Baterai Teknologi Baru, Solusi Penetrasi PLT Energi Terbarukan?

 

Kapasitas Terpasang PLTS dan PLTB yang Masih Rendah

 

Penetrasi pembangkit listrik energi terbarukan di Indonesia masih terbilang cukup rendah jika dibandingkan negara tetangga. Kita akan semakin sedih jika melihat porsi bagi pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) dan pembangkit listrik tenaga angin (PLTB) di negara kita. Ada banyak hal yang menyebabkan masih sedikitnya kapasitas PLTS dan PLTB di Indonesia meski potensi kedua sumber daya alam tersebut cukup besar di Indonesia. Secara garis besar, penyebabnya dapat dibagi menjadi dua, faktor ekonomi dan faktor teknis.

 

Secara ekonomi, investasi PLTS dan PLTB belum terlalu menggiurkan di Indonesia karena masih tingginya biaya rantai pasok kedua jenis pembangkit tersebut serta belum banyaknya insentif yang diterima oleh pengembang PLTS dan PLTB. Sedangkan pada alasan teknis, sifat energi surya dan angin yang sangat tergantung kepada kondisi alam menjadi akar masalahnya. Dengan sifat yang intermiten (berubah-ubah) tersebut, PLTS dan PLTB membutuhkan tambahan pembangkit listrik cadangan ketika mereka kehilangan sumber energi. Pembangkit cadangan tersebut harus siap melayani perubahan daya dalam waktu yang cepat agar layanan listrik kepada pelanggan tetap terjaga dengan baik dan peralatan listrik lainnya tidak cepat rusak.

 

 

Sistem Penyimpanan Energi

 

Sebenarnya, solusi untuk permasalahan teknis PLTS dan PLTB tadi sudah ada dan telah diaplikasikan di beberapa tempat di dunia. Solusinya adalah penambahan Sistem Penyimpanan Energi (energy storage system).  Sistem Penyimpanan Energi adalah suatu sistem yang bertujuan menyimpan energi dalam beberapa bentuk dimana energi tersebut didapatkan dari pembangkit listrik energi terbarukan ketika dapat menghasilkan energi dan kemudian menggunakan energi tersebut ketika pembangkit listrik energi terbarukan tidak dapat menghasilkan energi. Contoh paling umum dari Sistem Penyimpanan Energi adalah Baterai dan Waduk Penyimpanan (pump storage).

 

Pada baterai, energi listrik dari pembangkit listrik energi terbarukan akan disimpan secara kimiawi pada sel-sel baterai ketika pembangkit listrik energi terbarukan tersebut dapat bekerja menghasilkan listrik. Kemudian ketika pembangkit listrik energi terbarukan tersebut tidak dapat menghasilkan listrik maka baterai tadi akan mengirimkan listrik ke jaringan sesuai dengan kebutuhan. Prinsip yang sama dengan waduk penyimpanan, ketika pembangkit listrik energi terbarukan dapat menghasilkan listrik yang lebih dari beban, energi listrik tersebut akan memompa air dari waduk bagian bawah ke waduk bagian atas. Ketika pembangkit listrik energi terbarukan tersebut tidak dapat menghasilkan listrik, air dari waduk bagian atas akan dialirkan ke waduh bagian bawah dengan melewati turbin air yang dapat mengubah energi potensial air menjadi energi listrik bersama generator. Energi dari generator tadi akan dialirkan ke beban sesuai kebutuhan.

 

Sistem Penyimpan Energi Waduk Penyimpanan sudah banyak diaplikasikan sejak lama, daftarnya dapat dilihat dari tautan berikut. Di Jerman sendiri telah ada proyek khusus yang mengintergasikan PLTB dengan waduk penyimpanan yang diinisiasi oleh dua perusahaan energi Jerman, RWE dan RAG. Yang lebih hebat lagi, proyek tersebut dibangun di bekas lahan tambang batu baru. Meski demikian, pengaplikasian waduk penyimpanan untuk pembangkit energi terbarukan masih mengalami kendala karena membutuhkan area yang cukup luas pada pemanfaatannya. Akan menjadi pelik jika daerah yang berpotensi menjadi waduk tersebut merupakan wilayah yang berpenduduk dan produktif. Sistem Penyimpanan Energi dengan Baterai sebagai pembangkit listrik dengan skala besar memang baru berkembang pada abad 21 ini terlebih sejak pengembangan baterai dengan bahan baku Lithium. Saat ini, Sistem Penyimpanan Energi Baterai terbesar yang beroperasi adalah Hornsdale Power Reserve dengan kapasitas 100 MW dan total energi 129 MWh dengan nilai proyek 90 Juta Dolar Australia. Hornsdale Power Reserve merupakan penunjang dari PLTB Hornsdale. Proyek ini dibangun oleh Tesla, perusahaan milik Elon Musk dengan menggunakan baterai tipe Lithium-Ion. Selain menyuplai energi ketika beban tinggi, Hornsdale Power Reserve juga digunakan untuk menstabilkan jaringan yang disuplai oleh PLTB Hornsdale.

 

Baterai Lithium-Ion saat ini memang menjadi primadona sebagai penyimpanan energi di perangkat elektronik sehari-hari kita dan biaya produksinya makin hari makin murah. Namun secara ekonomi membangun Sistem Penyimpanan Energi dengan Baterai Lithium-Ion masih terbilang mahal dan memberatkan bagi pengusaha pembangkit listrik energi terbarukan. Selain itu proses pengolahan bahan baku baterai Lithium, yaitu nikel dan kobalt, disinyalir memberikan efek yang buruk ke lingkungan seperti pada proses hidrometalurgi high pressure acid leaching (HPAL) yang limbahnya rentan jika tidak diurus dengan baik.

 

 

Baterai Jenis Baru

 

Baterai Lithium-ion dikembangkan oleh Sony, perusahaan elektronik Jepang, sebagai catu daya untuk perangkat elektronik buatan mereka karena sifatnya yang ringan, aman, dan densitas energi yang besar pula. Sifat-sifat Baterai Lithium-ion bisa dibilang kurang tepat untuk digunakan pada aplikasi Sistem Penyimpanan Energi untuk jaringan listrik. Salah satu perusahaan rintisan dari Amerika Serikat, yang dilahirkan oleh Profesor Donald Sadoway dari Massachusetts Institute of Technology dan rekannya David Bradwel, mengembangkan baterai teknologi baru yang disebut Liquid Metal Battery. Perusahaan tersebut bernama Ambri. Pada 2010 Ambri mendapatkan pendanaan awal dari Bill Gates dan Total Prancis.

 

Cara kerja dari Liquid Metal Battery sedikit berbeda dengan baterai jenis lainnya. Pada Liquid Metal Battery  ini, ketika baterai dialiri listrik untuk diisi (charge), alloy Ca dan Sb pada fasa intermetal akan berubah menjadi liquid ketika dialiri listrik (proses 4 pada gambar dibawah). Ketika semua intermetal tersebut telah menjadi liquid semua, akan terbentuk anoda dan katoda (proses 1 pada gambar dibawah). Ketika baterai ini melepaskan energi (discharge), terjadi reaksi antara liquid alloy Ca dan Sb dimana proses tersebut menghasilkan aliran elektron yang kemudian dapat dialirkan ke jaringan listrik (proses 2 pada gambar dibawah). Jika proses pelepasan energi telah sempurna, Allow Ca dan Sb tersebut akan kembali menjadi pada fasa intermetalik. Proses ini kemudian menjadi siklus berulang.

 

 

 

Sumber Gambar: https://ambri.com/technology/

 

Terdapat tantangan dari penggunaan baterai Liquid Metal dari Ambri ini seperti suhu kerja pada alloy ketika charge dan discharge sekitar 500oC sehingga dibutuhkan material khusus pada casing baterai ini. Namun biaya produksi baterai Liquid Metal dari Ambri masih ½ kali dari biaya produksi baterai Lithium Ion pada skala utilitasi. Biaya material elektroda baterai Liquid Metal dari Ambri, yaitu Calcium dan Antimony (Sb), jauh lebih murah dibanding Nikel, Kobalt, dan Mangan yang dibutuhkan untuk membuat Baterai Lithium Ion. Sistem baterai Liquid Metal dari Ambri tidak memerlukan pendinginan, pemadaman kebakaran atau modul peralatan sistem manajemen baterai berbasis rak, seperti yang dibutuhkan oleh sistem lithium-ion. Selain itu karena degradasi minimal,  baterai Liquid Metal  tidak memerlukan kapasitas tambahan untuk penggantian di pertengahan masa proyek untuk mencapai masa operasi 20 tahun. Masih ada keunggulan lain yang diklaim dari baterai Liquid Metal dari Ambri seperti lebih ramah lingkungan saat pengolahan bahan baku Calcium dan Antimony, lebih cepat dipabrikasi, dan tidak terpengaruh pada kondisi ambien.

 

Tantangan lainnya dari Ambri dan baterai Liquid Metal nya adalah menunjukan kepada industri ketenagalistrikan dunia bahwa baterai mereka sanggup menyelesaikan masalah intermitensi dari pembangkit listrik energi terbarukan serta memenuhi permintaan akan baterai mereka dengan waktu produksi yang cepat. Saat ini Ambri sedang membangun sistem penyimpanan energi mereka untuk pusat data TerraScale di Nevada, Amerika Serikat, dengan kapasitas 250 MWh dan ditargetkan beroperasi pada 2021 ini.

 

Jika Ambri dapat menunjukan keandalannya pada proyek ini, sepertinya kita dapat berharap pada era baru sistem penyimpanan energi yang akan menyelesaikan masalah yang dialami oleh jaringan listrik dengan penetrasi pembangkit listrik energi terbarukan yang besar. Dan tentu saja akan memberikan efek baik bagi Bumi kita.