Turbin angin, instalasi tenaga surya, dan unit-unit CHP (combined heat and power) secara bertahap mulai menggantikan bahan bakar konvensional. Ekspansi produksi listrik terbarukan dan terdesentralisasi menimbulkan peningkatan fluktuasi pada jaringan listrik. Oleh karena itu, para ahli sedang mengembangkan berbagai teknologi untuk jaringan pasokan listrik yang cerdas dan tangguh. Kapan kita mampu memindahkan energi bolak-balik yang berasal dari energi terbarukan dengan potensi dan ragam yang luar biasa di Indonesia?
Energi terbarukan sedang digadang-gadangkan di berbagai negara termasuk di Indonesia. Energi terbarukan merupakan energi yang berasal dari alam yang dapat kita olah dari cahaya matahari atau surya, tenaga angin, tenaga air, tenaga gelombang laut, dan geothermal berupa panas bumi, bahkan dari berbagai jenis tanaman yang tumbuh di Indonesia—semuanya dapat kita perbarui secara alamiah dengan bantuan teknologi.
Alam menyediakan berbagai sumber energi dalam jumlah yang sangat besar. Sumber energi selalu tersedia di sekitar kita dan siap kita olah menjadi sumber energi listrik. Tidak ada keraguan tentang potensi sumber energi terbarukan itu di Indonesia, negara-negara lain seperti Jerman pun mengoptimalkan penggunaan sumber energi terbarukan itu.
Barangkali, kelemahan kita adalah peenguasaan teknologi yang tidak kita kuasai sehingga negara-negara lain lebih unggul dan luan menikmati energi terbarukan yang berasal dari alam. Atau, kita lebih senang membeli dari negara-negara lain karena unsur bisnis yang menggiurkan ?
Rumah tangga menyedot dan memasok energi listrik
Kita dapat belajar dari Jerman yang telah menggunakan teknologi untuk mengolah energi terbarukan. Seperti di Jerman utara yang telah memiliki instalasi pembangkit listrik tenaga angin, sedangkan Jerman wilayah selatan memanfaatkan tenaga panas matahari, dan masih banyak lagi instalasi listrik tenaga angin lepas pantai yang masih dalam tahap perencanaan dan pembangunan.
Tiga tahun lalu, pembuat kebijakan—pemerintah federal Jerman—telah menetapkan target untuk memproduksi minimal 80 persen listrik dari sumber terbarukan pada tahun 2050. Jerman cukup kaget memelajari dampak ledakan pembangkit listrik tenaga nuklir di Fukushima, Jepang beberapa waktu lalu. Para ahli di Jerman menyimpulkan bahwa energi hijau harus segera dimulai dan tampaknya menjadi semakin mendesak. Energi nuklir bakal disingkirkan ?
Kita membutuhkan upaya besar untuk mewujudkan impian pasokan energi yang ramah lingkungan. Jaringan listrik harus direstrukturisasi secara mendasar untuk mengeluarkannya dari dunia pembangkit listrik skala besar dan transmisi melalui saluran tegangan tinggi ke dunia sistem fotovoltaik atap. Alasannya cukup mendasar karena aturan main—seperti undang-undang dan ketentuan hukum yang memayungi kebijakan baru—perlu diubah dan disesuaikan dengan kebutuhan tiap negara.
Dalam beberapa dasawarsa terakhir, listrik dihasilkan oleh pembangkit listrik besar yang ditransmisikan hanya secara satu arah. Pada masa depan, ratusan ribu instalasi kecil akan memasok listrik ke jaringan listrik nasional bahkan jaringan listrik antarnegara—seperti recana Indonesia dan Malaysia—akan saling terkoneksi.
Tiap rumah tangga tidak lagi hanya menyedot arus listrik dari jaringan, namun akan mampu memasok energi ke jaringan itu sendiri yang kemudian ditranmisikan kepada pihak lain. Peran dan posisi jaringan pasokan sistem yang lama akan berubah menjadi jaringan pertukaran listrik di mana energi mengalir bolak-balik–padahal jaringan listrik yang sekarang ini tidak pernah dirancang untuk mengatasi masalah yang timbul—karena perubahan itu..
Jaringan energi pintar
Beberapa lembaga milik Fraunhofer (Jerman) telah menggabungkan kekuatan guna membentuk Jaringan Energi Pintar. Hal itu bertujuan untuk mengembangkan solusi teknis pada restrukturisasi besar-besaran jaringan listrik mulai dari tingkat rumah tangga dan jaringan tegangan rendah hingga tegangan tertinggi yang berada pada sistem jaringan listrik dan instalasi pembangkit listrik tenaga angin.
Sistem fotovoltaik adalah salah satu contoh. Sampai saat ini, jaringan distribusi tegangan rendah di tingkat masyarakat tidak memiliki teknologi untuk merekam secara rinci jumlah energi yang dimasukkan oleh berbagai modul tenaga surya ke dalam jaringan. Teknologi meteran resolusi tinggi yang lazim pada jaringan tegangan tinggi sama sekali tidak terdapat pada tegangan rendah. Alhasil, setiap sistem fotovoltaik individual memasok ke jaringan tanpa mengetahui apa yang barangkali sistem lain sedang dilakukan. Pada gilirannya hal itu menyebabkan fluktuasi besar dalam jaringan listrik-terjadi masalah yang dirasakan hingga sekarang ini.
Pada hari-hari cerah—karena matahari bercahaya baik—sistem berada pada puncaknya untuk memproduksi listrik. Bagaimana keadaan pada malam hari ? Produksi berhenti sama sekali. Saat ini, pembangkit listrik skala besar berbahan bakar batubara harus mengompensasi fluktuasi semacam itu. Pada masa yang akan datang akan bergantung pada pembangkitan listrik dengan energi terbarukan yang menjawab seluruh masalah. Tujuan itu akan dimungkinkan dengan teknologi kontrol baru yang saat ini sedang dikembangkan oleh para ilmuwan seperti Peter Bretschneider yang bekerja di Teknologi Sistem Pusat Aplikasi IOSB-AST, salah satu koordinator jaringan Fraunhofer.
Dia mengembangkan teknologi meteran dan keselamatan yang dirancang untuk mengkoordinasikan kegiatan sistem fotovoltaik satu sama lain dalam jaringan pendistribusian lokal. Salah satu teknologi adalah teknologi baru yang dapat menentukan jumlah listrik yang dipasok masing-masing sistem ke dalam jaringan dan pada tegangan berapa–mampu mengatasi masalah fluktuasi di sumbernya dan meningkatkan stabilitas jaringan.
“Pendekatan ini sangat menarik di daerah di mana sejumlah besar listrik bersumber pada photovoltaik,” tutur Bretschneider.
Dengan demikian peran jaringan listrik lebih cerdas—maksudnya lebih banyak kemampuan teknis—dibanding jaringan konvensional. Para ahli berbicara tentang “jaringan cerdas” yang berarti semua sistem pembangkit listrik dan perangkat yang mengonsumsi listrik, seperti mesin pencuci piring dan mobil listrik, mengomunikasikan dan mengkoordinasikan diri jaringan itu sendiri bergantung pada berapa banyak energi angin dan panas matahari yang tersedia.
Pada masa yang akan datang, hal itu memungkinkan perangkat listrik untuk menyesuaikan kebutuhannya menjadi lebih dan lebih bergantung pada ketersediaan pasokan energi hijau. Jika banyak energi hijau dalam suatu jaringan, energi hijau tersebut akan membangkitkan diri sendiri dan menggunakannya seoptimal mungkin. Beberapa proyek gabungan yang melibatkan Jaringan Fraunhofer telah menunjukkan bahwa pendekatan ini dapat bekerja dengan baik.
Misalnya, proyek “eTelligence” di Cuxhaven, Jerman, yang didanai oleh Kementerian Federal Ekonomi Jerman dan Kementerian Federal untuk Lingkungan melalui E-Energy Initiative (Inisiatif E-Energi). Proyek ini antara lain mencari tahu sejauh mana gudang berpendingin dapat dioperasikan untuk merefleksikan ketersediaan energi angin. Jika banyak energi angin dalam suatu jaringan, gudang menurunkan temperatur standarnya, menciptakan semacam cadangan pendingin untuk mendinginkan gudang pada saat curah angin rendah ketika unit pendinginan dimatikan.
Meter pintar untuk pasokan energi berkelanjutan
Teknologi kontrol juga dapat diimplementasikan di rumah tangga, dalam bentuk meteran cerdas yang mampu berkomunikasi—maksudnya terkoneksi—dengan jaringan listrik. Beberapa perusahaan utilitas telah mulai menggunakannya.
Saat ini, berbagai peralatan hanya bisa menunjukkan tingkat konsumsi listrik, tetapi pada saatnya nanti mereka bisa mengendalikan peralatan rumah tangga seperti yang dilakukan di gudang berpendingin-berdasarkan harga listrik. Ketika sejumlah besar angin dan energi surya tersedia, harganya turun dan tentu saja logis secara ekonomi untuk menghidupkan mesin pencuci piring. Berkat meteran cerdas, proses ini akan sepenuhnya bersifat otomatis.
“Sistem energi cerdas semacam ini adalah kunci bagi pasokan energi yang berkelanjutan dan dapat diandalkan,” tegas Christof Wittwer dari Institut Fraunhofer untuk Solar Energy Systems ISE di Freiburg, anggota Jaringan Fraunhofer.
Tentu saja, aktivitas peralatan rumah tangga harus dikoordinasikan secara arif untuk mempertahankan stabilitas jaringan energi. Philipp Strauss, Division Director Systems Engineering and Grid Integration, dan tim insinyurnya di Institut Fraunhofer untuk Wind Energy and Energy System Technology IWES di Kassel telah mengembangkan sebuah solusi: perangkat lunak OGEMA, yang memungkinkan meteran cerdas dan perusahaan utilitas berkomunikasi.
“Perangkat lunak ini tidak hanya memastikan komunikasi, tetapi juga dapat mengontrol perangkat rumah tangga sesuai dengan preferensi masing-masing konsumen-berdasarkan harga listrik atau berdasarkan berapa banyak karbondioksida yang dilepaskan ketika dihasilkan.”
Perangkat lunak ini sudah diimplementasikan pada dua proyek lain dari Inisiatif E-Energi nasional. Sebuah proyek yang berlokasi di kota Mannheim difokuskan pada kontrol berbasis harga. Proyek di wilayah Harz bahkan selangkah lebih jauh, mencoba untuk mengotomatisasi koordinasi produksi energi hijau dari turbin angin, pembangkit listrik tenaga air, dan fasilitas tenaga surya dan biogas dengan sistem kelistrikan dan peralatan.
Bekerja sama dengan para ahli di Institut Fraunhofer untuk Integrated Circuits IIS di Erlangen, para ilmuwan berharap untuk terus mengembangkan dan mengintegrasikan perangkat lunak dengan konsep openMUC ISE guna menciptakan kerangka OGEMA2.0. Ini merupakan langkah penting pertama menuju sistem kontrol skala besar dan pembangkit listrik virtual masa depan, di mana sistem perangkat lunak cerdas mampu mengontrol banyak pembangkit listrik skala kecil sehingga, secara kolektif, mereka mengalirkan listrik sehandal dan sekonsisten pembangkit listrik skala besar konvensional.
Para pakar IWES saat ini mengerjakan sebuah paket perangkat lunak yang dinamai Windcluster Management System, berfungsi untuk mengoordinasikan kegiatan pembangkit listrik tenaga angin daratan dan lepas pantai satu dengan yang lainnya. Ini juga merupakan soal mengendalikan energi yang dihasilkan oleh pembangkit listrik untuk mengompensasi fluktuasi.
Bidang terakhir masih tetap sama-jaringan energi terbarukan selusuh Eropa. “Barangkali kami hanya bisa menjamin pasokan energi terbarukan yang dapat diandalkan di Eropa setelah pembangkit utama dan pusat-pusat beban terhubung satu sama lain melintasi batas negara-negara Uni Eropa,” kata Kurt Rohrig, pakar jaringan listrik di IWES.
Seperti yang mereka katakan, angin selalu bertiup di suatu tempat. Jika udara masih berada di atas Laut Utara, mungkin ada tiupan angin di atas Teluk Biscay. Prinsip yang sama berlaku untuk tenaga surya. Listrik dapat diangkut dari satu ujung Eropa ke ujung lain yang bergantung pada kondisi cuaca.
Tentu saja Dr Rohrig menyadari keterbatasannya. Saat ini, tidak ada cara untuk memindahkan sejumlah energi yang diperlukan secara bolak-balik, karena kapasitas transmisi di seluruh interkoneksi jaringan di perbatasan nasional tidak memadai. Salah satu solusinya, lanjut Rohrig adalah memasang saluran DC berkapasitas tinggi baru yang dapat menghantar listrik melintasi jarak yang lebih luas dengan lebih sedikit kehilangan dibandingkan dengan saluran AC konvensional. Akan tetapi, tujuannya bukan untuk meng-kover kebutuhan listrik Eropa dengan jaringan listrik yang baru sama sekali.
Rohrig menegaskan, “(Hal) itu akan menjadi terlalu mudah. Saya melihat tugas kami saat ini yang paling penting adalah memerkirakan dengan tepat kebutuhan akan kapasitas transmisi baru. Tujuannya adalah ekspansi jaringan secara wajar dan sesuai.”
Sebelum hal ini bisa terjadi kita perlu tahu seberapa bagus suatu daerah tunggal dapat dipasok dengan energi hijau hanya dengan menggunakan jaringan cerdas. Semakin cerdas dan efisien jaringan ini, semakin sedikit energi yang pada akhirnya harus dihantarkan ke seluruh Eropa. Tim spesialis jaringan masih menghadapi banyak tantangan. Bagaimana peran pakar kelistrikan di Indonesia? Sumber energi seperti batubara dan bahan bakar lainnya hanya tersisa untuk beberapa tahun. Saatnya pakar listrik dan energi berbuat lebih baik untuk negeri ini. (Bahan diolah dari hasil penelitian Tim Schröder; www.fraunhofer.de/magazine dan sumber lainnya).
