NAS Battery untuk Penyimpan Energi Kapasitas Besar

NAS Battery untuk Penyimpan Energi Kapasitas Besar
Arwindra Rizqiawan

Sistem Baterai Penyimpan Energi (Battery Energy Storage System, BESS) sekarang ini sudah tidak dapat lagi dipisahkan dari sistem tenaga modern. Walaupun tidak menghasilkan energi, tetapi fungsinya sebagai penyimpan energi merupakan hal yang sangat dipertimbangkan dalam perencanaan sistem maupun operasional. NAS Battery merupakan salah satu divais penyimpan energi yang cukup menjanjikan untuk semakin banyak diaplikasikan pada masa mendatang.

Prinsip baterai sodium-sulfur pertama kali diajukan oleh Ford Motor Company, USA pada tahun 1966. Pada tahun 1984, Tokyo Electric Power Company (TEPCO) memutuskan untuk mengembangkan baterai sodium-sulfur sebagai penyimpan energi pada sistem energi terdistribusinya untuk menggantikan sistem pembangkitan pompa-hidro untuk mengatasi pola pembebanan yang sedang dihadapi saat itu. TEPCO beranggapan bahwa baterai sulfur-sodium cocok untuk aplikasi tenaga skala utilitas yang mereka butuhkan. Untuk merealisasikan, TEPCO bekerja sama dengan NGK Insulator, Ltd. untuk membuat baterai sulfur-sodium skala produksi. Pada tahun 2002 TEPCO dan NGK berhasil mengomersialkan baterai sodium-sulfur dengan merk ‘NAS’ Baterai, yang didapat dari ‘NaS’, nama kimia dari sodium dan sulfur.

NAS Battery cell

Gambar 1. Penampang NAS Battery produksi TEPCO-NGK

 NAS Battery menggunakan sodium (Na) cair sebagai katoda (elektroda negatif), sulfur (S) cair sebagai anoda (elektroda positif), dan beta-alumina padat sebagai elektrolit pemisah kedua elektroda.  Susunan sebuah sel NAS Battery ditunjukkan pada Gambar 1, katoda sodium cair berada di tengah, dikelilingi oleh elektrolit beta-alumina padat, kemudian di lingkaran terluar merupakan anoda sulfur cair. Pada aplikasinya, ditambahkan lapisan metal (safety tube) sebagai pengaman untuk mengendalikan jumlah sodium dan sulfur yang berpotensi terjadi kombinasi apabila terjadi kegagalan pada elektrolit beta-alumina. 

Pada saat kondisi discharging, sodium cair tersalurkan melalui celah sempit diantara sisi dalam dari elektrolit beta-alumina dengan lapisan metal pada safety tube. Pada saat discharging sodium cair teroksidasi pada lapisan pertemuan dengan elektrolit beta-alumina sehingga terbentuk ion Na+. Ion Na+ bermigrasi melalui elektrolit beta-alumina menuju anoda sulfur cair yang sudah tereduksi, sehingga akan terbentuk sodium pentasulfida. Reaksi yang sebaliknya terjadi pada kondisi charging dari NAS Battery. Elektrolit beta-alumina memiliki sifat mudah melewatkan ion Na+ namun sulit melewatkan elektron, keuntungannya adalah tidak akan terjadi self-discharge pada NAS Battery.  Jumlah reaktan yang akan berkombinasi pada saat charging maupun discharging dibatasi oleh besarnya celah-celah sempit yang ada pada safety tube untuk mencegah terjadinya pemanasan berlebihan yang akan merusak sel NAS Battery.  Kekurangan dari NAS Battery adalah untuk dapat melangsungkan reaksi kimia tersebut, temperatur NAS Battery harus dijaga konstan pada suhu 300-325 (derajat) Celcius. Gambar 2 menunjukkan ilustrasi kondisi charging maupun discharging dari NAS Battery.

NAS_battery_principle

Gambar 2. Ilustrasi prinsip kerja NAS Battery pada saat charging dan discharging.

Satu sel NAS Battery menghasilkan tegangan sekitar 2 V dengan kapasitas 628 Ah. NGK memproduksi NAS Battery dalam bentuk modul-modul dengan tegangan sekitar 628 V dengan rating energi 360 kWh. NAS Battery dapat discharging dalam rentang waktu yang cukup luas, mulai dari beberapa detik hingga beberapa jam, ditunjukkan pada Gambar 3. Sifat inilah yang membuat NAS Battery cocok untuk aplikasi-aplikasi yang membutuhkan penyimpan energi kapasitas besar untuk menopang suatu sistem tenaga. Peak-Shaving dan Emergency Back-Up merupakan dua macam aplikasi yang banyak ditopang dengan memasang NAS Battery pada sistem tenaga.

NAS discharge

Gambar 3. Kemampuan discharge NAS Battery terhadap waktu operasi

Keunggulan dari NAS Battery secara ringkas dapat dipaparkan sebagai berikut

  • Per unit volume, NAS Battery memberikan energi tiga kali lebih besar daripada lead-acid battery. Per unit berat bahkan dapat mencapai 10 kali faktor lebih besar.
  • NAS Battery mampu bertahan hingga 2500 kali siklus charge-discharge, dengan umur operasi mencapai 15 tahun.
  • NAS Battery lebih efektif menyimpan energi karena kapabilitas charging-discharging yang tinggi dan tidak ada rugi-rugi akibat self-discharging.
  • Relatif bebas pemeliharaan, mudah instalasi, ramah lingkungan, dsb.

Perbandingan sederhana NAS Battery dengan tipe baterai yang lain ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Perbandingan NAS Battery dengan beberapa tipe baterai lain

NAS comparison

Pada tulisan ini telah dipaparkan secara ringkas tentang NAS Battery yang pemakaiannya berpotensi akan semakin meluas di masa mendatang. Kekurangan terbesar NAS Battery adalah operasi kerjanya pada temperatur yang cukup tinggi, akibatnya dibutuhkan pemanas eksternal yang akan mengurangi energi yang bisa dimanfaatkan oleh beban.

Ref.

  • Akihiro Bito, Overview of The Sodium-Sulfur Battery for the IEEE Stationery Battery Committee, IEEE PES Annual Meeting, 2005
  • Bunyamin Tamyurek, et. al., The NAS Battery: A Multi-Function Energy Storage System, IEEE paper.
  • Jalal Kazempour, et. al., Static Security Enhancement by Means of Optimal Utilization of NAS Battery System, IEEE paper.
  • Makoto Kamibayashi, Development Update of NAS Battery, IEEE paper.
  • K. Iba, et. al., Analysis and Operational Record of NAS Battery, IEEE paper.
  • http://www.daviddarling.info
  • Several related readings.

Catatan penulis.

Pada tulisan diatas, istilah yang berhubungan dengan baterai (NAS Battery, lead-acid, discharge, charge, dsb) saya tetap tulis dalam English tanpa dibuat miring/italic semata-mata hanya supaya tidak terjadi kesalahpahaman dalam penafsiran ke Bahasa Indonesia. Salam.

About angin165

Pria, Indonesia, muda, lajang, belum mapan.
This entry was posted in Green Energy, Miscellanous. Bookmark the permalink.

3 Responses to NAS Battery untuk Penyimpan Energi Kapasitas Besar

  1. Pingback: NAS Battery « nang windar and the mosquito commander

  2. Sugeng says:

    Kapan ya indonesia bisa pakai energi ramah lingkungan?

  3. deden says:

    Untuk menjaga suhu 300 drajat celcius membutuhkan energi.Bgmn dgn neraca energinya?berapa persen loss untuk menjaga suhu ini?BTW semua bahannya Sodium ( Na ) banyak tersedia di indonesia yaitu kapur.Mas hitungannya daya simpan koq per volume, bukankah lead acid daya simpan dihitung dengan luas permukaan (karena reaksi terjadi dari luas permukaan).Apakah karena NAS battery bisa terjadi reaksi bisa diberdayakan dengan volumenya (reaksi terjadi diseluruh bagian, bukan hanya permukaan)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s