Pemanfaatan Energi Laut 2: Pasang SurutbyThicon Gunawanon 17/01/08 at 1:55 am |15 Comments||Nenek moyangku orang pelaut, gemar mengarung luas samudraMenerjang ombak tiada takut, menempuh badai sudah biasa.Angin bertiup layar terkembang, ombak berdebur di tepi pantaiPemuda brani bangkit sekarang, ke laut kita beramai-ramai Ibu SudKonon, menurut sebuah lagu, nenek moyang kita berprofesi sebagai pelaut. Mereka menyadari bahwa laut memiliki potensi yang besar, yaitu ikan, tanaman laut, harta karun, dan masih banyak lagi. Kini kita pun mengetahui bahwa laut mengandung potensi sebagai salah satu sumber energi terbarukan; dan berkat kemajuan teknologi potensi tersebut dapat diwujudkan.Energi yang berasal dari laut (ocean energy) dapat dikategorikan menjadi tiga macam:1. energi ombak(wave energy),2. energi pasang surut(tidal energy),3. hasil konversi energi panas laut(ocean thermal energy conversion).Prinsip sederhana dari pemanfaatan ketiga bentuk energi itu adalah: memakai energi kinetik untuk memutar turbin yang selanjutnya menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. Artikel kali ini ialah bagian kedua dari tiga artikel yang membahas tentang energi yang dapat dimanfaatkan dari laut. Di bagian kedua trilogi artikel ini, energi pasang surut (tidal energy) akan dibahas.Energi Pasang Surut

Gambar 3.Ombak masuk ke dalam muara sungai ketika terjadi pasang naik air laut.Pasang surut menggerakkan air dalam jumlah besar setiap harinya; dan pemanfaatannya dapat menghasilkan energi dalam jumlah yang cukup besar. Dalam sehari bisa terjadi hingga dua kali siklus pasang surut. Oleh karena waktu siklus bisa diperkirakan (kurang lebih setiap 12,5 jam sekali), suplai listriknya pun relatif lebih dapat diandalkan daripada pembangkit listrik bertenaga ombak. Namun demikian, menurut situsdarvill.clara.net, hanya terdapat sekitar 20 tempat di dunia yang telah diidentifikasi sebagai tempat yang cocok untuk pembangunan pembangkit listrik bertenaga pasang surut ombak.Pada dasarnya ada dua metodologi untuk memanfaatkan energi pasang surut:

Gambar 4.Ketika surut, air mengalir keluar dari dam menuju laut sambil memutar turbin.1. Dam pasang surut (tidal barrages)Cara ini serupa seperti pembangkitan listrik secara hidro-elektrik yang terdapat di dam/waduk penampungan air sungai. Hanya saja, dam yang dibangun untuk memanfaatkan siklus pasang surut jauh lebih besar daripada dam air sungai pada umumnya. Dam ini biasanya dibangun di muara sungai dimana terjadi pertemuan antara air sungai dengan air laut. Ketika ombak masuk atau keluar (terjadi pasang atau surut), air mengalir melalui terowongan yang terdapat di dam. Aliran masuk atau keluarnya ombak dapat dimanfaatkan untuk memutar turbin(Lihat gambar 3 dan 4).

Gambar 5.PLTPs La Rance, Brittany, Perancis.Gambar atas menampilkan aliran air dari kiri ke kanan. Gambar sebelah kiri bawah menampilkan proyek dam ketika masih dalam masa konstruksi. Gambar kanan menampilkan proses perakitan turbin dan baling-balingnya.Photo credit: Popular Mechanics, December 1997.Pembangkit listrik tenaga pasang surut (PLTPs) terbesar di dunia terdapat di muara sungai Rance di sebelah utara Perancis. Pembangkit listrik ini dibangun pada tahun 1966 dan berkapasitas 240 MW. PLTPs La Rance didesain dengan teknologi canggih dan beroperasi secara otomatis, sehingga hanya membutuhkan dua orang saja untuk pengoperasian pada akhir pekan dan malam hari. PLTPs terbesar kedua di dunia terletak di Annapolis, Nova Scotia, Kanada dengan kapasitas hanya 16 MW.Kekurangan terbesar dari pembangkit listrik tenaga pasang surut adalah mereka hanya dapat menghasilkan listrik selama ombak mengalir masuk (pasang) ataupun mengalir keluar (surut), yang terjadi hanya selama kurang lebih 10 jam per harinya. Namun, karena waktu operasinya dapat diperkirakan, maka ketika PLTPs tidak aktif, dapat digunakan pembangkit listrik lainnya untuk sementara waktu hingga terjadi pasang surut lagi.2. Turbin lepas pantai (offshore turbines)Pilihan lainnya ialah menggunakan turbin lepas pantai yang lebih menyerupai pembangkit listrik tenaga angin versi bawah laut. Keunggulannya dibandingkan metode pertama yaitu: lebih murah biaya instalasinya, dampak lingkungan yang relatif lebih kecil daripada pembangunan dam, dan persyaratan lokasinya pun lebih mudah sehingga dapat dipasang di lebih banyak tempat.Beberapa perusahaan yang mengembangkan teknologi turbin lepas pantai adalah:Blue Energydari Kanada,Swan Turbines (ST)dari Inggris, danMarine Current Turbines (MCT)dari Inggris. Gambar hasil rekaan tiga dimensi dari ketiga jenis turbin tersebut ditampilkan dalam Gambar 6.

Gambar 6.Bermacam-macam jenis turbin lepas pantai yang digerakkan oleh arus pasang surut.Gambar sebelah kiri (1):Seagen Tidal Turbines buatan MCT.Gambar tengah (2):Tidal Stream Turbines buatan Swan Turbines.Gambar kanan atas (3):Davis Hydro Turbines dari Blue Energy.Gambar kanan bawah (4):skema komponen Davis Hydro Turbines milik Blue Energy.Picture credit: (1) marineturbines.com, (2) swanturbines.co.uk, (3) & (4) bluenergy.com.Teknologi MCT bekerja seperti pembangkit listrik tenaga angin yang dibenamkan di bawah laut. Dua buah baling dengan diameter 15-20 meter memutar rotor yang menggerakkan generator yang terhubung kepada sebuah kotak gir (gearbox). Kedua baling tersebut dipasangkan pada sebuah sayap yang membentang horizontal dari sebuah batang silinder yang diborkan ke dasar laut. Turbin tersebut akan mampu menghasilkan 750-1500 kW per unitnya, dan dapat disusun dalam barisan-barisan sehingga menjadi ladang pembangkit listrik. Demi menjaga agar ikan dan makhluk lainnya tidak terluka oleh alat ini, kecepatan rotor diatur antara 10-20 rpm (sebagai perbandingan saja, kecepatan baling-baling kapal laut bisa berkisar hingga sepuluh kalinya).Dibandingkan dengan MCT dan jenis turbin lainnya, desain Swan Turbines memiliki beberapa perbedaan, yaitu: baling-balingnya langsung terhubung dengan generator listrik tanpa melalui kotak gir. Ini lebih efisien dan mengurangi kemungkinan terjadinya kesalahan teknis pada alat. Perbedaan kedua yaitu, daripada melakukan pemboran turbin ke dasar laut ST menggunakan pemberat secara gravitasi (berupa balok beton) untuk menahan turbin tetap di dasar laut.Adapun satu-satunya perbedaan mencolok dariDavis Hydro TurbinesmilikBlue Energyadalah poros baling-balingnya yang vertikal (vertical-axis turbines). Turbin ini juga dipasangkan di dasar laut menggunakan beton dan dapat disusun dalam satu baris bertumpuk membentuk pagar pasang surut (tidal fence) untuk mencukupi kebutuhan listrik dalam skala besar.Berikut ini disajikan secara ringkas kelebihan dan kekurangan dari pembangkit listrik tenaga pasang surut:Kelebihan: Setelah dibangun, energi pasang surut dapat diperoleh secara gratis. Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya. Tidak membutuhkan bahan bakar. Biaya operasi rendah. Produksi listrik stabil. Pasang surut air laut dapat diprediksi. Turbin lepas pantai memiliki biaya instalasi rendah dan tidak menimbulkan dampak lingkungan yang besar.Kekurangan: Sebuah dam yang menutupi muara sungai memiliki biaya pembangunan yang sangat mahal, dan meliputi area yang sangat luas sehingga merubah ekosistem lingkungan baik ke arah hulu maupun hilir hingga berkilo-kilometer. Hanya dapat mensuplai energi kurang lebih 10 jam setiap harinya, ketika ombak bergerak masuk ataupun keluar.

Listrik tenaga pasang surut

Air pasang bergerak sejumlah besar air dua kali setiap hari, dan memanfaatkan itu bisa memberikan banyak energi - sekitar 20% dari kebutuhan Inggris.Meskipun pasokan energi yang handal dan berlimpah, mengubahnya menjadi tenaga listrik yang berguna tidak mudah.Ada delapan situs utama di sekitar Inggris di mana pembangkit listrik pasang surut bisa berguna dibangun, termasuk Severn, Dee, Solway dan Humber muara.Hanya sekitar 20 situs di dunia telah diidentifikasi sebagai kemungkinan pembangkit listrik pasang surut.Beberapa tahun yang lalu, "energi pasang surut" berarti "serangan pasang surut", tapi hari ini ada pilihan lain juga.

Cara kerjanya:waduk TidalIni bekerja agak sepertihidro-listrikskema, kecuali bahwa bendungan adalahjauhlebih besar.Sebuah bendungan besar (disebut "serangan") dibangun di muara sungai.Ketika air pasang masuk dan keluar, air mengalir melalui terowongan di bendungan.Pasang surut dan aliran pasang surut dapat digunakan untuk mengubahturbin, atau dapat digunakan untuk mendorong udara melalui pipa, yang kemudian berubah menjaditurbin.Gerbang kunci besar, seperti yang digunakan pada kanal, memungkinkan kapal untuk lulus.Jika salah satu dibangun di seluruh Severn Muara, pasang surut di Weston-super-Mare, tidak akan pergi keluar hampir sejauh - akan ada air untuk bermain di untuk sebagian besar waktu.Tapi Severn Muara membawa limbah dan limbah lainnya dari banyak tempat (misalnya Bristol & Gloucester) ke laut.Sebuah rentetan pasang surut akan berarti bahwa hal ini akan berkeliaran Weston-super-Mare, banyak sekali lagi!Juga, jika Anda salah satu dari 80.000 burung yang memakan lumpur flat terkena ketika gelombang keluar, maka Anda memiliki masalah, karena air pasang tidak akan keluar dengan baik lagi.

Lainnya: Terbesar pasang pembangkit listrik di dunia (dan satu-satunya di Eropa) adalah di muara Rance di Prancis utara, dekat St Malo.Dibangun pada tahun 1966.

Halangan utama dari pembangkit listrik pasang surut adalah bahwa mereka hanya dapat menghasilkan ketika air pasang mengalir masuk atau keluar - dengan kata lain, hanya untuk 10 jam setiap hari.Namun, pasang benar-benar dapat diprediksi, sehingga kita dapat merencanakan untuk memiliki pembangkit listrik lainnya menghasilkan pada saat-saat ketika stasiun pasang surut dari tindakan.

Ada rencana untuk "Severn Barrage"dari Brean Turun di Somerset ke Lavernock Point Wales.Sesekali ide akan diusulkan, tapi tidak ada yang telah dibangun belum.Ini akan biaya setidaknya 15000000000 untuk membangun, tetapi tokoh lainnya tentang proyek tampaknya bervariasi tergantung di mana Anda melihat.Misalnya, salah satu sumber mengatakan Severn Barrage akan memberikan lebih dari 8.000 Megawatt listrik (yang layak lebih dari 12 pembangkit listrik nuklir ini), lain mengatakan itu akan menjadi setara dengan 3 pembangkit listrik tenaga nuklir.Variasi dalam jumlah ini karena ada beberapa proyek Barrage Severn yang berbeda yang diusulkan, jadi hati-hati tentang apa yang angka yang Anda mengutip jika Anda seorang mahasiswa meneliti topik ini.Akan ada sejumlah manfaat, termasuk melindungi bentangan besar pantai terhadap kerusakan dari badai pasang yang tinggi, dan menyediakan jembatan jalan siap pakai.Namun, perubahan drastis pada arus di muara bisa memiliki efek besar pada ekosistem, dan sejumlah besar burung yang memakan flat lumpur di muara ketika gelombang keluar akan punya tempat untuk makan.

Waduk pasang surut

Top: Bendungan untuk pembangkit listrik tenaga pasang surut di muara Sungai Rance, Bretagne, PrancisBawah: Seniman kesan Severn Barrage menunjukkan dibangun rentetan dekWaduk pasang surutmemanfaatkan energi potensial dari perbedaan ketinggian antara pasang tinggi dan rendah.Sebuah bendungan dengan pintu air yang dibangun mencakup inlet pasang surut, atau bagian dari muara pasang surut menciptakan reservoir.Pada air laut pasang mengalir ke resevoir melalui salah satu cara gerbang.Pintu gerbang ditutup ketika air pasang mulai turun dan saat air pasang cukup rendah, air yang disimpan dilepaskan pada tekanan melalui turbin, kembali ke laut.Rotasi turbin ini menghasilkan listrik.Kelangsungan hidup sistem Barrage telah dipertanyakan karena biaya infrastruktur sipil yang tinggi dan isu-isu lingkungan.Hanya ada beberapa lokasi potensial di seluruh dunia dan hanya ada tiga berfungsi pabrik di seluruh dunia (Rance River, Teluk Fundy dan Kislaya Guba).

Muara

Muara adalah badan pantai semi-tertutup air dengan koneksi gratis ke laut terbuka dan di mana air laut diencerkan dengan air tawar.Muara secara geologis sementara dan dapat dengan cepat menghilang dengan perubahan yang relatif kecil di permukaan laut melalui glasiasi (penurunan permukaan laut) dan deglaciations (kenaikan permukaan laut).Deposisi sedimen dan ekspansi dan suksesi rawa garam dari waktu ke waktu baik bertindak untuk mengisi muara.Morfologi tertentu dari sebuah cekungan muara ditentukan oleh asal-usulnya.Muara mungkin berasal dari (1) penenggelaman lembah sungai atau fjord, (2) pembentukan pantai penghalang yang menyertakan sebuah teluk yang dangkal, atau (3) aktivitas tektonik (Levinton 1982).The Hudson River Estuary adalah sebuah lembah sungai tenggelam yang juga sebagian glacially dipotong.Air tawar yang berasal dari drainase lahan cenderung mengapung di atas air laut lebih padat, tapi pencampuran pasang surut dapat mengurangi atau melenyapkan stratifikasi ini.Muara sangat bervariasi dalam fisik, kimia, dan biologi.Pembatasan pertukaran antara muara dan laut terbuka memungkinkan perubahan yang cepat dalam salinitas, suhu, nutrisi, dan beban sedimen;variabilitas ini dan salinitas rendah memiliki efek yang kuat pada kedua komposisi dan dinamika biota.Air Kepadatan Stratifikasi di muaraStruktur fisik hulu-hilir muara bervariasi dalam menanggapi interaksi aliran air bersih, gesekan, dan pencampuran pasang surut.Struktur salinitas muara dapat dikategorikan sebagai (1) sangat bertingkat, (2) cukup berlapis, atau (3) vertikal homogen.

Dalam muara sangat bertingkat, air tawar mengalir di atas lapisan yang lebih dalam air laut padat;tanpa adanya gesekan ini lapisan air laut meluas ke hulu berarti permukaan laut.Gesekan cenderung untuk mentransfer air laut lebih padat ke dalam lapisan air tawar di atasnya.Muara tersebut hanya ada di mana aliran sungai mendominasi gerakan pasang surut.

Dengan gerakan pasang surut moderat, pencampuran terjadi pada semua kedalaman, menghasilkan muara cukup bertingkat.Pencampuran vertikal menyebabkan salinitas kedua lapisan atas dan bawah untuk meningkatkan arah laut, tetapi pada setiap titik lapisan salinitas yang lebih dalam melebihi salinitas permukaan.

Pencampuran pasang surut yang kuat menyeragamkan gradien salinitas vertikal dan hasil dalam muara vertikal homogen.Salinitas pada setiap titik di muara berubah dengan cepat dengan keadaan pasang surut.Pada saat air surut, salinitas didominasi oleh aliran sungai hilir, sedangkan pada saat pasang masuknya air laut mendominasi salinitas.Salinitas dan Suhu ProfilBerkurang pencampuran dengan laut terbuka memungkinkan aliran sungai lokal atau keseimbangan presipitasi-evaporasi untuk mempengaruhi sifat air laut, misalnya, salinitas, suhu, dan kepadatan.Salinitas adalah jumlah garam terlarut dalam gram per 1000 g air laut.Hal ini dinyatakan sebagai bagian per seribu (ppt atau) dan rentang 33-40 di laut terbuka.Ukuran konsentrasi ion klorida (unsur utama) atau konduktivitas listrik sering digunakan sebagai indeks salinitas.Dalam kecil, muara pasang surut campuran, salinitas dapat berubah dari segar untuk benar-benar laut dalam siklus pasang surut.Dalam muara yang lebih besar, gradien salinitas yang lebih bertahap, gerak pasang surut adalah kurang penting, dan musiman masukan air tawar mempengaruhi struktur salinitas ke tingkat yang lebih besar.Kekayaan spesies menurun up-muara dan mencapai minimum di salinitas kritis.Salinitas kritis, sekitar 5 sampai 8, menunjukkan minimal diucapkan dalam jumlah spesies invertebrata bentik.Hal ini mungkin disebabkan oleh penurunan jumlah spesies air tawar di kisaran salinitas ini dan ketidakmampuan banyak invertebrata laut untuk mengatur konsentrasi ion tertentu pada dan di bawah salinitas kritis.Dalam muara harian, di mana salinitas pasang surut diatur, organisme bentik menghadapi tantangan fisiologis besar karena mereka mengalami baik segar dan air asin dalam siklus pasang surut tunggal.Dalam muara yang lebih besar, kurang dipengaruhi oleh gerakan pasang surut, aklimasi mungkin sebagai salinitas berubah secara bertahap selama tahun ini.Perubahan musiman dalam masukan air tawar, bagaimanapun, dapat berubah salinitas pada setiap titik di muara sepanjang tahun.Air laut memiliki jangkauan jauh lebih sempit dari suhu dari udara (-1.9oC ke 40oC).Di laut terbuka, jauh dari kutub, profil bertingkat suhu biasanya berkembang sebagai akibat dari pemanasan matahari.Lapisan permukaan yang hangat mengapung di atas lapisan padat dingin.Di laut terbuka, biasanya ada lapisan menengah disebut termoklin;dalam lapisan ini, suhu menurun dengan cepat dengan kedalaman.Di muara sungai, pencampuran pasang surut umumnya mencegah pembentukan termoklin.Dalam muara sangat bertingkat, lapisan garam lebih akan jauh lebih dingin daripada lapisan air tawar atas, tetapi dalam jenis muara lain perbedaan suhu menurun sebagai pengaruh dari pencampuran meningkat pasang surut.Kepadatan biasanya dinyatakan dalam gram per sentimeter kubik, tetapi juga dapat dinyatakan sebagaisigma STP = (density-1) x 103"Sigma STP" mengacu pada kepadatan air salinitas tertentu, suhu, dan pada tekanan atmosfer.Kepadatan meningkat dengan meningkatnya salinitas dan penurunan suhu.Hal ini menjelaskan mengapa, dalam sebuah muara, air salinitas rendah akan mengapung di atas lebih padat, lebih dingin, dan air salinitas tinggi.Tidal GerakGerak pasang surut adalah hasil dari interaksi gravitasi bumi, bulan, dan matahari.Tarik gravitasi (gaya) antara dua badan sebanding dengan produk dari massa dua badan, dibagi dengan kuadrat dari jarak antara mereka.Selain gaya gravitasi, ada gaya sentrifugal yang disebabkan oleh rotasi bumi dan bulan.Di pusat bumi, kekuatan ini dalam keseimbangan.Pada titik-titik pada permukaan bumi, kekuatan ini tidak seimbang, sehingga ada gaya gravitasi bersih di sisi bumi yang menghadap ke bulan dan gaya sentrifugal bersih di sisi menghadap jauh dari bulan.Hal ini menyebabkan air pasang di sisi menghadap ke arah dan menjauh dari bulan, dengan sesuai pasang surut pada bagian-bagian bumi tanpa kelebihan bersih gaya gravitasi atau sentrifugal.Karena bulan melewati setiap titik di permukaan bumi setiap 24 jam dan 50 m, umumnya ada dua tinggi dan dua pasang surut di sebagian besar lokasi setiap hari.Ketika matahari, bumi, dan bulan sejajar, gaya gravitasi matahari menguatkan bahwa bulan menyebabkan pasang surut musim semi - pasang dari jangkauan vertikal maksimal.Ketika bumi, matahari, dan bulan membentuk sudut siku-siku, dua badan membatalkan satu sama lain pasang, dan perbani dari berbagai vertikal minimal terjadi.Pengaturan tata ruang darat dan laut serta kedalaman dan ukuran cekungan mempengaruhi waktu pasang serta ketinggian pasang surut.Dalam muara, pergerakan air akan tergantung pada pasang surut, bentuk cekungan, serta debit air tawar (Levinton 1982).Semua muara berbagi aliran muara dasar, di mana air permukaan salinitas rendah bergerak ke arah laut dan digantikan oleh air garam lebih bergerak naik muara sepanjang bagian bawah.fc.tide.jpgPerubahan MusimanMuara adalah yang paling produktif dari lingkungan laut, meskipun kelimpahan makanan tidak berfluktuasi sangat lebih dari ruang dan waktu.Produktivitas yang luar biasa dari muara adalah produk dari sejumlah besar nutrisi yang masuk muara musiman dan dari daur ulang luas nutrisi antara air di atasnya dan sedimen biologis aktif.Drainase air tawar musiman memberikan sejumlah besar nutrisi dalam bentuk terlarut dan partikulat;nutrisi terlarut juga masuk muara dengan deep-air aliran samudera.Paku nutrisi ini dapat menjadi sumber fitoplankton mekar di muara kecil.Badai Jarang juga memberikan sedimen dan partikel organik untuk muara.Komunitas mikroba dalam sedimen terurai bahan organik partikulat dan memungkinkan daur ulang terus menerus nutrisi antara bagian bawah dan air di atasnya.Muara dibuahi oleh limbah biasanya ekspor nutrisi terlarut dan partikel organik ke perairan rak (Levinton 1982).2 terbesar input karbon organik ke Hudson adalah: limpasan dari daerah hulu (26,8%) dan limbah (23,5%) [Tabel 1, Moran & Limburg 1986].The Hudson muara Sungai mengangkut nutrisi ke rak batin, yang pada gilirannya mendukung fitoplankton tinggi dan produksi zooplankton.Namun, muara secara inheren variabel.Hal ini demikian sulit untuk membuat generalisasi tentang pentingnya keseluruhan ekspor hara oleh muara.Variasi geografis yang kuat ada di tingkat ekspor gizi karena variasi dalam ukuran dan morfologi muara, variasi masukan sungai, variasi regional dalam air tanah dan curah hujan input, dan variasi musiman dalam siklus hara.Siklus musiman produktivitas primer tergantung pada tingkat suhu, cahaya, dan nutrisi yang pada gilirannya dipengaruhi oleh berbagai faktor yang saling berinteraksi, misalnya, rezim iklim, ukuran baskom dan morfologi, masukan sungai, dll Faktor-faktor ini akan menentukan variabilitas muara dalam ruang dan waktu.Tabel 1 input karbon organik ke muara Sungai Hudson [diambil dariMoran & Limburg 1986].SUMBERMetrik ton% DARI TOTAL

Fitoplankton3636414.8

Tumbuhan - Muncul3.9361.6

Tumbuhan - Flats Tidal14280,6

Atas Daerah Aliran Sungai> River Mile 1526602426.8

Bawah DAS