian maka  simulasi  harus  diulang  kembali  sampai  ada  data  baru. Simulasi yang berhasil atau sesuai dengan harapan tidak perlu lagi  kalibrasi  sistem  WEHC  dalam  MATLAB  tetapi dilanjutkan pada tahap berikutnya.

## F. Analisa Hasil Simulasi
Hasil  simulasi  yang  berupa  data  grafik  selanjutnya dianalisa.  Dengan  demikian  dicari  karakteristik  gelombang seperti  apa  yang  memiliki  nilai  hasil  yang  paling  tinggi sehingga sistem WEHC bisa beroperasi secara maksimal.

## G. Kesimpulan
Semua  tahap  sudah  dijalankan  lalu  hasil  analisa  simulasi ditarik  kesimpulan.  Hasilnya  nanti  digunakan  untuk rekomendasi implementasi WEHC sebagai pembangkit listrik tenaga gelombang laut. Jika diperlukan rekomendasi diberikan juga  untuk  penelitian  selanjutnya  dengan  variabel  yang berbeda.

## III. ANALISA DATA

## A. Desain Umum WEHC
Simulasi WEHC dibutuhkan ukuran dan sistem yang sudah didesain dengan baik. Setiap komponen digabungkan sehingga membentuk  sistem  pembangkit  listrik.  Dengan  demikian gambaran akan sistem yang akan disimulasi jelas.
Dimensi pada setiap komponen menggunakan dimensi yang ada  di  pasaran,  jika  tidak  ada  dimanipulasi  sesuai  dengan kebutuhan.  Bentuk  dan  penempatan  WEHC  disesuaikan dengan kondisi yang sebenarnya.

## Gambar 2. Ilustrasi WEHC

## B. Pemodelan Matematis Gelombang Laut
Pemodelan  gelombang  menggunakan  penjumlahan  dua fungsi  gelombang  dengan  frekuensi  yang  berbeda.  Fungsi tersebut  sama  sehingga  terjadi  sebuah  gelombang  acak  yang memiliki  amplitudo  (A)  terjumlah  dan  frekuensi  (f)  yang berbeda. Adapun fungsi yang dijumlah yaitu:
Fungsi  tersebut  terdapat  dalam  MATLAB  menggunakan sine  wave  block dengan sample  time  discrete  mode dimana nilai  sampel  parameter  waktu  lebih  besar  dari  nol menyebabkan  blok  bekerja  seolah-olah  pada  Orde-Nol menahan blok yang sampel waktunya diatur ke nilai tersebut. Diferensial  algoritma  tambahan  yang  digunakan  untuk menghitung  sinus  berdasarkan  pada  nilai  dihitung  pada  saat sampel-time menggunakan metode trigonometri berikut:

## C. Pemodelan Matematis WEHC
Gelombang  air  laut  yang  mengenai lever  arm dianggap sebagai  gelombang  beraturan  yang  membentuk  gelombang sinusoidal.  Saat  satu  gelombang  mengenai buoy pada  lengan maka sama  dengan  satu langkah pemompaan dengan  volume penuh pada pompa.
Gambar 3. Ilustrasi Gelombang pada WEHC
Saat t bernilai 0 lengan berada pada kondisi normal, pompa displasmen berekspansi ketika lengan pada puncak gelombang (A),  saat  kompresi  hingga  akhirnya  kembali  pada  posisi normal sama dengan satu kali langkah pemompaan sepanjang λ.  Pompa  dalam  sistem  ini  berupa  pompa  positif  displasmen dimana  dari  gaya  yang  diberikan  oleh lever  arm mengakibatkan  fluida  bervolume  tetap  dikeluarkan  dengan masuk dari titik inlet menuju titik outlet.

## Q (t) = V o /T
Air  yang  keluar  dari  pompa  diteruskan  pada Hyperbaric Accumulator (HA)  dimana  menjadi  satu  unit  dengan Hyperbaric  Chamber (HC)  yang  merupakan  tabung bertekanan [4]. Fungsinya yaitu untuk mengkontrol laju fluida ketika  gelombang  yang  menghantam buoy merupakan gelombang  tak  beraturan  (ketinggian  acak).  Hal  tersebut berguna  untuk  menjaga  kecepatan  ( v o )  fluida  untuk menghasilkan  putaran  tetap  pada  turbin  pelton.  Pada  turbin dicari daya turbin [9] yang dihasilkan dengan menggunakan v 2 yaitu sebagai berikut:
BHP = 2π.Mt.  r

## D. Pemilihan Turbin Pelton
Turbin  Pelton  diproduksi  sesuai  dengan  kebutuhan  daya yang  diterima  oleh  turbin  [3].  Perhitungan  tersebut berdasarkan  data  besarnya head yang  ada  dari  ketinggian  air (jika  di darat). Untuk sistem  ini  menggunakan head pressure sehingga  pemodelan  dan  pemilihannya  sama.  Perbedaannya, tekanan  yang  dihasilkan  di  sistem  ini  melalui  gerakan buoy yang tergantung pada  besarnya  displasmen  yang dipindahkan akibat tumbukan gelombang laut.
Gambar 4. Grafik Pemilihan Turbin Pelton

## E. Pemodelan Gelombang pada Simulink
Gelombang  laut  yang  dimodelkan  yaitu  berupa  gelombang acak  dengan  menggunakan  metode  penjumlahan  dua  fungsi dengan  frekuensi  (f)  yang  berbeda.  Sedangkan  amplitudonya (A)  merupakan  ketinggian  gelombang  yang  dijumlahkan. Pembuatannya  menggunakan sine  wave yang  berupa signal block .

## Gambar 5. Pemodelan Gelombang Sinusoidal

## F. Pemodelan Sistem Hidrolis
Sistem  hidrolis  yang  ada  pada  WEHC  ini  adalah  sistem tertutup.  Sistem  bekerja  memompa  fluida  air  menggunakan piston  pump kemudian  fluktuasi  kapasitas  yang  keluar  (Q o ) dikontrol agar keluarannya stabil. Kemudian mengenai turbin dan  kembali  lagi  menuju  pompa  [7].  Dalam  sistem  ini keluarannya  berupa port  connection sehingga  perlu  adanya signal  connection untuk  mengetahui  nilai output yang dihasilkan setiap komponen.

## Gambar 6. Pemodelan Sistem Hidrolis WEHC
Pemodelan  sistem  hidrolik  yang  dibuat  terdapat  dua komponen  yaitu  komponen  utama  dan  komponen  tambahan. Setiap  komponen  memiliki  karakteristik  tersendiri  untuk merepresentasikan  fungsi  dari  sistem  yang  berjalan. Komponen  utama  menjelaskan  tentang  komponen  pokok dalam  fungsi  hidrolis,  sedangkan  komponen  tambahan merupakan  komponen  pendukung  agar  fungsi  kerja  hidrolis pada komponen utama bisa berjalan.

## G. Pemodelan Control System
Sistem  kontrol  dalam  pemodelan  WEHC  ini  merupakan salah  satu  unit  utama  yang  mengkonversikan  bentuk  aliran sinusoidal  dari  pompa  menjadi  translasi  konstan.  Pemodelan ini  merupakan  representasi  dari  cara  kerja Hyperbaric Accumulator dan Hyperbaric  Chamber [7] . Dalam  kontroler ini  terdapat  sistem  yang  mengatur  aliran  fluida  yang  keluar dari valve.

## Gambar 7. Pemodelan Sistem Kontrol WEHC
Aliran  tersebut  masuk  dalam variabel  displacement  motor sehingga  alirannya  terukur  melalui flow  meter  block. Setelah itu  informasi  disalurkan  pada seconday  control  unit dan diterjemahkan  untuk  mengontol  aliran  masuk  melalui valve. Kemudian  berulang  sehingga  keluarannya  diatur  pula menggunakan controller wheel.

## H. Pemodelan WEHC
Tambahan  setelah  adanya  pemodelan  gelombang, pemodelan  sistem  hidrolis,  dan  pemodelan  kontrol  yaitu output menuju  turbin  sehingga  diketahui  BHP  dan  kecepatan turbin  yang  dihasilkan.  Penambahan  yang  dilakukan  yaitu dengan  memberi gain,  constant, serta mathematic  operation pada Math Operation block hingga divisualkan dengan scope dalam bentuk grafik.

## Gambar 8. Pemodelan Sistem WEHC
Dalam  hal  ini  tambahan  tersebut  dimaksudkan  menjadi value  indicator hasil  dari  pengukuran  sistem.  Pengubahan parameter  tinggi  gelombang  laut  pada  block wave  input, sedangkan  untuk  mengubah  periode  gelombang  yaitu  pada script (terlampir) yang  otomatis  akan  terkoneksi  dengan sistem.
I. Simulasi dan Analisa Data
Model  yang  sudah  dibuat  disimulasikan  dengan running data script dalam script  editor sehingga  hasilnya  langsung terekam dalam workspace. Setelah itu data tersebut digunakan sebagai acuan oleh blok yang ada di pemodelan simulink. 1) Pada  T  =  5  s  daya  maksimum  yang  dihasilkan  yaitu sekitar  24.9  kW,  sedangkan  daya  minimumnya  yaitu sekitar  12.4  kW.  Kesetabilan  daya  sekitar  9.5  s  setelah WEHC beroperasi.
2) Pada  T  =  5.5  s  daya  maksimum  yang  dihasilkan  yaitu sekitar  22.6  kW,  sedangkan  daya  minimumnya  yaitu sekitar  11.3  kW.  Kesetabilan  daya  sekitar  9  s  setelah WEHC beroperasi.
3) Pada  T  =  6  s  daya  maksimum  yang  dihasilkan  yaitu sekitar  20.7  kW,  sedangkan  daya  minimumnya  yaitu sekitar  10.3  kW.  Kesetabilan  daya  sekitar  9  s  setelah WEHC beroperasi.
4) Pada  T  =  6.5  s  daya  maksimum  yang  dihasilkan  yaitu sekitar  19.1  kW,  sedangkan  daya  minimumnya  yaitu sekitar  9.5  kW.  Kesetabilan  daya  sekitar  9.5  s  setelah WEHC beroperasi.
5) Pada  T  =  7  s  daya  maksimum  yang  dihasilkan  yaitu sekitar  17.7  kW,  sedangkan  daya  minimumnya  yaitu sekitar  8.8  kW.  Kesetabilan  daya  sekitar  9.5  s  setelah WEHC beroperasi.
Dari  data  yang  diambil  tersebut  dapat  terlihat  perbedaan yang  signifikan  antara  variasi  tinggi  gelombang  (H)  dan variasi  periode  gelombang  (T)  seperti  pada  Gambar  1. Semakin  besar  tinggi  gelombang  laut  yang  mengenai buoy maka  semakin  besar  pula  daya  yang  dihasilkan.  Namun, semakin besar periode gelombang yang mengenai buoy maka semakin  kecil  daya  yang  dihasilkan  karena  mempengaruhi kerapatan  gelombang.  Ketika  periode  gelombang  semakin kecil,  hal  tersebut  mengartikan  bahwa  semakin  rapat gelombang  yang  mengenai buoy. Selain  itu,  semakin  besar periode  kesetabilan  sistem  tercapai  semakin  lama.
Gambar 9. Data hasil Simulasi WEHC

## J. Karakteristik Kawasan Implementasi WEHC
WEHC  merupakan converter energi  gelombang  laut menjadi energi listrik yang membutuhkan tumpuan khusus di ujungnya. Struktur buoy yang bekerja sebagai point absorber [2]  seperti  PTO  ( Power  Take  Off )  terbatasi  oleh  ketinggian gelombang  karena  sudut  lengan  tidak  fleksibel.  Gerakannya naik  dan  turun  karena  pengaruh  gelombang.  Adapun karakteristik kawasan implementasi dari WEHC yaitu sebagai berikut:
1) Daerah pantai ( nearshore ) yang memiliki gelombang aktif dengan minimal ketinggian 1 m.
2) Memiliki kawasan curam atau dibuat struktur beton untuk menyesuaikan dengan model yang sama.
3) Bisa  menjorok  ke  tengah  laut  asalkan  ada  struktur  kaki khusus  seperti  pelabuhan  apung  sehingga converter bisa tertopang.

## IV. KESIMPULAN
Dari  hasil  dari  pemodelan  sistem  WEHC  ini diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1) Telah  dibuat  pemodelan  sistem  hidrolis  pada Wave Energy  Hyperbaric  Converter (WEHC)  menggunakan MATLAB Simulink dengan ukuran panjang lever arm 20 m, ukuran diameter buoy yaitu 10 m, dan ukuran diameter turbin pelton 0.5 m.
2) Dari  analisa  aliran  energi  pada Wave  Energy  Hyperbaric Converter (WEHC) dengan variasi tinggi gelombang 1 – 2 m dan variasi periode gelombang 5 – 7 s, didapatkan daya terbesar yaitu 24.9 kW dan daya terkecil sebesar 8.8 kW.
3) Karakteristik  gelombang  optimum  untuk  mendapatkan daya  maksimal  dari  simulasi  yaitu  pada  ketinggian  2  m dan  periode  5  s  dengan  efisiensi  pemodelan  sebesar 82.8%.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Bambang  Sujanarko.  Pelatihan  Matlab  Simulink  dan  PCI.  Diakses  di <URL: www.scribd.com> pada tanggal 21 Juni 2015.
[2] Czech,  Balazs.,  Bauer,  Pavol.,  and  Polinder,  Henk.  2014.  Review  of Wave Energy Converters. UK : IEEE Journal.
[3] Dietzel, Fritz. 1993. Turbin, Pompa, dan Kompresor. Jakarta : Erlangga.
[4] Garcia-Rosa,  Paula  B.,  dkk.  2014.  Wave-to-Wire  Model  and  Energy Storage  Analysis  of  an  Ocean  Wave  Energy  Hyperbaric  Converter. Brazil : IEEE J. Ocean Eng. Vol. 39. No. 2.
[5] Kementerian  Energi  Sumber  Daya  Mineral  (ESDM).  2012.  Statistik Listrik 2012.
[6] Lubis, Subaktian. 2011. Pembangkit Listrik Tenaga Arus laut Bagi Desa Pesisir Tertinggal (Second Opinion). Diakses di <URL:
http://www.esdm.go.id/berita/323-energi-baru-dan-terbarukan/4310- pembangkit-listrik-tenaga-arus-laut-bagi-desa-pesisir-tertinggal-second- opinion.html> pada tanggal 15 Maret 2015.
[7] Martinez,  M.,  dkk.  2012.  Modeling  and  Simulation  of  Wave  Energy Hyperbaric  Converter  (WEHC)  for  Application  in  Distributed Generation. Brazil : Int. J. of Hydrogen Energy 3 14945-14950.
[8] Muchlis, M. dan Permana, A.D.. 2013. Proyeksi Kebutuhan Listrik PLN Tahun 2003 S.D 2020.
[9] Team. Modul Praktikum Mesin Fluida. Marine Machineery and System Laboratory FTK ITS.