5 Jenis Utama Energi Terbarukan Prinsip, Biaya, Efisiensi, dan Panduan Penggunaan di Rumah

Lima jenis utama energi terbarukan modern yang digunakan terutama untuk pembangkit listrik meliputi: Tenaga Air, Energi Angin, Energi Surya, Bioenergi (energi biomassa/bahan bakar nabati), dan Energi Panas Bumi.

Pada tahun 2023, energi terbarukan menyumbang hampir 30% dari pembangkit listrik global. Diantaranya, tenaga air menyumbang 47%, tenaga angin 26%, energi surya 18%, bioenergi 8%, dan energi panas bumi 1%.

Tiongkok menyumbang 32% listrik terbarukan global, diikuti oleh Amerika Serikat (11%), Brasil (7,0%), Kanada (4,7%), dan India (4,3%).

Pada tahun 2030, pembangkit listrik terbarukan global diperkirakan akan mencapai 17.000 TWh (60 EJ), meningkat hampir 90% dibandingkan dengan tahun 2023. Pada saat itu, energi terbarukan akan menyumbang 46% listrik global, dengan tenaga angin dan tenaga surya bersama-sama menghasilkan 30%.

Artikel ini memberikan analisis mendalam mengenai prinsip-prinsip pembangkit listrik, distribusi global, efisiensi teknologi, tingkat biaya, dan tren masa depan dari kelima jenis energi terbarukan ini, serta memberikan rekomendasi yang jelas bagi rumah tangga di perkotaan dan pedesaan dalam memilih sistem energi terbarukan yang sesuai.

Tenaga Air

Pada tahun 2023, tenaga air menyumbang 47% dari pembangkit listrik terbarukan global.

Pembangkit listrik tenaga air adalah metode pembangkit listrik dengan memanfaatkan potensi dan energi kinetik air yang mengalir untuk menggerakkan turbin. Jenis yang umum termasuk pembangkit listrik tenaga air berbasis bendungan, pembangkit listrik tenaga air pengalihan, dan pembangkit listrik tenaga air pasang surut.

Pembangkit listrik tenaga air hampir bebas karbon dan menghasilkan polusi yang minimal selama operasi. Namun, pembangunan bendungan besar dapat menyebabkan gangguan ekologi (seperti gangguan migrasi ikan dan perendaman lahan basah) dan dapat menyebabkan perpindahan penduduk.

Memasang sistem pembangkit listrik tenaga air di rumah membutuhkan sumber air yang konsisten dan stabil (dengan debit dan aliran yang cukup), dan tunduk pada undang-undang pengaturan air, sehingga sangat tidak praktis untuk sebagian besar rumah tangga.

Pada tahun 2023, kisaran biaya untuk proyek-proyek pembangkit listrik tenaga air skala kecil dan besar "konstruksi hingga commissioning" adalah antara USD 2.820-18.700/kWdengan proyek yang lebih besar biasanya menimbulkan biaya yang lebih tinggi.

Efisiensi Pembangkit Listrik

Sistem pembangkit listrik tenaga air modern sangat efisien, dengan efisiensi mencapai hingga 90% atau lebih. Dibandingkan dengan energi surya (sekitar 20%) dan energi angin (sekitar 30%), tenaga air sangat efisien.

Distribusi Global dan Pertumbuhan Tenaga Air di Masa Depan

Pada tahun 2023, Tiongkok memegang 29-31% dari kapasitas pembangkit listrik tenaga air global, menghasilkan 1.245-1.303 TWh, menjadikannya sebagai produsen pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia. Diikuti oleh Brasil, Kanada, dan Amerika Serikat-yang semuanya kaya akan sumber daya air.

Meskipun kapasitas PLTA global terus meningkat, tingkat pertumbuhannya melambat. Proyeksi menunjukkan bahwa pertumbuhan pada tahun 2020-an akan menjadi hampir 25% lebih lambat dari tingkat ekspansi yang terlihat pada dekade sebelumnya.

Energi Angin

Pada tahun 2023, energi angin menyumbang sekitar 28% pembangkit listrik terbarukan global. Prinsipnya melibatkan penggunaan angin untuk memutar bilah turbin, yang melalui gearbox meningkatkan kecepatan putaran, sehingga menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.

Jenis pembangkit listrik tenaga angin yang umum termasuk pembangkit listrik tenaga angin darat dan lepas pantai. Pembangkit listrik tenaga angin darat biasanya terletak di area terbuka yang datar atau tinggi, sedangkan pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai dipasang di laut di mana kecepatan angin umumnya lebih kuat dan stabil.

Energi angin hampir tidak menghasilkan emisi selama operasi dan dianggap sebagai salah satu sumber energi terbersih. Namun, ada beberapa kekhawatiran terkait dampak visual, gangguan migrasi burung, dan kebisingan. Mengenai kebisingan, banyak yang salah paham atau mengabaikannya, namun pada kenyataannya, ladang angin yang beroperasi pada jarak 750 hingga 1000 kaki tidak menghasilkan suara yang lebih keras daripada kulkas dapur atau ruangan yang relatif tenang.

Turbin angin komersial memiliki daya yang beragam, mulai dari unit perumahan kecil sekitar 5 kW hingga turbin skala besar hingga 5 MW. Turbin perumahan kecil harganya hanya beberapa ratus poundsterling, sedangkan turbin industri bisa mencapai jutaan. Pada tahun 2023, biaya listrik yang diratakan (LCOE) untuk angin darat adalah antara USD 1.300-2.500/kW, tergantung pada lokasi dan skala.

Turbin angin umumnya digunakan di lingkungan industri; untuk penggunaan di perumahan, turbin atap kecil dapat digunakan tetapi tergantung pada kebijakan perencanaan lokal dan kondisi angin.

Efisiensi Pembangkit Listrik

Teknologi tenaga angin saat ini memungkinkan pembangkitan dimulai pada kecepatan angin sekitar 2,68 meter per detik. Efisiensi konversi biasanya berkisar antara 20% hingga 40%yang secara signifikan lebih rendah daripada tenaga air tetapi lebih tinggi daripada energi matahari.

Distribusi Global dan Pertumbuhan Energi Angin di Masa Depan

Menurut data dari Badan Energi Terbarukan Internasional (IRENA) dan Dewan Energi Angin Global (GWEC), pada tahun 2023, Cina menyumbang 39% dari total kapasitas angin terpasang di dunia, memiliki kapasitas angin darat terbesar di dunia dan melampaui Inggris dalam hal kapasitas angin lepas pantai. Negara-negara besar lainnya termasuk Amerika Serikat, Jerman, dan India.

Diperkirakan bahwa pada tahun 2030, sektor energi angin akan mencapai tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sebesar 8,8%, dengan kapasitas angin terpasang global meningkat sebesar 981 GW.

Energi Surya

Pada tahun 2023, energi surya menyumbang sekitar 15% pembangkit listrik terbarukan global. Karena biaya yang menurun dengan cepat, penggunaan yang fleksibel, dan emisi yang mendekati nol selama pengoperasian, energi surya telah menjadi teknologi energi terbarukan yang paling cepat berkembang.

Prinsip kerja energi surya melibatkan foton dari sinar matahari yang menarik elektron di panel surya - terutama yang terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon - yang membebaskan elektron mengalir secara terarah di bawah medan listrik, menghasilkan arus yang dikonversi oleh inverter menjadi arus bolak-balik untuk penggunaan rumah tangga atau jaringan listrik.

Meskipun pembuatan panel surya menghasilkan jejak karbon, listrik bersih yang dihasilkan oleh setiap panel selama masa pakainya lebih dari cukup untuk mengimbanginya.

Sistem fotovoltaik (PV) telah menjadi arus utama karena kemudahan instalasi dan penurunan biaya komponen. Pada tahun 2023, sistem PV skala utilitas rata-rata sekitar USD 800-1.200 per kW, dengan biaya sistem perumahan sedikit lebih mahal.

Efisiensi Pembangkit Listrik

Panel PV komersial biasanya mencapai efisiensi 18%-22%, dengan produk efisiensi tinggi melebihi 25%, dan beberapa pengembang mencapai hampir 40%. Meskipun efisiensinya jauh lebih rendah daripada energi terbarukan lainnya, kenyamanan dan biaya rendah dari energi surya membuatnya menjadi pilihan yang lebih disukai oleh pengguna perumahan.

Distribusi Global dan Pertumbuhan Energi Surya di Masa Depan

Cina memimpin dalam hal manufaktur dan pemasangan panel surya, diikuti oleh Amerika Serikat, Jepang, Jerman, dan India. Badan Energi Internasional (IEA) memprediksi energi surya akan menjadi sumber listrik terbesar di dunia pada tahun 2050.

Antara tahun 2024 dan 2030, PV surya diperkirakan akan menyumbang 80% pertumbuhan kapasitas terbarukan global, didorong oleh pembangkit listrik tenaga surya berskala besar yang baru dan peningkatan instalasi atap komersial dan perumahan. Menurut IEA, pembangkit listrik tenaga surya akan melampaui tenaga air pada tahun 2029, menjadi sumber energi terbarukan terbesar.

Energi Panas Bumi

Energi panas bumi memanfaatkan panas internal bumi untuk pembangkit listrik atau pemanas. Sumur dibor untuk mengakses air panas bawah tanah atau uap, yang menggerakkan turbin untuk pembangkit listrik atau digunakan untuk pemanas bangunan.

Sistem pompa panas bumi sumber panas bumi dangkal beroperasi tanpa mengeluarkan debu, limbah, atau CO2 dan tidak memerlukan boiler, menara pendingin, atau penyimpanan bahan bakar, sehingga menjadikannya solusi pemanas dan pendingin yang ramah lingkungan yang saat ini tersedia.

Meskipun energi panas bumi menghasilkan polutan udara dan air dalam jumlah kecil, emisi CO2-nya hanya sekitar 1/35 dari pembangkit listrik tenaga batu bara.

Mengembangkan energi panas bumi membutuhkan eksplorasi dan pengeboran geologi yang ekstensif, yang menghasilkan investasi awal yang tinggi. Selain itu, distribusi sumber daya panas bumi yang tidak merata dan tantangan teknis meningkatkan biaya. Pada tahun 2023, biaya pompa panas bumi adalah USD 4.589, hampir USD 1.200 lebih tinggi dari tahun 2022.

Efisiensi Pembangkit Listrik

Efisiensi pembangkit listrik tenaga panas bumi biasanya berkisar antara 10% hingga 20%, tergantung pada suhu dan teknologi.

Distribusi Global dan Pertumbuhan Energi Panas Bumi di Masa Depan

Sumber daya panas bumi terutama terkonsentrasi di sepanjang batas lempeng tektonik seperti Cincin Api Pasifik dan sabuk panas bumi Mediterania-Himalaya. Negara-negara terkemuka dalam pengembangan panas bumi termasuk Amerika Serikat, Indonesia, Filipina, Turki, dan Selandia Baru.

Kemajuan teknologi telah membuka prospek baru untuk energi panas bumi, yang berpotensi menjadikannya pilihan utama di seluruh dunia dan di kalangan bisnis. Seiring dengan peningkatan teknologi dan penurunan biaya proyek, energi panas bumi dapat memenuhi hingga 15% pertumbuhan permintaan listrik global pada tahun 2050.

Energi Biomassa

Energi biomassa berasal dari residu pertanian, kayu, dan limbah organik, dan dapat digunakan untuk pemanasan, pembangkit listrik, atau produksi bahan bakar nabati. Jika dikelola dengan baik, biomassa dianggap netral karbon karena CO₂ yang dilepaskan selama pembakaran diserap oleh tanaman.

Sistem pompa panas bumi sumber panas bumi dangkal beroperasi tanpa mengeluarkan debu, limbah, atau CO2 dan tidak memerlukan boiler, menara pendingin, atau penyimpanan bahan bakar, sehingga menjadikannya solusi pemanas dan pendingin yang ramah lingkungan yang saat ini tersedia.

Dari segi biaya, biomassa tidaklah murah. Pada tahun 2022, biaya instalasi rata-rata global adalah USD 2.162 per kW, hanya beberapa ratus dolar lebih rendah dari tenaga air.

Biomassa juga relatif mahal di Amerika Serikat, di mana pembakaran langsung merupakan metode yang paling umum untuk menghasilkan panas dari biomassa. Biaya instalasi untuk pembangkit listrik tenaga biomassa kecil berkisar antara USD 3.000 hingga 4.000 per kW.

Efisiensi Pembangkit Listrik

Pembakaran biomassa bersama dengan bahan bakar lain dapat mencapai efisiensi hingga 45%, menjadikannya metode pembangkit listrik biomassa yang paling hemat biaya.

Pada tahun 2050, pangsa biomassa dalam produksi listrik dapat meningkat dari 1,3% saat ini menjadi sekitar 3%-5% (IEA ETP, 2006), tergantung pada asumsi.

Dibandingkan dengan perkiraan total potensi biomassa (10% hingga 20% pasokan energi primer pada tahun 2050), kontribusi listrik ini relatif kecil, tetapi biomassa juga berharga untuk produksi bahan bakar pemanas dan transportasi.

Tanya Jawab tentang Energi Terbarukan

Sistem energi terbarukan apa yang dapat dipasang di rumah tangga?

• Tempat tinggal di perkotaan/pinggiran kota: Sistem fotovoltaik surya (PV), dengan pompa panas sumber tanah opsional.
• Tempat tinggal di pedesaan/pertanian: Sistem PV atau kombinasi PV dan boiler biomassa.
• Dataran tinggi / daerah pegunungan terpencil: Prioritas pada sistem PV, dengan tenaga air sebagai pilihan jika kondisinya memungkinkan.

Apa sumber energi terbarukan terbesar?

Saat ini, tenaga air merupakan sumber energi terbarukan terbesar di seluruh dunia, menyumbang hampir 50% pembangkit listrik terbarukan global, dengan efisiensi melebihi 90%. Beberapa organisasi memprediksi bahwa pada tahun 2029, energi surya akan melampaui tenaga air untuk menjadi sumber energi terbarukan terbesar di dunia.

Apa pentingnya menggunakan energi terbarukan?

• Mengurangi emisi karbon dan memitigasi perubahan iklim.
• Memastikan pasokan energi yang berkelanjutan tanpa ketergantungan pada bahan bakar fosil.
• Meningkatkan kemandirian energi.
• Biaya operasional jangka panjang yang lebih rendah.

Energi terbarukan dengan cepat mengubah lanskap energi global. Baik itu tenaga air yang sangat efisien, energi angin dan matahari yang berkembang pesat, atau energi biomassa dan panas bumi yang dapat dikirim, setiap teknologi memiliki kekuatan dan tantangannya masing-masing. Transformasi ini merambah setiap aspek kehidupan-dari tingkat global hingga rumah tangga, dari kebijakan hingga teknologi.

Untuk pengguna rumah tangga, memilih sistem energi terbarukan yang tepat tidak hanya dapat mengurangi biaya energi jangka panjang, tetapi juga berkontribusi pada perlindungan lingkungan. Dekade berikutnya adalah masa yang sangat penting; memanfaatkan insentif kebijakan, kematangan teknologi, dan tren pengurangan biaya akan menjadi peluang terbaik untuk beralih ke gaya hidup rendah karbon.