BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi pada industri maritim saat ini mendorong adanya sistem energi kapal yang lebih efisien, ramah lingkungan, dan mampu memenuhi regulasi internasional terkait pengurangan emisi karbon. Pada kapal modern, kebutuhan energi listrik tidak hanya digunakan untuk sistem propulsi, tetapi juga untuk memenuhi kebutuhan hotel load seperti sistem pencahayaan, ventilasi, pendingin udara, pompa, navigasi, dan peralatan bantu lainnya.

Pada sistem konvensional, kebutuhan daya hotel load umumnya dipenuhi sepenuhnya oleh auxiliary engine berbahan bakar fosil. Penggunaan auxiliary engine secara terus-menerus menyebabkan konsumsi bahan bakar tinggi serta menghasilkan emisi gas buang yang cukup besar. Kondisi tersebut menjadi salah satu tantangan utama dalam mendukung target dekarbonisasi industri maritim global yang ditetapkan oleh International Maritime Organization (IMO).

Seiring berkembangnya teknologi energi terbarukan dan sistem elektrifikasi kapal, mulai dikembangkan sistem Auxiliary Engine Hybrid Electric yang mengombinasikan auxiliary engine, baterai, dan panel surya sebagai sumber energi alternatif untuk memenuhi kebutuhan daya kapal. Sistem hybrid tersebut memungkinkan pembagian beban energi atau hybrid balancing system sehingga operating load auxiliary engine dapat dikurangi dan konsumsi bahan bakar menjadi lebih efisien.

Dalam proses analisis sistem hybrid elektrik, metode numerik memiliki peran penting karena digunakan untuk melakukan simulasi distribusi daya secara iteratif terhadap perubahan kondisi operasi kapal. Dengan pendekatan numerik, pembagian daya antara auxiliary engine, baterai, dan panel surya dapat dianalisis secara lebih sistematis sehingga dapat dicari konfigurasi distribusi energi yang paling optimal.

Pada pembelajaran ini, framework DAI5 digunakan sebagai pendekatan reflektif dan sistematis untuk memahami hubungan antara metode numerik, sistem hybrid elektrik, konsumsi bahan bakar, dan emisi karbon pada kapal. Melalui framework tersebut, proses pembelajaran tidak hanya berfokus pada teori, tetapi juga pada implementasi engineering yang realistis dan aplikatif dalam dunia industri perkapalan.

---

1.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana metode numerik digunakan dalam simulasi hybrid balancing system pada kapal?
2. Bagaimana hubungan pembagian beban energi dengan konsumsi bahan bakar auxiliary engine?
3. Bagaimana pengaruh sistem hybrid elektrik terhadap emisi karbon hotel load kapal?
4. Bagaimana framework DAI5 membantu proses pembelajaran engineering secara sistematis?

---

1.3 Tujuan Penulisan

1. Memahami penerapan metode numerik dalam sistem Auxiliary Engine Hybrid Electric.
2. Menganalisis hubungan distribusi daya terhadap fuel consumption dan emisi karbon.
3. Memahami proses iterasi dan optimisasi hybrid balancing system menggunakan simulasi sederhana.
4. Mengembangkan pola berpikir engineering menggunakan framework DAI5.

---

1.4 Manfaat Penulisan

Manfaat Akademis

• Menambah pemahaman mengenai metode numerik pada sistem energi kapal.
• Memahami konsep hybrid balancing system pada kapal.
• Memahami hubungan antara konsumsi bahan bakar dan emisi karbon.

Manfaat Praktis

• Membantu memahami sistem hybrid elektrik secara lebih realistis.
• Menjadi dasar pembelajaran untuk pengembangan Energy Management System (EMS) kapal.
• Menjadi dasar analisis pengurangan emisi kapal terhadap parameter EEXI dan CII.

---

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Hotel Load Kapal

Hotel load merupakan kebutuhan daya listrik non-propulsi pada kapal yang digunakan untuk mendukung operasional akomodasi dan sistem bantu kapal seperti:

• Sistem pencahayaan
• Ventilasi
• Air conditioning
• Sistem navigasi
• Pompa bantu
• Sistem komunikasi

Besarnya hotel load berubah sesuai kondisi operasi kapal seperti sailing, maneuvering, maupun saat kapal berada di pelabuhan.

---

2.2 Auxiliary Engine Hybrid Electric

Auxiliary Engine Hybrid Electric merupakan sistem energi kapal yang mengombinasikan beberapa sumber daya untuk memenuhi kebutuhan energi listrik kapal.

Pada sistem ini digunakan:

• Auxiliary Engine
• Battery System
• Solar Panel

Hubungan keseimbangan daya pada sistem hybrid dapat dituliskan sebagai:

$P_{load}=P_{AE}+P_{battery}+P_{solar}$Pload​=PAE​+Pbattery​+Psolar​

Keterangan:

• $P_{load}$Pload​ = kebutuhan daya hotel load
• $P_{AE}$PAE​ = daya auxiliary engine
• $P_{battery}$Pbattery​ = daya baterai
• $P_{solar}$Psolar​ = daya panel surya

---

2.3 Metode Numerik

Metode numerik merupakan teknik penyelesaian masalah matematika menggunakan proses iterasi dan perhitungan bertahap dengan bantuan komputer.

Dalam sistem hybrid elektrik kapal, metode numerik digunakan untuk:

• Simulasi distribusi daya
• Perhitungan konsumsi bahan bakar
• Analisis emisi karbon
• Evaluasi battery state of charge (SOC)
• Optimisasi hybrid balancing system

Metode numerik memungkinkan proses simulasi dilakukan secara dinamis terhadap perubahan kondisi operasi kapal.

---

2.4 Fuel Consumption dan Emisi Karbon

Konsumsi bahan bakar auxiliary engine dihitung menggunakan pendekatan Specific Fuel Oil Consumption (SFOC):

$Fuel=P_{AE}\times SFOC$Fuel=PAE​×SFOC

Sedangkan emisi karbon dihitung menggunakan faktor emisi bahan bakar:

$CO_2=Fuel\times EF$CO2​=Fuel×EF

Keterangan:

• Fuel = konsumsi bahan bakar
• $P_{AE}$PAE​ = daya auxiliary engine
• SFOC = specific fuel oil consumption
• EF = emission factor

---

2.5 State of Charge (SOC)

State of Charge (SOC) merupakan parameter yang menunjukkan persentase kapasitas energi baterai yang masih tersedia.

Perubahan SOC dapat dihitung menggunakan:

$SOC_{t+1}=SOC_t-\frac{P_{battery}\Delta t}{C_{battery}}\times100$SOCt+1​=SOCt​−Cbattery​Pbattery​Δt​×100

Keterangan:

• $SOC_t$SOCt​ = SOC awal
• $P_{battery}$Pbattery​ = daya baterai
• $\Delta t$Δt = timestep
• $C_{battery}$Cbattery​ = kapasitas baterai

---

2.6 Framework DAI5

Framework DAI5 merupakan pendekatan pembelajaran dan analisis engineering secara sistematis.

Tahapan DAI5 terdiri dari:

1. Deep Awareness of Importance

Memahami pentingnya pengembangan teknologi energi ramah lingkungan pada kapal.

2. Intention

Menentukan tujuan pembelajaran dan arah analisis.

3. Initial Thinking

Menghubungkan konsep matematis dengan fenomena fisik sistem hybrid.

4. Idealization

Melakukan penyederhanaan model sistem agar analisis lebih efisien.

5. Instruction Set

Menyusun langkah kerja simulasi dan analisis secara sistematis.

---

BAB III

METODOLOGI

3.1 Metode Penelitian

Metode yang digunakan pada laporan ini meliputi:

• Studi literatur
• Analisis numerik
• Simulasi iteratif berbasis Excel
• Analisis hybrid balancing system
• Refleksi framework DAI5

---

3.2 Tahapan Analisis

1. Identifikasi Permasalahan

Mengidentifikasi hubungan antara:

• Hotel load kapal
• Auxiliary engine
• Battery system
• Solar panel
• Fuel consumption
• Emisi karbon

---

2. Studi Literatur

Mempelajari:

• Sistem hybrid elektrik kapal
• Metode numerik
• Fuel consumption
• Emisi karbon
• Energy Management System (EMS)

---

3. Penyederhanaan Model

Melakukan beberapa asumsi sederhana seperti:

• Hotel load berubah secara periodik
• Intensitas solar panel mengikuti siang dan malam
• Sistem operasi steady-state
• Efisiensi sistem dianggap konstan

---

4. Simulasi Numerik

Melakukan simulasi iteratif selama 24 jam operasi kapal menggunakan Microsoft Excel.

Parameter utama simulasi:

Parameter	Nilai
Hotel Load	±280–320 kW
Battery Capacity	500 kWh
Solar Max Power	50 kW
SFOC	0.2 kg/kWh
Emission Factor	3.206 kg CO₂/kg fuel
Time Step	1 jam

---

5. Analisis Hybrid Balancing System

Melakukan beberapa variasi distribusi daya antara:

• Battery
• Solar Panel
• Auxiliary Engine

untuk mencari konfigurasi yang paling efisien.

---

6. Interpretasi Hasil

Mengevaluasi hasil simulasi berdasarkan:

• Fuel consumption
• Emisi karbon
• Stabilitas SOC
• Efektivitas hybrid system

---

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Sistem Konvensional

Pada sistem konvensional, seluruh hotel load dipenuhi oleh auxiliary engine tanpa bantuan battery maupun solar panel.

Load Condition	Battery	Solar Panels	Auxiliary	Fuel Consumption (kg/day)	CO₂ Emission (kg/day)
Conventional	0	0	1	1440	4615

Hasil tersebut menunjukkan bahwa penggunaan auxiliary engine secara penuh menghasilkan konsumsi bahan bakar dan emisi karbon paling tinggi.

---

4.2 Hybrid Balancing System

Selanjutnya dilakukan beberapa skenario distribusi daya pada sistem hybrid elektrik.

Load Condition	Battery	Solar Panels	Auxiliary	Fuel Consumption (kg/day)	CO₂ Emission (kg/day)
Scenario 1	0.3	0.1	0.6	985	3158
Scenario 2	0.5	0.1	0.4	702	2249
Scenario 3	0.7	0.1	0.2	680	2181
Full Electric	0.9	0.1	0	664	2128

Dari hasil simulasi terlihat bahwa peningkatan kontribusi battery dan solar panel mampu menurunkan operating load auxiliary engine secara signifikan.

Pada Scenario 1, fuel consumption turun dari 1440 kg/day menjadi 985 kg/day. Selanjutnya pada Scenario 2, konsumsi bahan bakar turun menjadi 702 kg/day dengan emisi karbon sebesar 2249 kg/day.

---

4.3 Analisis Fuel Consumption dan Emisi

Berdasarkan hasil simulasi, sistem hybrid elektrik mampu menurunkan konsumsi bahan bakar lebih dari 50% dibanding sistem konvensional.

Pada Scenario 2, fuel reduction dapat dihitung menggunakan:

$\frac{1440-702}{1440}\times100=51.25\%$14401440−702​×100=51.25%

Sedangkan pengurangan emisi karbon diperoleh sebesar:

$\frac{4615-2249}{4615}\times100=51.27\%$46154615−2249​×100=51.27%

Hasil tersebut menunjukkan bahwa hybrid balancing system memiliki potensi besar dalam mendukung pengurangan emisi karbon pada kapal.

---

4.4 Analisis Engineering

Dari hasil simulasi diperoleh pemahaman bahwa:

• Metode numerik membantu simulasi distribusi daya secara iteratif.
• Hybrid balancing system mampu mengurangi operating load auxiliary engine.
• Peningkatan kontribusi battery menurunkan fuel consumption dan emisi karbon.
• Full electric belum tentu menjadi solusi paling realistis karena keterbatasan kapasitas battery dan biaya implementasi.

Selain itu, mulai terlihat bahwa terdapat titik optimum tertentu pada sistem hybrid di mana peningkatan kapasitas battery tidak lagi memberikan penurunan fuel yang terlalu signifikan.

---

4.5 Implementasi Framework DAI5

Deep Awareness of Importance

Mulai memahami pentingnya sistem energi ramah lingkungan pada kapal untuk mendukung dekarbonisasi maritim.

Intention

Menentukan fokus pembelajaran pada metode numerik dan optimisasi hybrid balancing system.

Initial Thinking

Menghubungkan hubungan antara hotel load, fuel consumption, dan distribusi daya hybrid.

Idealization

Melakukan penyederhanaan sistem hybrid agar simulasi dapat dilakukan menggunakan Excel.

Instruction Set

Menyusun langkah simulasi numerik secara sistematis mulai dari input parameter hingga analisis hasil.

---

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil simulasi dan analisis yang dilakukan, diperoleh beberapa kesimpulan:

1. Metode numerik memiliki peran penting dalam simulasi dan optimisasi sistem hybrid elektrik kapal.
2. Hybrid balancing system mampu menurunkan fuel consumption dan emisi karbon secara signifikan dibanding sistem konvensional.
3. Peningkatan kontribusi battery dan solar panel mampu mengurangi operating load auxiliary engine.
4. Terdapat titik optimum tertentu pada sistem hybrid di mana peningkatan kapasitas battery tidak lagi memberikan penurunan fuel yang signifikan.
5. Framework DAI5 membantu proses pembelajaran engineering menjadi lebih sistematis dan terarah.

---

5.2 Saran

1. Perlu dilakukan pengembangan simulasi menggunakan software seperti MATLAB atau Python.
2. Perlu dilakukan analisis lebih lanjut mengenai Energy Management System (EMS).
3. Perlu dilakukan validasi terhadap kondisi operasional kapal nyata.
4. Penelitian berikutnya dapat dikembangkan pada optimisasi EEXI dan CII kapal.

---

DAFTAR PUSTAKA

Rawson, K. J., & Tupper, E. C. Basic Ship Theory. Butterworth-Heinemann.

Molland, A. F. Ship Resistance and Propulsion. Cambridge University Press.

Versteeg, H. K. An Introduction to Computational Fluid Dynamics. Pearson Education.

MAN Energy Solutions. Marine Engine and Fuel Consumption Manual.

IMO. Energy Efficiency Existing Ship Index (EEXI) Guidelines.