Tenaga keterbaharuan adalah tenaga yang diperolehi daripada sumber tenaga semulajadi yang bersifat regeneratif dan tidak akan habis. Ianya merangkumi tenaga yang boleh dimanfaatkan oleh manusia untuk ditukarkan kepada tenaga yang lain seperti kuasa elektrik. Tenaga yang ketidakbolehbaharuan pula adalah tenaga yang diperolehi daripada sumber tenaga yang terhad dan kekal dalam keadaannya kecuali dipengaruhi oleh tindakan manusia untuk dimanfaatkan.

Tenaga Keterbaharuan (gambar diambil dari: https://eeueuropa.eu/european-renewable-energy-2016/)

Contoh sumber tenaga yang terbesar termasuk:

  1. Matahari
  2. Pergerakan dan keupayaan graviti matahari, bulan, dan bumi.
  3. Tenaga geotherma dari proses penyejukkan, reaksi kimia, dan penyusutan bahan radioaktif dari pusat bumi.
  4. Reaksi tindakbalas nuklear.
  5. Reaksi kimia dari sumber mineral

Beberapa contoh sumber tenaga keterbaharuan adalah, tenaga therma solar, fotovoltaik solar, tenaga-bio, hidroelektrik, jana kuasa pasang-surut air laut, tenaga angin, tenaga ombak, tenaga therma lautan, dan tenaga geotherma.

Gambarajah 1: Parameter panel solar (Gambar diambil dari Twidell, J & Weir, T (2015))

Tenaga therma solar diperolehi daripada sumber matahari. Matahari merupakan bintang yang panas dan gasnya dipegang oleh tarikan gravitinya yang kuat. Matahari merupakan ‘blackbody’ pada suhu sekitar 5762 K. Tenaga yang dipindahkan ke bumi wujud dalam bentuk radiasi elektromagnet yang berbeza panjang gelombangnya (spektrum). Untuk menggunapakai tenaga ini, kedudukan dan pergerakan bumi-matahari perlu difahami.  Arah tuju radiasi termasuklahlah latitud, deklinasi, kecuraman, sudut permukaan azimuth, sudut jam, sudut insiden, sudut zenith, sudut altitud solar, sudut azimuth solar, longitud, bilangan hari dalam suatu tahun, dan masa. Contoh parameter yang diperlukan ada pada gambarajah 1. Untuk mereka suatu panel solar, kesemua parameter ini harus dikira kerana kedudukan matahari dan bumi berbeza pada suatu masa. Pada latitud yang tinggi, sudut panel pengumpul lebih besar. Ini menunjukkan bentuk bumi adalah hampir sfera. Walaubagaimanapun, tenaga therma solar ini mempunyai kecekapan yang sedikit kerana kebanyakkan tenaga solar ini dipantulkan semula dan diserapkan oleh atmosfera, awan, dan permukaaan bumi. Tenaga solar ini digunakan untuk memanaskan air (thermosiphon) dan juga bagi penjanaan kuasa elektrik.

Gambarajah 2: Sel Fotovoltaik (Gambar diambil dari Twidell, J & Weir, T (2015))

Sistem sel fotovoltaik pula menukarkan tenaga cahaya terus kepada tenaga elektrik yang biasanya disebut sebagai sel solar. Cahaya matahari terdiri daripada photons dan juga tenaga radiasi. Apabila photon menghentam sel fotovoltaik, ianya akan dipantulkan atau diserap. Photon yang diserap ini mempunyai tenaga yang dipindahkan ke elektron dalam atom sel solar dan pengalirannya menghasilkan elektrik. Sel solar diperbuat daripada dua lapisan nipis silikon yang mengandungi boron (lapisan p) dan fosforus (lapisan n) yang berbeza kuantitinya seperti yang ditunjukkan dalam gambarajah 2.

Gambarajah 3: Pemprosesan tenaga biomas kepada bahan bakar (Gambar diambil dari Twidell, J & Weir, T (2015))

Tenaga bio pula merupakan tenaga yang diperolehi daripada bahan semulajadi seperti kayu, bahan buangan haiwan, dan lain-lain lagi. Bahan-bahan ini boleh dibakar untuk menghasilkan tenaga secara langsung ataupun menjanakan kuasa elektrik dan juga bahan bakar bio untuk kenderaan. Tenaga kimia yang terkandung dalam bahan semulajadi ini boleh diakstrak dan ditukarkan kepada sumber tenaga yang lain. Walaubagaimanapun, terdapat tiga cara umum untuk proses penukarannya seperti penukaran thermokimia (pembakaran langsung, gastifikasi, pyrolysis), penukaran biokimia (pencernaan anaerobic, fermentasi), dan pengestrakkan (transesterifikasi). Beberapa contoh pemprosesan dan produknya ditunjukkan dalam gambarajah 3.

Gambarajah 4: Tenaga hidroelektrik (Gambar diambil dari Twidell, J & Weir, T (2015))

Tenaga hidroelektrik pula adalah tenaga yang diperolehi oleh tenaga keupayaan dan kinetik air yang mengalir. Tenaga-tenaga ini akan ditukarkan kepada tenaga mekanikal (turbin) dan menjana kuasa elektrik (generator). Ide tenaga hidro ini sudah lama wujud iaitu lebih 2000 tahun yang lalu. Dua faktor utama yang perlu dititikberatkan iaitu kadar jumlah pengaliran air dan kadar jatuhan air untuk menghasilkan kuasa elektrik. Turbin air dikelaskan mengikut tindakan air yang mengalir pada bilah turbin iaitu sama ada turbin impulse (Pelton) dan turbin reaksi (Francis, Propeller, dan Kaplan) seperti yang ditunjukkan dalam gambarajah 4. Hukum momentum digunakan untuk mengira daya hentaman jet air pada turbin tersebut. Hasil darab daya dengan halaju tangent turbin, kuasa boleh dikirakan. Oleh itu, kecekapan tenaga mekanikal ini boleh dikira dengan menisbahkan tenaga yang terhasil (output) kepada tenaga kinetik jet air tersebut.

Gambarajah 5: Tenaga Pasang-Surut Air (Gambar diambil dari Twidell, J & Weir, T (2015))

Tenaga pasang surut air terhasil daripada pergerakan berkala air lautan disebabkan tarikan graviti bulan dan matahari pada kedudukan berbeza ketika bumi berputar. Tarikan graviti makin berkurang jika jarak antara keduanya bertambah. Oleh kerana bulan lebih hampir dengan daripada matahari, kesan graviti matahari terhadap bumi adalah kurang daripada bulan meskipun jisim matahari berganda-ganda besarnya. Kuasa pasang surut air laut ini berfungsi lebih kurang sama dengan konsep hidroelektrik kecuali empangannya lebih besar sedikit yang dibina di muara. Ketika pasang-surut air berlaku, air laut akan mengalir dan memenuhi suatu bahagian. Ketika aliran air laut ini mengalir, turbin akan digerakkan dan menjanakan kuasa elektrik (gambarajah 5).

Gambarajah 6: Tenaga Angin (menegak) (Gambar diambil dari: https://www.windpowerengineering.com/business-news-projects/vertical-axis-wind-turbine-technology-continues-improve/)

Gambarajah 7: Tenaga Angin (mendatar) (gambar diambil dari: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S019689041200115X )

Tenaga angin diakstrak melalui pergerakan angin yang memutarkan kincir angin. Angin terhasil oleh perbezaan tekanan atmosfera dan pemanasan solar pada kedudukan sesuatu tempat. Tubin angin moden terbahagi kepada dua iaitu paksi yang menegak (gambarajah 6) dan paksi yang mendatar (gambarajah 7). Ianya bergantung kepada aliran angin tersebut. Kebanyakan turbin angin adalah berpaksi mendatar. Turbin angin menegak seperti bentuk Darreus, H-VAWT, V-VAWT, Savonius Darrieus, dan lain-lain lagi. Bilah kincir angin ini perlu mengambil kira daya aerodinamik supaya bilah ini boleh diputarkan semaksima yang mungkin dan mengurangkan daya seretan. Turbin angin ini tidak sesuai digunakan di Malaysia kerana kelajuan tiupan angin tidak mencukupi.

Gambarajah 8: Tenaga Ombak (Peranti Lajur Berayun) (Gambar diambil dari Twidell, J & Weir, T (2015))

Gambarajah 9: Tenaga Ombak (tekanan udara) (Gambar diambil dari Twidell, J & Weir, T (2015))

Tenaga ombak disebabkan pemindahan tenaga dari angin kepada permukaan air lautan. Kadar perpindahan tenaga tersebut bergantung kepada kelajuan angin dan jarak angin dengan air laut tersebut. Tenaga keupayaan yang dibawa dengan ombak itu bersama-sama dengan jisim air yang disesarkan. Tenada kinetik pula dibawa bersama-sama dengan halaju zarah air. Terdapat dua jenis gelombang, iaitu gelombang melintang dan gelombang yang membujur. Tenaga ombak ini ditukarkan kepada tenaga elektrik adalah dengan tiga cara utama iaitu system apungan (pam hidraulik), peranti lajur air yang berayun (air laut yang memasuki ruang lalu memutarkan turbin) (gambarajah 8), dan saluran tirus/tapchan (dipasang di persisiran pantai untuk membenarkan air laut masuk ke tankungan dan memusingkan turbin) (gambarajah 9).

Gambarajah 10: Tenaga Therma Lautan, OTEC (Gambar diambil dari https://www.hawaiitribune-herald.com/2015/08/22/hawaii-news/seawater-energy-production-launched-at-otec/)

Tenaga therma lautan atau dikenali dengan ‘Ocean Thermal Energy Conversion’ (OTEC) merupakan sistem tenaga keterbaharuan yang berpotensi diaplikasikan di Malaysia. OTEC menggunakan konsep perbezaan suhu pada permukaan panas air laut dan suhu sejuk air laut pada kedalaman tertentu untuk menjanakan kuasa elektrik. OTEC boleh menghasilkan tenaga yang berbaloi sekiranya perbezaan suhu antara keduanya mencapai 20 ⁰C pada kedalaman 1000 m. Secara umumnya, OTEC ini beroperasi seperti enjin haba dimana bendalir mengalir dalam kitaran tertutup yang menyerap haba dari air yang panas (di permukaan) melalui alat penukar haba. Apabila air ini mengembang, ianya akan menggerakkan turbin dan kemudiannya generator. Bendalir ini akan disejukkan kembali melalui condenser dan kitaran ini akan berterusan. Proses yang berlaku ditunjukkan dalam gambarajah 10. Teknologi OTEC ini mempunyai tiga sistem yang berlainan seperti sistem kitaran tertutup, sistem kitaran terbuka, dan sistem kitaran hybrid.

Gambarajah 11: Tenaga Geotherma (gambar diambil dari: http://albionalumni.org/chevrons/tech/pow/geopower.html)

Tenaga geotherma merupakan tenaga yang terkandung pada kedalaman bumi. Ini terbukti dengan wujudnya sumber-sumber tenaga yang besar seperti gunung berapi, geyser, air mata panas, dan lain-lain lagi. Sumber tenaga haba yang banyak masih lagi terperangkap di kedalaman pusat bumi. Sumber goetherma terdiri daripada empat jenis iaitu, hydrothermal (air ataupun wap), tekanan geo, batuan panas, dan magma. Sistem penjanaan elektrik oleh tenaga goetherma ini menggunakan sumber bendalir yang panas ini untuk memusingkan turbin. Ianya telah diklasifikasikan kepada jana kuasa wap kering, stim flash, kitaran binary jana kuasa, dan hybrid jana kuasa geotherma fossil.

 

Walaubagaimanapun, kesemua tenaga-tenaga keterbaharuan ini mempunyai implikasi juga kepada alam sekitar. Contohnya, ketika dalam pembinaan dan ketika beroperasi. Contoh yang jelas seperti tenaga kincir angin yang menyebabkan penglihatan yang terhad, bunyi bising, dan kesan magnetik kepada haiwan-haiwan di sekeliling. Ianya masih di tahap yang minimum dan berbagai mitigasi telah dilakukan dengan menggunakan teknologi yang terkini seperti menggunakan insulasi untuk menyerap bunyi. Sewaktu pembinaan empangan kuasa hidroelektrik juga, akan menyebabkan habitat haiwan akuatik dan sekitarnya terjejas. Teknologi OTEC juga akan mendatangkan kesan kepada hidupan air laut dipersisiran pantai yang mungkin akan tersangkut pada saluran paip. Walaupun demikian, tenaga-tenaga keterbaharuan ini mendatangkan impak yang sedikit dan bersifat sementara sahaja. Dengan teknologi yang moden, spesis flora dan fauna ini akan lebih terjamin pada masa hadapan kerana kesan jangka masa panjang seperti kesan rumah hijau, pemanasan global, hujan asid, dan lain-lain lagi boleh dibendung dan dikawal.

WAllahua’lam.

#DrNapeng

Rujukan:

Tiwari, G.N & Ghosal, M.K (2005). Renewable Energy Resources Basic Principles and Applications. Alpha Science Int Ltd: UK.

Boyle, G (2004). Renewable Energy Power for a Sustainable Future. Oxford University Press: UK.

Twidell, J. & Weir, T (2015). Renewable Energy Resources 3rd Edition. Routledge Taylor & Francis Group: New York.

https://www.windpowerengineering.com/business-news-projects/vertical-axis-wind-turbine-technology-continues-improve/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S019689041200115X

 

Pin It on Pinterest

Share This

Share This

Share this post with your friends!