TERMODINAMIKA: Pembangkit Listrik OTEC

OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan perbedaan suhu di laut yang dalam dan di laut yang dangkal yang digunakan untuk menggerakan mesin (generator). Dan generator padaOTEC memiliki prinsip “ semakin besar perbedaan suhu di antara laut yang dalam dengan laut yang dangkal maka energi listrik yang dihasilkan akan semakin besar pula.” Perbedaan suhu anatara laut dangkan dengan laut dalam, masing masing memiliki reservoir ( reservoir laut dangkal dan reservoir laut dalam). Perbedaan suhu dari kedua reservoir ini akan menyebabkan aliran kalor yang dapat melakukan usaha.Hal ini memiliki prinsip yang sama seperti turbin uap dan mesin pembakaran,juga lemari es yang melawan aliran kalor alami dengan “menghabiskan” energi. Sama seperti energi kalor dari pembakaran bahan bakar, OTEC menggunakan perbedaan suhu oleh penyinaran matahari pada permukaan laut sebagai bahan bakarnya.

Pada teknologi konversi energy panas laut atau KEPL ,Ocean Thermal Energy Conversion, (OTEC), siklus Rankine digunakan untuk menarik arus-arus energy termal yang memiliki sekurang-kurangnya selisih suhu sebesar 20^o C. Pada saat ini terdapat dua siklus dayaalternatif yang dikembangkan, yaitu siklus Claude terbuka dan siklus tertutup.

Siklus terbuka dengan mendidihkan air laut yang beroperasi pada tekanan rendah, menghasilkan uap air panas yang melewati turbin penggerak/generator.

Siklus tertutup menggunakan panas permukaan laut untuk menguapkan fluida penggerak dengan Amonia dan Freon. Uap panas menggerakkan turbin, kemudian turbin bekerja menghidupkangenerator untuk menghasilkan listrik. Prosesnya, air laut yang hangat dipompa melewati tempat pengubah dimana fluida pemanas tekanan rendah diuapkan hingga menjalankan turbo-generator. Air dingin dari dalam laut dipompa melewati pengubah kedua menguap menjadi cair kemudian dialiri kembali dalam system.

Dalam siklus Claude terbuka, air laut digunakan sebagai medium kerja maupun sebagai sumber energy. Air hangat yang berasal dari permukaan laut diuapkan dalam suatu alat penguap (flash evaporator) dan menghasilkan uap air dengan tekanan yang sangat rendah, lk 0,02 hingga 0,03 bar dan suhu kira-kira 20^o C. uap itu memutar sebuah turbin uap yang merupakan penggerak mula bagi generator yang menghasilkan energy listrik.

Karena tekanan uap itu rendah sekali maka ukuran-ukuran turbin menjadi sangat besar. Setelah melewati turbin, uap yang sudah dimanfaatkan dialirkan ke sebuah kondensor yang menghasilkan air tawar. Kondensor didinginkan oleh air laut yang berasal dari lapisan bawah permukaan laut. Dengan demikian, metode dengan siklus Claude ini menghasilkanenergy listrik maupun air tawar. Masalah dengan metode ini adalah bahwa ukuran-ukuran turbin menjadi sangat besar oleh karena tekanan uap yang begitu rendah. Sebagai contoh, sebuah modul sebesar 10 MW yang terdiri atas penguap, turbin dan kondensor, akan memerlukan ukuran garis tengah dan panjang 100 meter.

Dalam kaitan ini maka metode kedua, yaitu dengan siklus tertutup, merupakan pilihan yang pada saat ini lebih disukai dan digunakan banyak proyek percobaan. Seperti yang terlihat pada gambar 2, air permukaan yang hangat dipompa ke sebuah penukar panas atauevaporator, dimana energy panas dilepaskan kepada suatu medium kerja, misalnya ammonia. Ammonia cair itu akan berubah menjadi gas dengan tekanan kira-kira 8,7 bar dan suhu lk 21 C. Turbin berputar menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energylistrik. Gas ammonia akan meninggalkan turbin pada tekanan kira-kira 5,1 bar dan suhu lk 11^o C dan kemudian dibawa ke kondensor. Pendinginan pada kondensor mengakibatkan gas ammonia itu kembali menjadi bentuk benda cair. Perbedaan suhu dalam rangkaian perputaran ammonia adalah 10^o C sehingga rendemen Carnot akan menjadi:

Rendemen ini merupakan efisiensi termodinamika yang baik sekali, namun di dalam praktek rendemen yang sebenarnya akan terjadi lebih rendah, yaitu sekitar 2-2,5 %. Pada rancangan-rancangan terkini suatu arus air sebesar 3-5 m³/s baik pada sisi air hangat maupun pada sisi air dingin, diperlukan untuk menghasilkan daya sebesar 1 MW padagenerator. Selain ammonia (NH₃), juga Freon R-22 (CHClF₂) dan Propan (C₃H₆) memiliki titik didih yang sangat rendah, yaitu antara -30^o C sampai dengan 50^o C pada tekanan atmosfer dan kurang lebih 30^o C pada tekanan antara 10 dan 12,5 Kg/cm². Gas-gas inilah yang prospektif untuk dimanfaatkan sebagai medium kerja pada konversi energy panas laut.