Sumber Energi SMA/MA Kelas XII

FISIKA KELAS XII
SUMBER ENERGI

Penyusun: (25)
Nur Hubba Ahmadah (27)
Putri Rizkya Ramadhani (29)
Riska Khoirotun Nasifah (31)
Sholichatud Devytta Artha V. (33)
Syailil Aliyah (35)
Tsania Nur Fajriyah

Guru Pembimbing:
Siti Amriyah, S.Pd

MADRASAH ALIYAH NEGERI 1 GRESIK
TAHUN PELAJARN 2021-2022

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

i

DAFTAR ISI

Halaman Judul ....................................................................................................................... i
DAFTAR ISI........................................................................................................................... ii
PETA KONSEP...................................................................................................................... 1
SUMBER ENERGI ................................................................................................................ 2
A. Energi dan Masalah Lingkungan....................................................................................... 2
B. Jenis Energi dan Sumber Energi........................................................................................ 3

1. Energi Tak Terbarukan (Non-Renewable Energy Resource) ..................................... 4
A. Batu Bara............................................................................................................. 4
B. Minyak Bumi....................................................................................................... 5
C. Gas Alam ............................................................................................................. 6
D. Nuklir .................................................................................................................. 7

2. Energi Tak Terbarukan (Renewable Energy Resource).............................................. 8
A. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) ............................................................. 8
B. Pembangkit Litrik Tenaga Surya (PLTS)............................................................ 9
C. Pembangkit Listrik Tenaga Angin ......................................................................12
D. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) ................................................16
E. Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa .................................................................17

RANGKUMAN.......................................................................................................................19

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

ii

PETA KONSEP

Energi Dihasilkan oleh Sumber-Sumber Energi

Saat dihadapkan pada Diklasifikasikan menjadi

Masalah Sumber Energi Sumber Energi
Energi dan Terbarukan Tak Terbarukan
Dampak
Lingkungan Contohnya Contohnya

Angin Matahari Panas Bumi Air Biomassa Nuklir Bahan
Bakar
Fosil

Dapat dimanfaatkan sebagai
Sumber Energi Listrik Terbarukan

REFERENSI MATERI

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

1

SUMBER ENERGI

A. Energi Dan Masalah Lingkungan

Sektor energi merupakan salah satu bagian penting dalam kehidupan manusia
apalagi masa sekarang yang tidak bisa dipisahkan dari kebutuhan akan energi.

Gambar Penggunaan Energi Secara Global Serta Sumbernya

Berdasarkan gambar diatas kita dapat melihat bahwa bahan bakar fosil (minyak,
batu bara dan gas alam) merupakan sumber energi yang paling dominan, dengan kata
lain masyarakat di dunia sangat bergantung pada bahan bakar fosil.

Bahan bakar fosil merupakan bahan bakar yang tak terbarukan, maka eksploitasi
yang dilakukan secara berlebihan akan menyebabkan cadangan bahan bakar fosil yang
semakin menipis atau bisa juga habis, dan ini bisa menyebabkan krisis energi.
Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil yang saat ini sedang terjadi yang
mengakibatkan sektor energi menghadapi berbagai masalah, di antaranya adalah
masalah reliabilitas energi dan masalah lingkungan.

Jika pola konsumsi energi tidak berubah ditengah ketergantungan masyarakat
terdapat bahan bakar fosil maka dimasa yang akan datang akan mengalami krisis energi.
Bukan hanya pada masa yang diakan datang tetapi pada masa sekarang saja sudah
banyak bermunculan masalah tentang krisis terhadap energi. Sebagai contoh, sebagaian
besar negara di bagian Eropa saat ini tidak mempunyai cadangan minyak yang cukup
dan hanya memiliki sebagian kecil cadangan gas saja, kecuali Inggris dan Norwegia.
Masalah ini membuat negara ini semakin bergantung pada import dari Negara
berkembang seperti negara di Timur Tengah.

Menurut OECD (the Organization for economic Cooperation and Development)
masalah yang disebabkan oleh ketergantungan terhadap bahan bakar fosil tidak berupa

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

2

emisi limbahnya saja, tetapi juga meliputi bahan-bahan yang diambil dari lingkungan
dan perubahan struktur lingkungan. Masalah yang disebabkan karena ketergantungan
terhadap bahan bakar fosil :

1. Penggunaan sumber daya yang diperlukan untuk memperoleh pasokan energi
primer, misalnya perlengkapan untuk membangun dan merawat tambang, dsb.

2. Polusi, berupa limbah padat, cairan dan gas.
3. Perubahan fisik lingkungan, misalnya penumpukan sampah dan pembangunan

bangunan fisik.
4. Masalah sosial dan politik, misalnya masalah populasi penduduk, dan

ketenagakerjaan.

Gambar tumpukan sampah, tanggung jawab kita bersama

Penyebab terbesar Permasalahan lingkungan adalah karbondioksida ( 2), Hal
ini dikarenakan karbondioksida merupakan penyebab utama pemanasan global (global
warming) dan perubahan iklim (climate change) yang mempengaruhi kelangsungan
makhluk hidup terutama manusia.

B. Jenis Energi Dan Sumber Energi

Berdasarkan asal energi, energi dapat digolongkan sebagai energi primer dan
energi sekunder. Energi primer adalah energi yang berasal dari sumber energi yang
ditemukan di alam, antara lain angin, air, surya, kayu, batu bara, minyak dan nuklir.
Energi sekunder adalah energi yang diperoleh dari sumber-sumber energi primer, antara
lain listrik dan gas.

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

3

Pada dasarnya, sumber energi dapat diklasifikasikan kedalam sumber energi
terbarukan dan sumber energi tak terbarukan. Sumber energi terbarukan adalah sumber
energi yang diperoleh kembali atau segera tergantikan setelah dieksploitasi. Dapat
berupa sumber daya alam yang berasal dari proses alam berkelanjutan. Sumber energi
tak terbarukan adalah sumber energi yang tidak mudah atau bahkan tidak dapat
diperoleh kembali. Sumber energi tak terbarukan dapat berupa sumber daya alam yang
pembentukannya tidak mudah dilakukan atau membutuhkan waktu yang sangat lama
(hingga jutaan tahun).

1. Energi Tak Terbarukan (Non-Renewable Energy Resource)

Bahan Bakar Fosil

Bahan bakar fosil termasuk sumber energi tak terbarukan, bahan bakar fosil
dihasilkan melalui proses alami yang terjadi jutaan tahun lalu. Bahan bakar fosil
terbentuk dari sisa-sisa tanaman dan hewan purba yang tertimbun di dalam tanah di
bawah pengaruh tekanan dan panas yang tinggi. Bahan bakar fosil tersusun atas
senyawa-senyawa hidrokarbon. Contoh bahan bakar fosil yang menjadi sumber energi
yang paling banyak digunakan:

a. Batu Bara
Batu bara merupakan campuran yang sangat kompleks dari zat kimia organik

yang mengandung karbon, hidrogen, dan oksigen dalam senyawa hidrokarbon serta
sedikit nitrogen dan sulfur. Batu bara dibentuk oleh hasil karbonisasi pepohohonan dan
tumbuhan. Ketika tumbuhan mati, karbon didalam sel-selnya secara normal di daur
ulang kembali ke lingkungan selama pembusukan (dekomposisi). Karbonisasi terjadi
ketika tumbuhan mati terkena panas dan tekanan selama jutaan tahun. Kualitas terendah
adalah lignit (batu bara cokelat atau batu bara muda), subbituminous, bituminous (batu
bara lembut), dan kualitas tertinggi adalah antrasit (batu bara keras).

Fisika Kelas XII “Sumber Energi” Gambar batu bara

4

Pertambangan batu bara 80% dimanfaatkan untuk membangkitkan tenaga
listrik. Batu bara secara konsisten di giling menjadi serbuk dan ditiupkan kedalam
tungku. Ini sangat meningkatkan efisiensi, tetapi juga memproduksi abu arang (fly ash)
atau asap yang melalui cerobong. PLTU batu bara selain bermanfaat untuk
membangkitkan listrik ternyata juga menghasilkan sulfur dioksida dan fly ash yang
menimbulkan polusi lingkungan.

Gambar polusi yang dihasilkan PLTU batu bara

b. Minyak Bumi
Minyak bumi merupakan minyak dan gas dibentuk dari sisa-sisa tumbuh-

tumbuhan kecil dan hewan yang hidup di lautan jutaan tahun lalu. Usia pasti sebuah
kumpulan (deposit) minyak sukar untuk ditentukan, karena minyak bergerak dengan
mudah dan biasanya tidak ditemukan dalam batuan tempat minyak dibentuk.

Berjuta-juta tahun yang lalu, tumbuh-tumbuhan kecil (seperti alga) dan hewan
(plankton) yang hidup di laut tenggelam ke dasar laut ketika makhluk ini mati. Endapan
fosil yang terutama terdiri atas alga dan plankton yang sangat kaya dengan bahan
organik ini kemudian tertindih lumpur dan dalam jangka waktu yang lama akhirnya
menjadi minyak.

Minyak bumi diekstraksi dari lapisan atas di dalam kerak bumi melalui proses
tambang dalam bentuk cairan kental, berwarna cokelat gelap atau kehijauan yang
mudah terbakar. Minyak bumi terdiri atas campuran dari berbagai hidrokarbon,
terutama golongan alkana. Melalui proses distilasi bertingkat ini juga menghasilkan
produk-produk turunan lainnya.

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

5

Gambar distilasi bertingkat (pengolahan minyak bumi)

c. Gas Alam
Gas alam sering disebut sebagai gas bumi atau gas rawa. Gas alam banyak

ditemukan di ladang minyak, ladang gas bumi dan tambang batu bara. Komponen utama
gas alam adalah metana ( 4) yang merupakan molekul hidrokarbon rantai terpendek
dan teringan. Gas alam juga mengandung senyawa-senyawa hidrokarbon lainnya, yaitu
etana ( 2 6), propana ( 3 8), dan butana ( 4 10). Selain itu gas alam juga
mengandung senyawa belerang.

Energi yang dihasilkan gas alam lebih efisien disbanding minyak bumi dan batu
bara. Penggunaanya jauh lebih bersih dan sangat ramah lingkungan sehingga tidak
menimbulkan polusi terhadap lingkungan. Keunggulan lain gas alam adalah tidak
berwarna, tak berbau, tidak korosif, dan tidak beracun. Gas alam digunakan sebagai
bahan bakar PLTG/U, industri, kendaraan bermotor (BBG= bahan bakar gas), sebagai
bahan bakar untuk kebutuhan rumah tangga, hotel, dan restoran. Negara yang paling
banyak cadangan gas alamnya adalah Rusia. Salah satu daerah penghasil gas alam
terbesar di Indonesia adalah ladang gas tangguh di Papua.

Perbedaan LNG dan LPG secara teknis maupun fokus penggunaan, keduanya
berbeda. LPG merupakan campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari
penyulingan minyak mentah dan berbentuk gas. Dengan menambahkan tekanan dan
menurunkan suhunya, gas berubah menjadi cair, sehingga dapat disebut sebagai "gas
minyak bumi yang dicairkan” atau LPG (Liquefied Petroleum Gas).

Gambar LPG kemasan

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

6

Sedangkan LNG (Liquefied Natural Gas) adalah gas alam yang dicairkan
dengan komposisi kimia terbanyaknya adalah sedikit metana, propana, butana, dan
sedikit sekali pentana serta nitrogen. LNG biasanya dipakai di industri sebagai bahan
bakar.

d. Nuklir
Nuklir dikategorikan sebagai sumber energi tak terbarukan, karena untuk

menghasilkan energi nuklir diperlukan unsur radioaktif terutama uranium. Meskipun
kelimpahan ukuran yang cukup besar tetapi keberadaannya di alam tersebar di bebatuan
bahkan di dalam air laut dan jarang sekali terkonsentrasi di suatu tempat. Ketika di
eksploitasi secara besar-besaran, cadangan uranium atau unsur-unsur radioaktif lainnya
lama-kelamaan juga akan habis.

Reaksi-reaksi nuklir terdiri dari reaksi fisi (pembelahan inti) dan reaksi fusi
(penggabungan inti). Pemanfaatan reaksi nuklir sebagai sumber energi telah dilakukan
dengan mengendalikan reaksi berantai yang terjadi dalam reaksi fisi. Pemanfaatan
energi nuklir juga memiliki kelebihan dan kelemahan.

Kelebihan dari penggunaan energi nuklir sebagai sumber energi antara lain tidak
menghasilkan emis gas CO2, dapat menghasilkan energi dan daya yang sangat besar,
cadangan bahan bakar fosil, dan dapat digunakan sebagai sumber energi dalam waktu
yang cukup lama. Sementara itu kelemahannya adalah terdapat resiko penyalahgunaan
oleh orang-orang yang tidak bertanggung jawab, adanya risiko atau bahaya dari limbah
radioaktif, potensi kebocoran dan kecelakaan dalam pengoperasian reaktor, dan biaya
pembuatan reaktor nuklir sangat besar.

Gambar sumber energi nuklir

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

7

2. Energi Terbarukan (Renewable Energy Resources)

Sumber energi terbarukan disebut juga sebagai sumber energi berkelanjutan
untuk mempertegas agar energi nuklir tidak termasuk dalam energi terbarukan. Dalam
bidang kelistrikan, para ahli telah banyak mengembangkan teknologi pembangkit listrik
yang memanfaatkan sumber-sumber energi terbarukan.

a. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
Energi potensial air karena ketinggian dan energi kinetik karena kelajuan air

dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan tenaga listrik. Prinsip kerja PLTA sebagai
berikut. Aliran air dari ketinggian tertentu dibendung. Air deras yang jatuh disalurkan
melalui pipa pesat kemudian diarahkan ke bilah- bilah turbin air sehingga energi kinetik
air ini dapat menggerakkan poros turbin.

Ada dua jenis poros turbin, yaitu turbin dorong dan turbin reaksi. Pada turbin
dorong, airnya mengalir ke bilah-bilah dan mendorong bilah berputar. Pada turbin
reaksi, airnya memancar dari pancuran kecil-kecil yang terpasang pada sebuah roda.
Waktu air memancar, rodanya berputar. Poros turbin yang berputar dihubungkan
dengan generator sehingga listrik dibangkitkan.

Gambar PLTA

Energi air yang digunakan untuk menggerakkan turbin dan generator pada
pembangkit listrik tenaga air (PLTA) tidak seluruhnya dapat dikonversi menjadi energi
listrik. Dengan menggunakan konsep koefisiensi, maka besarnya daya yang dapat
dihasilkan oleh PLTA dinyatakan sebagai berikut

= η. ρ. g.Q. h η= efisiensi PLTA
Q= debit air... (m³/ dt)

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

8

Contoh Soal

Permukaan air dalam suatu bendungan berada setinggi 300 meter diatas turbin
yang diperlukan untuk menghasilkan listrik sebesar 200 MW. Jika PLTA dianggap
mempunyai efesiensi sebesar 80%, hitung debit air yang diperlukan untuk menggerakan
turbin tersebut! Gunakan nilai g = 10 m/ 2

Penyelesaian :
Diketahui : = 200 MW = 200.000.000 W; ƞ = 80%=0,8

= 1.000 kg/ 3
g = 10 m/ 2

h = 300 m
Ditanya: = …. ?

Dijawab:

= = 200.000.000 3/
0.8 .1.000.10.300
ƞ. . . .ℎ

= 83,33 3/

Jadi debit turbin air yang diperlukan untuk menggerakkan turbin air tersebut dalah 83,33 3/

b. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
Gambar diatas menunjukkan panel surya (solar panel) yang juga dikenal sebagai

sel PV (photovoltaic cell). Panel surya merupakan alat yang dapat mengubah secara
langsung energi matahari menjadi energi listrik. Sementara itu, kolektor cahaya
matahari merupakan alat yang mengubah energi matahari menjadi kalor dan kemudian
menjadi listrik.

Panel Surya

Untuk menghasilkan listrik dari cahaya diperlukan proses fotoelektrik
(photoelectric process). Proses fotoelektrik dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu
fotoemisivitas (photoemissivity), fotokonduktivitas (photoconductivity) dan efek
fotovoltaik (photovoltaic effect). Fotoemisivitas merupakan proses pemancaran elektron
Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

9

dari suatu bahan ketika bahan tersebut berinteraksi dengan cahaya. Fotokonduktivitas
merupakan peristiwa peningkatan arus listrik yang mengalir melalui suatu bahan
konduktor, ketika bahan tersebut dikenai cahaya Sementara itu, efek fotovoltaik terjadi
ketika cahaya jatuh ke bidang batas dua bahan yang menyebabkan elektron-elektron
dipindahkan dari satu bahan ke bahan lainnya. Akibat dari perpindahan elektron-
elekktron ini, satu bahan menjadi kekurangan elektron (bermuatan positif), sedangkan
bahan lain kelebihan elektron (bermuatan negatif), sehingga terbentuk sambungan
positif-negatif (P-N junction). Ketidakseimbangan jumlah elektron yang terjadi pada
sambungan P-N ini akan menghasilkan gaya gerak listrik (GGL).

Gambar prinsip kerja panel surya dalam menghasilkan listrik

Dalam teknologi panel surya, terdapat istilah watt-peak (Wp). Watt peak (Wp)
adalah daya keluaran (output) dari sebuah panel surya. Besamya nilai Wp dari suatu
panel surya bergantung pada intensitas radiasi matahari yang diterima oleh panel
tersebut.

Contoh Soal

Berapa jam dalam satu tahun sebuah panel surya dengan spesifikasi 20 Wp dapat
digunakan untuk mengoperasikan sebuah lampu pijar 10 W? Anggap kasus ini terjadi
di Eropa yang mempunyali 4 musim dengan rata-rata intensitas radiasi matahari per
detik untuk tiap musimnya adalah sebagai berikut.

Musim dingin (winter) = 7,6 W/m² Musim panas (summer) = 47,8 W/m²

Musim semi (spring) = 36,7 W/m² Musim gugur (autumn) = 7,6 W/m²

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

10

Penyelesaian:

Ketika intensitas cahaya matahari berkurang, maka daya yang dihasilkan oleh
panel surya juga berkurang, sehingga daya yang dihasilkan oleh panel surya tersebut
tiap musimnya adalah:

Musim dingin → 7,6 × 20 = 0,152 W
1.000

Musim semi → 36,7 × 20 = 0,734 W
1.000

Musim panas → 47,8 × 20 = 0,956 W
1.000

Musim gugur → 17,6 × 20 = 0,352 W
1.000

Karena jumlah hari dalam satu tahun adalah 365 hari dan menganggap jumlah
jam tiap musim adalah seperempat jumlah jam tahunan, maka:

Jumlah jam tiap musim = 24 jam/hari × 365 hari
4

= 2.190 jam

Oleh karena itu daya yang dihasilkan oleh panel surya tersebut selama setahun = (0,152
W × 2.190 Jam) + (0,734 W × 2.190 Jam) + (0,956 W × 2.190 Jam) + (0,352 W ×
2.190 Jam) = 4.804,9 Wh

4.804,9

Sehingga lampu pijar 10 W dapat dioperasikan selama = 10 jam

= 481 jam dalam satu tahun

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

11

Solar Collector

Jika panel surya dapat mengubah energi matahari secara langsung menjadi
energi listrik, maka tidak dengan solar collector.

Gambar skema pembangkit listrik dengan menggunakan solar collector

Berdasarkan gambar diatas, solar collector mengumpulkan cahaya matahari
dengan menggunakan bidang pemantul atau reflektor. Cahaya dari bidang pemantu
tersebut difokuskan sehingga diperoleh cahaya terfokus atau sering dikenal sebagal CSP
(concentrated solar radiation) CSP kemudian diarahkan pada mesin penerima
(receiver) yang dialiri air dingin. Air dingin yang melalui receiver tersebut kemudian
menjadi panas dan menghasilkan uap air yang kemudian disalurkan untuk
menggerakkan turbin pada generator. Setelah melalui turbin, uap air kemudian dialirkan
melalui kondensor, sehingga terbentuk air yang kemudian dipompa kembali menuju ke
receiver.

c. Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Kincir angin mengubah tenaga angin menjadi tenaga mekanik atau gerak yang

diinginkan. Sejak berabad-abad silam, kincir angin telah dipakai untuk menggiling
gandum dan memompa air. Saat ini kincir angin lebih canggih, dan disebut turbin angin
untuk menggerakkan generator listrik.

Turbin angin memiliki bilah-bilah kipas yang dapat berputar disekitar batang
poros horizontal dan vertikal. Tipe kincir angin yang berputar disekitar sumbu
horizontal memiliki mekanisme canggih yang mampu mengatur arah ke arus angin
ketika arah angin berubah. Turbin yang bersumbu vertikal mampu menyadap tenaga
angin dari sembarang arah. Turbin angin cocok digunakan untuk didesa atau
pemukiman di pulau terpencil.

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

12

Umumnya turbin angin (wind turbine) dibangun berkelompok ditempat yang
disebut ladang angin. Ladang angin terluas dijumpai di Denmark dan Amerika Serikat.
Ketika cuaca berangin kencang, ladang ini mampu menghasilkan daya lebih dari 1.000
megawatt. Ladang angin umumnya dibangun di dataran pesisir atau perairan lepas
pantai, dimana tiupan angin lebih kencang di banding pedalaman daratan.

Gambar turbin angin di ladang angin

Turbin angin merupakan turbin yang digerakkan oleh energi kinetik angin untuk
menghasilkan listrik. Sehingga cara kerja turbin angin dalam menghasilkan listrik yaitu
digerakkan oleh energi kinetik angin. Untuk memahami cara kerja turbin, perhatikan
gambar berikut!

Gambar bagian- bagian turbin angin (wind turbine)

Pada dasarnya tidak semua energi atau daya yang dihasilkan oleh angin dapat
diubah menjadi energi listrik. Diketahui daya maksimum ideal yang dapat dihasilkan
oleh sebuah turbin angin dapat dirumuskan sebagai berikut:

= 59,2% × p = Massa jenis udara (kg/m3)
= 59,3% × ½ pA A = luas penampang turbin angin (m2)
v = kecepatan angin (m/s)

Nilai 59,3% menyatakan efesiensi turbin angin dan sering disebut Betz limit,

yaitu persentase yang menyatakan energi kinetik maksimum angin yang idealnya dapat
Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

13

ditransmisikan ke turbin angin. Akan tetapi, pada kenyataanya akibat adanya inefisiensi
aerodinamis dan mekanis, semua turbin mempunyai efesiensi yang lebih rendah dari
Betz limit. Inefisiensi ini umumnya dinyatakan dengan besaran koefisien daya ( =
power coefficient), sehingga persamaan daya turbin angin dapat dinyatakan sebagai
berikut:

= × ½ pA

Turbin angin yang tersedia di pasaran saat ini umumnya mempunyai koefisien
daya antara 0,3 hingga 0,45. Nilai berubah terhadap kecepatan angin. Jika rotor
turbin berputar terlalu lambat, maka sebagian besar angin akan bergerak tanpa hambatan
melalui celah diantara sudu-sudu rotor (blade). Sebaliknya, jika rotor turbin berputar
dengan kecepatan yang sangat tinggi, karena adanya faktor-faktor aerodinamis, maka
turbin cenderung menjadi tidak efisien. Oleh karena itu, untuk memperoleh daya dari
turbin angin sebesar mungkin, turbin angin dirancang untuk beroperasi pada rasio
kecepatan ujung sudu-sudu rotor (TSR = tip speed rasio) yang optimum. Dalam hal ini
TSR adalah perbandingan antara kecepatan linier ujung sudu-sudu rotor (blade) dengan
kecepatan angin, sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

TSR = = kecepatan linier ujung sudu-sudu rotor (m/s)
v = kecepatan angin (m/s)

Karena sudu-sudu rotor berputar, maka titik pada ujung sudu-sudu bergerak
melingkar terhadap poros (pusat sudu-sudu rotor), sehingga = R, dengan =
kecepatan sudut putaran rotor (rad/s) dan R = jari- jari sudu-sudu rotor (jari-jari kincir
angin), sehingga persamaan di atas dapat dinyatakan juga sebagai berikut:

f = Frekuensi putaran rotor (Hz)
R = jari – jari sudu- sudu rotor (m)
TSR = =

Selain itu, ketika suatu turbin angin digunakan untuk menghasilkan listrik,
efisiensi gear box (ƞ ) dan efesiensi generator (ƞ ) harus diperhitungkan. Untuk turbin
angin besar, nilai ƞ biasanya berkisar antara 80% hingga 95% sedangkan untuk turbin
angin kecil nilai ƞ berkisar antara 70% hingga 80%. Sementara itu, untuk turbin angin

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

14

besar, nilai ƞ berkisar antara 80% hingga 95%, sedangkan untuk turbin angin kecil,
nilai ƞ berkisar antara 60% hingga 80%.

Contoh Soal
Perhatikan gambar turbin angin berikut !

Jika panjang sudu-sudu turbin angin tersebut adalah 5 meter dan mempunyai
koefisien daya sebesar 0,37 ketika TSR-nya 3. Jika nilai ƞ dan ƞ untuk turbin angin
berturut-turut adalah 0,9 dan 0,85 dan massa jenis udara 1,201 kg/ 3, maka hitung :

a. Daya listrik yang dihasilkan oleh turbin angin pada kecepatan angin sebesar 10 m/s
b. Kecepatan linier ujung sudu-sudu rotor pada kecepatan angin tersebut

Penyelesaian:

a. = × ½ pA 3
Karena = 0,37; =1,201 kg/ 3; A= 2= (5m)2; v = 10 m/s dan dengan
memperhitungkan
ℎ = 0,9; ℎ = 0,85, maka
= . ƞ . ƞ ½ p.A. 3
= 0,37 × 0,9 × 0,85 × ½ (1,201 kg/ 3) (25 2). (10 m/s)3

= 4.249,3

Maka daya listrik yang dihasilkan oleh turbin angin pada kecepatan angin
sebesar 10 m/s adalah 4.249,3

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

15

b. Karena TSR = 3, Maka

TSR =


= × TSR

= 10 m/s × 3

= 3 m/s

Jadi kecepatan linier ujung sudu-sudu rotor pada kecepatan angin tersebut adalah 3 m/s

Pemanfaatan energi angin sebagai sumber energi listrik mempunyai kelebihan
dan kekurangan. Kelebihannya yaitu listrik yang dihasilkan cukup besar. Sementara itu
kekurangannya adalah uap yang dihasilkan mengandung gas-gas seperti 2, 2 .

d. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)
Stasiun pembangkit listrik tenaga panas bumi memanfaatkan panas didalam

batuan di bawah permukaan bumi untuk mengubah air menjadi uap. Lalu uap dipakai
untuk membangkitkan digunakan dalam sistem pemanasan.

Gambar Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Energi panas bumi dapat diubah menjadi energi listrik pada Pusat Listrik Tenaga
Panas Bumi (PLTP). Geiser (sumber uap panas) seperti ini yang dapat disaring untuk
menghasilkan tenaga listrik pada PLTP.

Gambar Geiser sebagai Tenaga Listrik pada PLTP

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”
16

Prinsip kerja PLTP sebagai berikut:

Gambar Skema dari PLTP

Gambar (a) Lubang dibuat beberapa kilometer kedalam batuan granit kering. (b)
Air dipompa kedalam lubang pada tekanan tinggi danmeratakan batuan sekitarnya
untuk membentuk rongga dengan luas permukaan bertambah besar. (c) Lubang kedua
dibuat didekatnya. (d) Air disirkulasi kebawah lubang pertama danmelalui batuan retak,
air dipanaskan sebelum naik melalui lubang kedua. Setelah menjalankan turbin air, air
disirkulasi kedalam batuan panas kembali sehingga membuat suau siklus tertutup, dan
membangkitkan listrik. Untuk menjaga kapasitas sumber uap panas tidak berkurang, air
dingin yang keluar dari turbin disuntikkan kembali kedalam tanah untuk dapat
digunakan kembali. Dengan proses seperti ini listrik dihasilkan dengan bersih dan tidak
mengotori lingkungan.

Indonesia memiliki potensi panas bumi terbesar di dunia, sekitar 40% potensi
panas dunia. Tahun 2009 menurut International Energy Agency, Indonesia berada di
urutan ketiga setelah Amerika Serikat dan Filiphina. Kapasitas Amerika Serikat 3.086
MW, Filiphina 1.904 MW, dan Indonesia 1.197 MW. Potensi energi panas bumi di
Indonesia tahun 2009 sekitar 28,9 GW yangtersebar di 265 lokasi. Jawa merupakan
salah satu pulau dengan panas bumi terbesar di Indonesia, sekitar 9.995 MW atau 35%.
Diatara 1.197 MW kapasitas terpasang PLTP di Indonesia sebesar 1.057 MW atau 88%
berada di Jawa Barat.

e. Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa
Biomassa mencakup bahan-bahan sisa atau limbah yang dapat digunakan

sebagai bahan bakar tapi bahan organik yang berubah melalui proses-proses geologis
menjadi batu bara dan minyak bumi tidak dikategorikan sebagai biomassa.

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

17

Cara penggunaan biomassa sebagai bahan bakar yang paling sederhana yaitu
dengan cara membakarnya untuk menghasilkan energi panas, misalnya penggunaan
kayu untuk memasak. Biomassa juga menghasilkan bahan bakar cair (liquid biofuel)
misalnya etanol. Biomassa sering dimanfaatkan membuat bahan bakar cair lainnya,
yaitu biodesel. Melalui proses pemasan tertutup (tanpa oksigen) biomassa digunakan
untuk memperoleh bahan bakar gas.

Energi yang dihasilkan dari biomassa disebut bioenergi. Energi yang dihasilkan
biomassa dapat berupa kalor, listrik, maupun bahan bakar. Cara menghasilkan listrik
dari biomassa dengan menghasilkan biomassa sebagai bahan bakar langsung untuk
mendidihkan air di dalam boiler, uap yang dihasilkan digunakan untuk menggerakkan
turbin yang dihubungkan dengan generator listrik.

Selain itu dapat dilakuan dengan mengubah biomassa menjadi biogas (gas
metana CH4) melalui proses anaerobik (anaerobic digestion) dengan alat digester dan
biogas yang dihasilkan digunakan sebagai bahan bakar untuk mendidihkan ar di dalam
boiler. Uap yang digunakan untuk menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan
generator.

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

18

RANGKUMAN

 Energi primer adalah energi yang berasal dari sumber energi yang ditemukan di alam,
antara lain angin, air, surya, kayu, batu bara, minyak dan nuklir.

 Energi sekunder adalah energi yang diperoleh dari sumber-sumber energi primer, antara
lain listrik dan gas

 Sumber energi tak terbarukan (Non-Renewable energy resource) adalah sumber energi
yang tidak mudah atau bahkan tidak dapat diperoleh kembali.

 Contoh sumber energi tak terbarukan: batu bara, minyak bumi, gas alam, nuklir.
 Sumber energi terbarukan (Renewable energy resource) adalah sumber energi yang

diperoleh kembali atau segera tergantikan setelah dieksploitasi.
 Contoh sumber energi terbarukan: Pembangkit Listrik Tenaga Angin, Pembangkit

Listrik Tenaga Surya, Pembangkit Listrik Tenaga Angin.

 Energi terbarukan yakni Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dinyatakan:

= η. ρ. g.Q. h

 Daya maksimum pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin dinyatakan:

= × ½ pA

 Untuk memperoleh daya dari turbin angin sebesar mungkin dinyatakan dengan:



TSR = =

Fisika Kelas XII “Sumber Energi”

19