Desain Kri Tipe Landing Platform Dock (Lpd) Sebagai Kapal Markas Berbasis Hybrid - Samsul Maarif

From ccitonlinewiki
Revision as of 10:24, 29 April 2019 by Samsul.maarif81 (talk | contribs)
Jump to: navigation, search

Desain Kri Tipe Landing Platform Dock (LPD) Sebagai Kapal Markas Berbasis Hybrid

1. Latar Belakang

Kapal Perang Republik Indonesia (KRI) tipe Lnading Platform Dock ( LPD) merupakan kapal perang yang memiliki kemampuian dalam mengangkut personel maupun kendaraan tempur taktis maupun strategis dalam kegiatan pendaratan adminisntrasi. KRI tipe LPD juga dapat difungsikan sebagai alat angkut kendaraan tempur amfibi dan angkut heli yang memiiiki kemampuan Docking-Undocking guna mamproyeksikan kekuatan dari laut ke darat melalui LCU (Landing Craft Utiiity) dalam operasi amfibi, operasi pendaratan administrasi dan operasi lainnya sesuai direktif yang diberikan. Kapal LPD memiliki fungsi-fungsi yang dapat diemban untuk mendukung tugas pokoknya antara lain : melaksanakan operasi pengeseran pasukan dan logistik atau operasi pendaratan administratif, mengangkut pasukan dan peralatan tempur serta dukungan terhadap OLP, melaksanakan Operasi Bhakti, mendukung pengoperasian heli, melaksanakan dukungan medis terbatas, melaksanakan dukungan logistik cair terbatas, melaksanakan Patroli Kamla dan mendukung tempat praktek pendidikan dan latihanEnergi mempunyai peranan yang penting dalam kehidupan manusia.

Kapal LPD.jpg

Sifat tempur Kapal LPD sangat ditentukan oleh reka bentuk bangunan kapal, kapal ini memiliki mobilitas angkut dan ketahanan operasi hingga 30 hari secara terus menerus tanpa pasukan serta kemampuan embarkasi/debarkasi menggunakan LCU. Heli sebagai kepanjangan tangan sistem kesenjataan memungkinkan untuk menambah aksi dukungan logistik maupun kepentingan operasional dan tugas-tugas khusus dalam mendukung rangkaian kegiatan tempur. Dalam kegiatan operasinya KRI tipe LPD mendapatkan tenaga listrik secara mandiri yang dibangkitkan dari Generator Electrical Set (Genset). Seiring dengan perkembangan dunia untuk penghematan energy dimana hampir semua aktivitas manusia sangat tergantung pada energi, dan dihadapkan pada pemanfaatan energi fosil yang berlebihan dapat menimbulkan krisis energi, maka diperlukan desain KRI yang berbasis pada kapal hybrid yang ramah (eco-friendly) bagi setiap perancangan desain kapal.

Pendekatan bangunan kapal yang ramah lingkungan (eco-friendly architecture), menghasilkan beberapa konsep perancangan: conserving energy (Hemat Energi), working with climate (memanfaatkan kondisi dan sumber energi yang alami), respect for site (menanggapi keadaan tapak pada bangunan), respect for user (memperhatikan pengguna bangunan), limitting new resources (meminimalkan sumber daya baru), dan holistic. Dengan latar belakang isu sumber energi tak terbarukan yang mulai menipis serta dampak buruk yang dihasilkan akibat konsumsi energy (tak terbarukan) bagi lingkungan, maka akan lebih baik bila dalam perancangan kapal perang lebih berfokus pada usaha konservasi dan efisiensi energi sehingga menjadi rancangan kapal yang mampu menghemat energi. Disamping juga dalam kondisi darurat KRI masih mampu menghasilkan energi listik yang dapat digunakan sebagai sumber tenaga untuk peralatan deteksi kapal terhadap obyek kapal lain disekitarnya. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan desain kapal perang tipe LPD hybrid yang mampu melaksanakan tugas guna mendaratkan unsur administrasi TNI AD, serta mampu sebagai kapal markas yang dapat menghasilkan energy dari sumber panel surya (solar cell). Metode yang dilakukan dalam desain KRI LPD sebagai kapal markas berbasis hybrid dilakukan dengan menganalisis karakteristik kapal LPD dari perhitungan kurva hidrostatik dan kurva bonjean, perhitungan kekuatan memanjang, perhitungan kebutuhan energy, analisis peralatan deteksi dan senjata sebagai kapal markas, perhitungan break event point dan analisis strategi untuk mengkobinasikan sumber tenaga dari solar cell dengan sumber tenaga dari Electrical Genset.

1.1 Pertanyaan Penelitian

Terkait dengan analisis desain KRI LPD sebagai kapal markas berbasis kapal hybrid dapat disusun beberapa pertanyaan sebagai berikut:

 a. Mendesain KRI yang memiliki karakteristik stabil dan nyaman melalui perhitungan kurva hydrostatic dan kurva bonjean?
 b. Menghitung kekuatan memanjang kapal terkait dengan beban kapal secara manjang?
 c. Menghitung kebutuhan tanaga penggerak kapal (main engine) untuk mendesain kapal dengan kecepatan dinas (service velocity) 18 knot?
 d. Menghitung kebutuhan energi listrik bagi seluruh peralatan di atas kapal?
 e. Menghitung break event point terkait dengan biaya pembuatan kapal?
 f. Mengkombinasikan sumber tenaga dari solar cell dengan sumber tenaga dari Electrical Genset?
 g. Membuat strategi dalam menciptakan KRI yang ramah lingkungan dari limbah yang dihasilkan?  

1.2 Tujuan Penelitian

Dari uraian pertanyaan penelitian yang telah diuraiakn di atas dapat disusun tujuan penelitian adalah sebagai berikut:

 a. Menganalisis desain KRI yang memiliki karakteristik stabil dan nyaman melalui perhitungan kurva hydrostatic dan kurva bonjean.
 b. Menganalisis kekuatan memanjang kapal terkait dengan beban kapal secara manjang.
 c. Menganalisis kebutuhan tenaga penggerak kapal (main engine) untuk mendesain kapal dengan kecepatan dinas (service velocity) 18 knot.
 d. Menganalisis kebutuhan energi listrik bagi seluruh peralatan di atas kapal.
 e. Menganalisis break event point terkait dengan biaya pembuatan kapal.
 f. Menaganalisis strategi mengkombinasikan sumber tenaga dari solar cell dengan sumber tenaga dari Electrical Genset.
 g. Menganalsis strategi dalam menciptakan KRI yang ramah lingkungan dari limbah yang dihasilkan.

2. Tinjau Pustaka

2.1 Metodologi PV off grid system

Basis teoritis untuk pemodelan sistem PV dapat ditemukan dalam beberapa referensi,[10]-[15]. Simulasi model untuk pemodelan PV sistem untuk pembangkit tenaga listrik dan prediksi performa dijelaskan pada[10]. Selama tiga dekade, sejumlah metode untuk menentukan parameter dasar sel surya telah dikembangkan[11]. Karakteristik tegangan arus dari modul PV dapat di reproduksi dengan memodelkan sel PV sebagai rangkaian ekuivalen yang terbuat dari komponen linier dan non linier[12]. Selain biaya relatif tinggi, efisiensi konversi modul PV rendah adalah faktor lain yang membatasi penggunaan sistem PV secara luas di masa lalu[13]. Oleh karena itu, power converter yang di buat dengan kemampuan power point tracking(MPPT) terintegrasi dengan sistem PV sangat penting untuk penerapan teknologi ini.[14] Memberikan tinjauan meyeluruh terhadap teknik MPPT yang ada, baik dalam berbagai macam isolasi maupun kondisi sebagian terdapat bayangan. Sebelum memulai perancangan sistem PV kita harus mengetahui parameter radiasi matahari dari lokasi yang di pilih. Setelah itu perlu untuk menilai konsumsi penggunaan beban listrik perharinya. Berdasarkan konsumsi listrik, daya dan jumlah modul PV, kapasitas baterai, inverter, pengendali biaya dan penampang konduktor di tentukan.

 Algoritma yang diusulkan untuk merancang sistem PVoff-grid terdiri dari beberapa langkah utama:
 1. memperkirakan beban dan konsumsi listrik dari fasilitas tersebut.
 2. penentuan kemiringan optimal dan azimut PV modul dari lokasi yang dipilih.
 3. Memperkirakan jumlah radiasi matahari.
 4. Pemilihan elemen sistem PV:
    4.1. modul PV
    4.2 baterai
 5. Perhitungan energi dan tenaga listik yang dihasilkan dan kerugian pada sistem PV, dan
 6. Perkiraan biaya

Merancang sistem PV sederhana saat ini mudah menggunakan beberapa program perancangan, salah satunya ialah Homer. Cukup masukkan semua informasi yang dibutuhkan dan dalam beberapa menit program akan memberikan konfigurasi sistem PV yang optimal.

2.2 HOMER (Hybrid Optimization Model for Energy Renewable) 2.2.1 Penjelasan Umum Homer

       Homer merupakan sebuah perangkat lunak yang telah dikembangkan oleh U.S National Renewable Energy Laboratory (NREL) yang bekerja sama dengan Mistaya Engineering dan digunakan oleh Departemen Energi Amerika Serikat. Homer digunakan untuk mempermudah perencanaan, perancangan, simulasi, dan analisis   untuk aplikasi system tenaga listrik mikro secara off-grid.[14]

Secara umum, perangkat lunak Homer memiliki keuntungan sebagai berikut[14]:

 1. Dapat mengetahui hasil optimal dari konfigurasu system
 2. Dapat melakukan analisis sensitifitas
 3. Memiliki komponen pembangkit hybrid yang cukup lengkap
 4. Dapat memodelkan berbagai macam sumber energy terbarukan seperti sumber energy surya, air, angin, dan sebagainya.
 5. Parameter masukan sangat terperinci, seperti sumber daya alam, emisi, bahan bakar, factor ekonomi, dll.

2.2.2 Prinsip Kerja Homer

Homer bekerja berdasarkan simulasi, optimisasi, dan analisis. Ketiga parameter tersebut bekerja secara berurutan sehingga hasil simulasi yang diperoleh dapat optimal.

2.2.2.1 Simulasi

Proses simulasi dapat menentukan bagaimana konfigurasi dari system, kombinasi dari besarnya kapasitas komponen-komponen system, dan strategi operasi yang menentukan bagaimana komponen tersebut dapat bekerja bersama dalam periode waktu tertentu. Selanjutnya, Homer dapat mmperkirakan biaya-biaya yang harus dikeluarkan untuk system tersebut dengan mempertimbangkan biaya modal, biaya penggantian, biaya operasi, dan perawatan. Serta Homer dapat memodelkan konfigurasi system secara khusus dengan melakukan beberapa rangkaian simulasi berdasarkan waktu setiap jam selama setahun.

2.2.2.2 Optimasi

Setelah dilakukan simulasi, langkah selanjutnya yaitu melakukan proses optimasi. Proses optimasi dilakukan untuk emnentukan hasil yang paling optimal dalam konfigurasi system. Pada saat menampilkan daftar semua konfigurasi yang mungkin beserta harga NPC dan levelized cost of energy(COE) terendah untuk jangka waktu yang telah ditentukan. Homer mensimulasikan konfigurasi system yang berbeda-beda, apabila konfigurasi system tidak layak, maka Homer tidak akan menampilkan hasil optimasi system tersebut.

Tujuan dari proses optimasi adalah menentukan nilai optimal dari konfigurasi system dimana variable nilai masukkan dapat diubah-ubah sesuai keinginan pengguna. Variable nilai yang dapat diubah oleh pengguna antara lain:

1. Kapasitas dava PV
2. Jumlah turbin angin
3. Kapasitas daya dari turbin air (hanya 1 sistem turbin air)
4. Kapasitas daya generator
5. Jumlah baterai yang digunakan
6. Kapasitas daya converter AC-DC/DC-DC
7. Kapasitas daya dari elektrolizer
8. Strategi pengisian baterai

2.2.2.3 Analisis sensitifitas (Sensitifity Analysis)

       Tahap selanjutnya adalah analisa sensitifitas. Analisa ini akan menunjukkan bagaimana hasil konfigurasi system yang optimal apabila nilai parameter masukan berbeda-beda. Pengguna juga dapat menunjukkan analisa sensitifitaas dengan memasukkan beberapa variable sensitifitas.

Setiap kombinasi dari nilai variable sensitifitas menentukan kasus sensitifitas yang berbeda. Contohnya, jika pengguna menentukan 6 nilai untuk harga jaringan listrik, dan 5 untuk suku bunga bank, maka akan terjadi 30 kasus sensitifitas. Homer akan melakukan optimisasi tersendiri untuk kasus sensitifitas dan menunjukkan hasil dalam bentuk tabel dan grafik.

2.2.3 Pemodelan Sistem Fotovoltaik dengan softwareHomer

       Simulasi dengan perangkat lunak Homer dapat dijalankan dengan satu sumber energy listrik dan terhubung oleh beban. Didalamnya, juga terdapat perlengkapan untuk mengonversi listrik AC-DC, elektrolizer, dan peralatan untuk penyimpanan energy seperti elemen penyimpan energy. Komponen tersebut diperlukan tergantung dari jenis pembangkit listrik yang digunakan. Komponen utama dalam pemodelan fotovoltaik menggunakan Homer adalah beban, sumberdaya alam, dan jenis pembangkit listrik.

2.2.3.1Beban Pada Homer permintaan beban terdiri dari beban listrik, dan beban panas. System tenaga listrik dibuat untuk melayani beban, jadi proses perancangan Homer dapat dimulai dari menentukan beban yang harus dilayani berdasarkan data yang nyata.

 1. Beban Utama (Primary Load)

Merupakan permintaan energy listrik yang disuplai oleh suatu system tenaga listrik pada waktu yang telah ditentukan. Permintaan listrik dapat berupa beban seperti lampu, TV, radio, dll. Perencanaan menggunakan Homer harus menentukan jumlah beban listrik dalam kilowatt untuk beberapa jam setiap tahunnya.


3. Topik Pembahahasan

  • Menghitung kebutuhan energi listrik bagi seluruh peralatan di atas kapal
  • Hybrid sumber tenaga dari Fuel Cell dengan tenaga solar cell
 a. Profil Beban Kelistrik KRI LPD
    Peralatan yang menunjang Kapal KRI LPD setiap harinya mengola sebanyak sekian ton/hari. Dimana profil beban harian listrik pada setiap peralatan elektronik yang berapada di kapal, dimasukan kedalam simulasi menggunakan model profil beban blank, dengan asumsi rata-rata skala tahunan 1.118.325,5 (kWh/day)  dengan beban puncak 180.072,2 kWp. Pada random variability di simulasikan, day-to-day 10% dan timestep 10%. Untuk profil harian di jelaskan pada gambar dibawah ini. 

Profil Beban.jpg

 b. Konfigurasi Off-Grid Solar Cell hibrid dengan Fuel Cell
  Konfigurasi Off-Grid.jpg
 c. Ringkasan Biaya Hybrid Solar Cell dengan Fuel Cell
  Ringkasan Biaya.jpg
 d. Hasil Simulasi Electrical Hibrid
  File:Electrical.jpg