## DESAIN KAPAL PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN 15 GT UNTUK DAERAH PERAIRAN TERPENCIL WILAYAH TIMUR INDONESIA
Ali Imron 1) , Budianto 1)
1) Teknik Desain dan Konstruksi Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Indonesia Email: ali.imron.as@gmail.com

## Abstrak
Dalam  desain  kapal  pembangkit  listrik  tenaga  angin  (KPLTA)  15  GT  yang  memanfaatkan  energi terbarukan  yang  ada,  yakni  energi  angin  untuk  kepentingan  hajat  hidup  rakyat,  terutama  masyarakat yang hidup di daerah perairan terpencil. Dimana masyarakat yang hidup di daerah yang belum teraliri oleh listrik, namun cukup berdekatan dengan daerah perairan seperti sungai, danau atapun pantai yang mempunyai  hembusan  angin  yang  kuat  untuk  mengerakan  baling-baling  kincir  angin.  KPLTA  15  GT tersebut, membantu masyarakat dalam memaksimalkan energi angin yang tersedia berlimpah. Kapal ikan kapasitas 15 GT yang semula hanya difungsikan sebagai kapal angkut penumpang ataupun kapal untuk menangkap ikan bias. Inovasi kini kapa, dilengkapi dengan peralatan kincir angin yang dapat mengubah energi  angin  menjadi  energi  listrik.  Pembangkit  listrik  tenaga  angin  atau  wind  power  system memanfaatkan  angin  melalui  kincir,  untuk  menghasilkan  energi  listrik.  Secara  umum,  sistem  alat  ini memanfaatkan  hembusan  angin  untuk  memutar  baling-baling  kincir  angin,  yang  selanjutnya ditransmisikan untuk mengerakan generator DC yang didalamnya ada medan magnet yang dipotong oleh kumparan  dari  gerak  poros  rotor  sehingga  menghasilkan  gaya  gerak  listrik  (GGL)  induksi  atau  arus listrik.  Kemudian  arus  listrik  DC  tersebut  disimpan  kedalam  baterai  ataupun  accu  12  Volt  yang  dapat dimanfaatkan  langsung  oleh  masyarakat. Dalam  desain  kapal  pembangkit  listrik  tenaga  angin  15  GT didapatkan  kapal  dengan  panjang  Loa  15  m,  lebar  7  meter  dan  memiliki  kecepatan  kapal  mencapai  7 knots,  dengan  dilengkapi  sistem  pembangkit  tenaga  angin. Metode  Perancangan  dengan  menggunakan simulasi model kapal bertujuan untuk menyesuaikan desain kapal dengan pembangkit listrik tenaga angin dengan memperhatikan resistance kapal dan kondisi operasional  di wilyah timur perairan Indonesia. Keyword: desain kapal, angin, kincir, listrik.

## 1. PENDAHULUAN
Sumber daya alam itu dibedakan menjadi dua kelompok,  yaitu  sumber  daya  alam  yang  dapat diperbarui atau hampir tidak dapat habis misalnya: tumbuhan,  hewan,  air,  sinar  matahari,  angin,  dan sebagainya.  Sedangkan  sumber  daya  alam  yang tidak  dapat  diperbarui  atau  habis,  misalnya: minyak  bumi,  bahan  bakar  fosil  atau  batu  bara. Selanjutnya,  secara  terperinci  energi  dibedakan atas  energi  dapat  diubah  dari  suatu  bentuk  ke bentuk  energi  lain.  Misalnya,  energi  potensial  air dapat  diubah  menjadi  energi  gerak,  energi  listrik, dan  seterusnya.  Energi  listrik  sangatlah  penting bagi  kehidupan  kita.  Bayangkan  bagaimana jadinya kehidupan di bumi ini tanpa adanya listrik. Segala  peralatan  elektronik  yang  kita  beli  tidak akan  berfungsi,  tidak  ada  lampu  penerangan  dan proses produksi pun tidak akan berjalan sempurna.
Namun  di  sisi  lain,  kita  masih  menjumpai beberapa  khususnya  di  daerah  wilayah  terpencil Indonesia  yang  belum  teraliri  listrik.  Sungguh bukan  perihal  fakta  yang  menyenangkan  untuk dibayangkan,  saudara-saudara  kita  disana  belum bisa  menikmati  keuntungan  energi  listrik  seperti yang kita rasakan saat ini.
Dalam  desain  ini  Kapal  pembangkit  listrik tenaga  angin  (KPLTA)  15  GT  memaksimalkan energi  terbarukan  yang  ada  untuk  kepentingan hajat  hidup  rakyat,  terutama  masyarakat  yang hidup  di  daerah  terpencil.  Khususnya  masyarakat yang hidup di daerah yang belum terjangkau oleh aliran  listrik,  namun  cukup  berdekatan  dengan daerah  perairan  seperti  sungai,  danau  ataupun pantai.  Kapal  PLTA  15  GT  dapat  membantu masyarakat  dalam  memaksimalkan  energi  yang tersedia,  yakni  energi  angin.  Energi  angin  yang dapat  diubah  menjadi  energi  listrik  sangat
membantu  kelangsungan  hidup  mereka.  Material yang  digunakan  menggunakan  material  FRP dimana dalam pelaksanaannya pembuatan lambung  kapal  lebih  mudah  untuk  dibentuk, sehingga  mendapatkan  bentuk  lambung  kapal yang  stream  line  yang  dapat  memaksimalkan aliran  fluida  menuju  ke  propeller  kapal,  sehingga memaksimalkan daya dorong kapal.
Dengan Proses simulasi modeling kapal dapat menentukan  bagaimana  konfigurasi  dari  sistem, kombinasi  dari  besarnya  kapasitas  komponen- komponen  sistem,  dan  strategi  operasi  yang menentukan bagaimana komponen-komponen tersebut  dapat  bekerja  bersama  dalam  operasional di kapal.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Secara  umum,  pemakaian  sumber  energi tenaga  angin  di  Indonesia  memang  kurang mendapat  perhatian.  Sampai  dengan  tahun  2004, kapasitas terpasang dari pemanfaatan tenaga angin hanya  mencapai  0.5  MW  dari  9.29  GW  potensi yang  ada.  Padahal  untuk  kapasitas  pembangkitan listrik  tenaga  angin  di  dunia  telah  berkembang pesat  dengan  laju  pertumbuhan  kumulatif  sampai dengan  tahun 2004  melebihi  20  persen  per tahun. Dari  kapasitas  hanya  terpasang  5  GW  pada  tahun 1995  menjadi  hampir  48  GW  pada  akhir  tahun 2004 tersebar dalam 74,400 turbin angin di sekitar hanya 60 negara (Daryanto Y. 2007).
Pada  pembangkit  listrik  tenaga  angin  atau wind  power  system memanfaatkan  energi  angin melalui  kincir,  untuk  menghasilkan  energi  listrik. Kincir  angin  ini  sangat  cocok  sekali  digunakan masyarakat  yang  tinggal  di  pulau-pulau  kecil. Secara  umum,  sistem  alat  ini  memanfaatkan hembusan  angin  untuk  memutar  rotor  generator. Hembusan  dari  angin  dapat  ditangkap  baling- baling,  kemudian  dari  putaran  baling-baling tersebut  akan  dihasilkan  putaran  motor,  yang selanjutnya diubah menjadi arus listrik. Pada Wind Power System ini terdiri dari empat bagian utama, yaitu  rotor,  elektrikal,  transmisi,  dan  kolom. Bagian rotor terdiri dari baling-baling dengan tiga daun,  bentuknya  menyerupi  baling-baling  pada pesawat.  Dengan  bentuk  seperti  ini  diharapkan energi  angin  yang  tertangkap  bisa  maksimal  agar bobotnya  lebih  ringan.  Baling-baling  atau  kincir angin  ini  dibuat  dengan  jari-jari  1,15  meter  dan
bahannya  dibuat  dari  fiberglass.  Untuk  mendapat hembusan  angin,  baling-baling  diletakkan  pada tower setinggi empat meter. Pada bagian transmisi digunakan  sistem  katrol  dan  tali,  sistem  transmisi ini  digunakan  untuk  menyiasati  kekuatan  angin yang  kecil.  Karena  kecepatan  angin  di  Indonesia relatif  kecil,  transmisi  ini  sangat  menguntungkan untuk  meningkatkan  putaran  sebagai  peningkatan energi angin.
2.2. Turbin angin sebagai alternatif sumber listrik
Berdasarkan  sumber  energi  angin  yang sebenarnya berlimpah di Indonesia ternyata belum juga  dimanfaatkan  sebagai  alternatif  penghasil sumber  listrik.  Padahal  di  berbagai  Negara  luar negeri,  pemanfaatan  energi  angin  sebagai  sumber energi  alternatif  non-konvensional  sudah  semakin mendapatkan  perhatian.  Hal  ini  tentu  saja didorong oleh kesadaran terhadap timbulnya krisis energi nasional dengan kenyataan bahwa kebutuhan  energi  terus  ditingkatkan  sedemikian besar  dengan  sumber  alternative  tenaga  angin.  Di samping  itu,  sumber  daya  alam  angin  merupakan sumber  energi  yang  tak  ada  habisnya  atau  dalam kata lain terbarukan, sehingga pemanfaatan sistem konversi  energi  angin  akan  berdampak  positif terhadap lingkungan sekitar.

## 2.3. Potensi Energi Angin
Beberapa faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya antara lain:
• Pengukuran Data Angin
Dalam  studi  potensi  pemanfaatan  tenaga  angin dilakukan  dengan  kerangka  kegiatan  dengan observasi melalui survei lapangan untuk mendapatkan  hasil  data  primer.  Kecepatan  dan kekuatan  angin  pada  ketinggian  di  mana  turbin angin dipasang akan diekstrapolasi dari data yang didapat  dengan  mempertimbangkan  kekasaran permukaan setempat dan lapisan batas atmosfir.
• Analisis Potensi Angin
Dalam  Analisis  potensi  angin  dapat  memberikan informasi mengenai:
- Gambaran pola angin berkala.
- Tahap  kecepatan  angin  rendah  dan kecepatan angin tinggi.
- Kecepatan angin di daerah yang tidak jauh dengan lokasi pengukuran.
- Banyaknya energi yang dapat tersedia.
Semua  informasi  ini  berguna  dalam  menentukan bagaimana  dalam  pemanfaatan  energi  angin  pada suatu  lokasi  tertentu,  baik  untuk  kegunaan mekanikal  atau  elektrikal.  Pada  kecepatan  angin pada  lokasi  di  mana  sistem  konversi  turbin  angin akan  di  pasang  akan  dianalisis  dan  dihitung berdasarkan data yang ada, baik dari sumber BMG maupun  dari  hasil  pengukuran  sebagai  suplemen dan bahan rujukan tertentu. Kecepatan angin pada lokasi  di  mana  sistem  konversi  turbin  angin  akan diletakan penempatannya yang akan dianalisis dan dihitung  berdasarkan  data  yang  ada,  baik  dari sumber BMG maupun hasil pengukuran yang ada. Sehingga dapat memberikan hasil hasil kemampuan  dalam  mendapatkan  energi  listrik yang optimum  yang diperoleh dari sumber tenaga listrik.  Adapun  kelompok  lokasi  kecepatan  angin di Indonesia dapat dibagi atas:
Kelompok I: Lokasi dengan kecepatan angin rata- rata 1 - 2,5 m/det,
Kelompok II: Lokasi dengan kecepatan angin rata- rata 2,5 – 4 m/det,
Kelompok  III:  Lokasi  dengan  kecepatan  angin rata-rata 4,5–12 m/det.

## 2.4. Tahapan desain bentuk lambung
Bentuk  lambung  kapal  ini  mengacu  analisis kekuatan  kapal  FRP  yang  berbahan  Fiberglass dengan struktur penyusun kerangka yang dirancang  kuat  tetapi  tidak over  strength ,  adanya gading-gading  dan  penegar  dan  juga  dengan bentuk lambung memiliki transom dapat memberikan  perlakuan  khusus,  karena  dalam operasional  kapal  diperlukan  besarnya  kecepatan kapal untuk ber- manouver .

## 2.5. Kapasitas turbin angin
Dalam kapasitas turbin angin dapat dikategorikan pada tiga kapasitas yaitu:
1) Kapasitas kecil : sampai 10 kW
2) Kapasitas sedang : 10 kW s/d 100 kW
3) Kapasitas besar : di atas 100 kW

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## 3.1. Tahapan Perancangan
Tahapan  Perancangan  sesuai  dengan  diagram  alir dibawah ini
Gambar 3.1. Flowchart tahapan – tahapan desain
Tidak Tidak Mulai Study literatur komponen pembangkit listrik tenaga angin Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Angin Analisis tahanan Kapal Selesai sesuai Study literatur kapal Menetukan ukuran utama kapal Perancangan model dan tahanan kapal Lines Plan Ya Ya 3D Model Rencana Umum

## 3.2 Analisis Kebutuhan Desain
Tahapan  –  tahapan  desain  yang  digambarkan dalam bentuk flowchart bertujuan untuk mengetahui  metode  apa  yang  digunakan  dalam perancangan kapal pembangkit listrik tenaga angin ini. Tiap metode dalam flowchart dapat dijelaskan sebagai berikut;
3.2.1    Study  Literatur  Komponen  Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Study literatur adalah pengumpulan referensi yang bertujuan  untuk  memperkuat  permasalahan  serta menggali  lebih  dalam  informasi  mengenai perancangan  kapal  PLTA  15  GT  ini.  Study literatur  dapat  diperoleh  melalui  buku  atau  dari internet.  Dalam  hal  ini  dibutuhkan  referensi  yang relevan  mengenai  Komponen  pembangkit  listrik tenaga angin.
3.2.2  Perancangan  Komponen  Pembangkit  Listrik Tenaga Angin
Setelah  melakukan  studi  literatur  yang  relevan, selanjutnya  adalah  merancang  komponen  – komponen pembangkit listrik tenaga angin seperti turbin  angin,  generator  dan  motor  apa  yang digunakan.  Serta  berapa  jumlah  turbin  yang  akan beroperasi pada tiap kapal.
3.2.3 Study Literatur Kapal Study  liteatur  kapal  bertujuan  untuk  mengetahui ukura  utama  kapal  dan  model  kapal  yang  akan dirancang  dengan  cara  mengumpulkan  sumber  – sumber pustaka yang relevan, yang sesuai dengan tujuan perancangan kapal PLTA 15 GT ini.
3.2.4 Menentukan Ukuran Utama Kapal Setelah  melakukan  studi  literatur  yang  relevan selanjutnya  adalah  menentukan  ukuran  utama kapal. Penentuan ukuran utama kapal ini tentunya harus  sesuai  dengan  pembangkit  listrik  tenaga angin yang beroperasi.
3.2.5 Perancangan Model dan Tahanan Kapal Perancangan  model  kapal  bertujuan  untuk menyesuaikan  desain  kapal  dengan  pembangkit listrik  tenaga  angin  yang  beroperasi,  untuk membuat  model  kapal  yang  harus  dilakukan pertama  adalah  membuat  rencana  garis  atau  lines plan. Sedangkan tahanan kapal adalah kemampuan kapal  dalam  menahan  gaya  fluida  yang  bekerja. Tahanan  kapal  bergantung  dari  bentuk  lambung
kapal,  displacement  dan  kecepatan.  Perancangan model dan tahanan kapal tentunya bertujuan untuk mendesain  kapal  yang  efektif  dan  efisien. Perancangan  ini  membutuhkan  software  seperti Maxsurf  dan  Autocad  untuk  mendesain  sekaligus menghitung.

## 3.2.6 Analisis Tahanan Kapal
Setelah  melakukan  perancangan,  selanjutnya adalah menganalisis apakah rancangan model dan tahanan  kapal  sudah  sesuai  dengan  standar  atau belum. Analisis ini sangat penting karena dari sini dapat  diketahui  layak  tidaknya  suatu  desain rancangan kapal yang telah dibuat. Jadi alur tahap ini  dikatakan  dapat  atau  tidak  terpenuhi  dalam desain kapal.

## 3.2.5 Lines Plan
Sisi luar lambung  kapal  berbentuk  lengkung  pada beberapa  kasus  terdapat  tekukan,  penggambaran lambung  kapal  pada  sebidang  kertas  gambar dinamakan  rencana  garis  ( lines  plan/ship’s  lines/ lines ),  bentuk  lambung  kapal  secara  umum  harus mengikuti  kebutuhan  daya  apung,  stabilitas, kecepatan,  kekuatan  mesin,  olah  gerak  dan  yang penting adalah kapal bisa dibangun.
3.2.6 Rencana Umum Setelah  analisis  model  kapal  sudah  sesuai, selanjutnya adalah pembuatan rencana umum atau general  arrangement .  Rencana  umum  dibuat untuk  menentukan  atau  merncang  ruangan  di dalam  sebuah  kapal,  baik  ukuran  maupun  tata letaknya.  Rencana  umum  untuk  kapal  PLTA  15 GT  ini  tidak  begitu  banyak  mengingat  kapal  ini merupakan  kapal  yang  relative  cukup  kecil  dan tidak membutuhkan banyak sekat untuk pembagian fungsi ruangan.
3.2.6 3D model Merupakan bentuk 3D bentuk lambung kapal yang akan  diterapkan  pada  kapal  pembangkit  tenaga angin (KPLTA) 15 GT.
a. Perangkat Keras ( Hardware ) Dalam kebutuhan perangkat keras untuk menunjang  running  modeling  desain  kapal  maka dibutuhkan sebuah perangkat keras yaitu:
a. Laptop  dengan  processor  minimal  dual  core dan memory 3 GB
b. Portable  hardisk  2  tB  untuk  proses  simulasi modelling
b. Perangkat Lunak ( Software )
Dalam  suatu  perancangan  kapal  yang  digunakan saat melakukan perhitungan tahan kapal membutuhkan  suatu  software  guna  menunjang sistem  tersebut  adapun  software  yang  dibutuhkan antara lain
a. Maxsurf
b. AutoCad
c. MS Excell

## 3.3    Desain dan Perencanaan Sistem
Desain kapal pembangkit listrik tenaga angin yang akan  dikerjakan  dalam  penelitian ini,  seperti  pada gambar  3.2  blok  diagram  Perencanaan  kapal sebagai berikut:
Gambar 3.2. Blok Diagram Perencanaan kapal
3.4.2 Desain dan Perencanaan Sistem Turbin
Desain  turbin  angin  yang  akan  dikerjakan  dalam penelitian  ini,  seperti  pada  gambar  3.3  blok diagram Perencanaan sistem sebagai berikut:
Gambar  3.3  Blok  Diagram  Perencanaan  Sistem Turbin

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Perancangan pada Maxsurf Ukuran  utama  kapal  pembangkit  listrik  tenaga angin adalah sebagai berikut: Loa : 15 m Breadth : 7 m Draft : 2 m Depth : 4 m Vs : 7 kts
Perancangan  model  kapal  dibuat  menggunakan software  Maxsurf  professional,  Pertama  buat desain  basic  dengan  default  surface.  Kapal  yang telah  dirancang  dengan  ukuran  utama  telah  jadi dengan hasil sebagai berikut,
Lalu  export  tiap  windownya  menjadi  bentuk  dxf. File,  agar  bisa  dibuka  di  AutoCAD.  Setelah  itu dilakukan  proses editing  dan  desain tingkat  lanjut di AutoCAD.
Input Data Ukuran
Utama Kapal Lines Plan R.U. 3D
Model Studi literatur Turbin Perancangan Turbin
Pemodelan Turbin

## 4.1.2 Perancangan kapal pada AutoCAD
Buka  file  .dxf  yang  telah  di  export  tadi  pada software AutoCAD,  lalu  gabungkan  gambar- gambar  tadi  menjadi  satu  file  yang  kemudian dijadikan lines plan dan general arrangement . 4.1.2.1 Lines Plan Edit  menjadi  lines  plan,  yang  terdiri  dari  Sheer Plan,  Body  Plan  dan  Half  Breadth  Plan,  Seperti berikut;
4.1.2.2 General Arrangement
Mengabungkan  gambar  seperti  linesplan,  dan dikerjakan  tiap view .  kemudian  tiap  ruangan berdasarkan frame  spacing atau  jarak  gading. Untuk general  arrangement atau  rencana  umum, bagi frame dengan offset , frame spacing kapal ini adalah 0.5 m.
Gambar  superstructure  atau  bangunan kapal  bagian  atas  (di  atas main  deck ).  Pada  kapal ini hanya menggunakan ruang kemudi sepanjang 5 m,  karena  kapal  ini  membutuhkan  ruangan outdoor yang cukup luas untuk penempatan turbin angin.

## 4.2 Perancangan Turbin dengan AutoCAD
Gambar  turbin  angin  sesuai  dengan  ukuran turbin yang direncanakan,
Penggambaran  motor  dan  generator  untuk turbin  angin  menggunakan  software  AutoCAD 2007  dengan  version  student  edition.  Penentuan ukuran  atau  dimensi  turbin  menyesuaikan  ukuran kapal yang relatif kecil, dalam satuan meter.

## 4.3  Analisis  Tahanan  Kapal  dan  Kecepatan Kapal
Analisis  daya  dan  kecepatan  kapal dilakukan  menggunakan  software  Hullspeed. Dengan perbandingan kecepatan minimum 5 knots dan kecepatan maximum 7 knots.

## 4.4  Analisis  Perbandingan  Daya  Motor  dan Kecepatan Kapal
Dengan menggunakan software Hullspeed didapatkan  grafik  perbandingan  daya  motor  dan kecepatan kapal
Pada kecepatan yang dimiiki kapal dengan daya  motornya  adalah  25  HP,  sehingga  dapat dikondisikan  dalam  pemakaian  satu  buah  tenaga pengerak.

## 4.5  Analisis  Daya  Tahan  Kapal  Terhadap Ombak
Berikut  ditunjukan  bentuk  gelombang yang  terjadi  pada  saat  operasional  kapal  ber- manouver.

## 4.6 3D Modeling
Setelah  semua  analisis  sesuai,  maka langkah  selanjutnya  adalah  menjadikan  kapal  ke dalam bentuk 3 dimensi melalui software Maxsurf dan AutoCAD.
Berikut  hasil  3D  Modeling  kapal  Pembangkit Listrik Tenaga Angin;

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1 Kesimpulan
Setelah  melakukan  perancangan,  didapatkan ukuran  utama  kapal  KPLTA  15  GT  yang ditunjukan sebagai berikut: Loa : 15 nm Breadth : 7 m Draft : 2 m Depth : 4 m Vs : 7 kts DWT : 17950 ton Cb : 0.565 5.2 Saran
Perlu  dikembangkan  mendesain  tingkat detail  kapal,  dengan  memasukan  faktor  –  faktor yang  mempengaruhi,  baik  dari  segi  analisis maupun sistem atau tingkat mass product .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   Ableson,  Frank.  “ship  resistance”,  Maret 2012.
[2]  Budianto,  Analisa  Kekuatan  pada  Struktur Kapal  FRP,  Jurnal  perkapalan,  Volume  10, No.1 Mei 2012
[3]  Daryanto  Y.  2007.  Kajian  Potensi  Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu., Laporan  Penelitian  Balai  PPTAGG-UPT- LAGG, Yogyakarta.
[4]  Deepak Kumar Lal, Bibhuti Bhusan Dash, A. K.  Akella,  (2011).  Optimization  of  PV/Wind /micro-hydro for the study area. International Journal  on  Electrical  Engineering  and Informatics, vol. 3, no. 3, 307- 325.
[5]  Ship  Hydrodynamics,  Lecture  Notes  of Propulsion Part.