Posted in Artikel

SISTEM PENGGERAK DAN TINGKAT EMISI KARBON KENDARAAN LISTRIK

Sistem Penggerak Kendaraan Listrik 

Pada sistem penggerak ataupun pendorong pada mobil listrik, roda motor merupakan aplikasi yang dibutuhkan untuk mencapai mesin listrik yang memiliki efisiensi dan torsi yang tinggi. Salah satu solusi menarik dalam menjawab permasalahan tersebut adalah penggunaan
mesin fluks aksial, dimana motor secara langsung dikopel atau berada di dalam roda penggerak.
Dalam paparan ini disajikan jenis mesin fluks aksial induksi. Struktur mesin dengan dua rotor akan menjadi solusi yang menjanjikan pada jenis mesin ini. Struktur dua rotor akan melindungi komponen aktif motor, yaitu lilitan tembaga stator, atau inti besi stator. Dengan ini maka mesin dapat memiliki power density dan efisiensi yang lebih besar dibanding dua buah motor yang terpisah. Selain itu, dalam kasus proses induksi, dua rotor dapat berotasi pada kecepatan yang berbeda, sehingga motor dapat bekerja sebagai diferensial mekanis, meskipun dialiri dari inverter.
Mobil listrik menjadi bentuk inovasi dari kendaraan degan proses pembakaaran internal. Konsep ini menjadikan kendaraan akan menggunakan komponen yang lebih sedikit dalam sistem penggerak untuk mengembangkan efisiensi dan reliabilitas kendaraan dengan mengurangi berat kendaraan. Dalam hal ini, berkaitan dengan mesin fluks aksial (AF machines), mesin induksi dan sinkron.

Capture
Grafik 1  Karakteristik kecepatan dan torsi

Mesin fluks Aksial biasanya memiliki stator yang berstruktur ring, dan rotor seperti piringan bulat, dengan diameter yang mirip antara bagian dalam dan luar. Jarak dari jari – jari stator dalam ke jari – jari bagian luar merupakan daerah untuk menghasilkan torsi. Oleh karena itu baik stator dan rotor dapat secara penuh digunakan. Dengan semakin meningkatnya jumlah kutub, maka panjang aksial akan berkurang, dan power density meningkat. Sehingga mesin fluks
aksial dapat memberikan keuntungannya pada kecepatan rendah, dan torsi tinggi. Sebagai tambahan, mesin fluks aksial ini akan baik dipasang sebagai motor penggerak roda.

Mesin fluks axial induksi (AFI)

Performa motor AFI mirip dengan motor radial fluks konvensional, tanpa jumlah gear yang dikurangi maka kecepatan motor akan rendah (maksimal kecepatan sekitar 1500 rpm), untuk itu dibutuhkan motor kutub banyak (8-12 kutub) untuk mendapatkan torsi yang besar. Motor AFI kutub banyak memiliki power density yang lebih besar daripada motor RF konvensional.
Capture

Selain itu, pilihan struktur lainnya yaitu mesin dengan satu inti stator ring dengan dua lilitan fase banyak pada dua sisi permukaan dan dua rotor dengan dua lempeng yang terpisah yang mungkin berotasi secara independen dan kecepatan yang berbeda. Ketiga inti rangkaian magnetik (stator dan dua rotor) terpasang pada satu tempat atau ruang, motor harus menjulang di antara kedua roda, seperti gambar di berikut ini :
Capture

Inti stator dengan celah pada kedua sisi jari – jari memberikan dua tipe lilitan yang berbeda yang juga akan menghasilkan distribusi fluks yang berbeda. Jenis motor AFI-NS memiliki dua lilitan fase banyak yang terhubung secara seri dan mengalirkan arus stator di arah yang sama pada tiap – tiap saluran. Nantinya akan hanya ada satu fluks utama yang mengalirkan ke lilitan stator dan dua ruang rotor. Tidak akan ada fluks mengalir sepanjang inti stator, kecuali kebocoran fluks. Jalur persebaran fluks pada mesin digambarkan seperti di bawah ini.
Capture

Dua rotor yang terpasang independen akan membuat mesin tersebut dapat memiliki kecepatan keluaran yang berbeda untuk kedua rodanya, biasanya pada keadaan memutar. Pada situasi ini, kedua rotor memiliki nilai slip yang berbeda, yang artinya keduanya memberikan fluks yang berbeda, maka dari itu distribusi fluks menjaga agar torsi motor seimbang. Hanya membutuhkan satu power supply untuk mendapatkan efek diferensial. Mesin jenis ini memiliki konstruksi stator yang kecil, yang berarti akan mengurangi rugi inti.
Motor AFI-NN merupakan struktur lilitan lainnya yang dirancang untuk arus stator mengalir pada arah yang berkebalikan pada keseluruhan bagian stator itu sendiri. Susunan lilitan ini memberikan penghematan pada tembaga dengan memberikan resistan stator dan kebocoran reaktans yang signifikan, karena panjang tiap lilitan hampir sama dengan panjang stator. Sehingga jalur alir fluks dalam konstruksi motor ini adalah.

Capture

Fluks stator dibagi dua sama besar, kemudian kendaraan bergerak ke depan, dan ketika bergerak memutar, roda bagian dalam mengurangi kecepatannya dan menaikkan slip, sedangkan roda bagian luar meningkatkan kecepatannya dan mengurangi slip. Konsekuensinya
adalah distribusi fluks di dua celah ruangan itu akan berubah, ketika total fluks tersambung konstan.
Kedua motor ini dapat berfungsi sebagai mesin dan perbedaan diferensial mekanis pada kendaraan konvensional. Motor AFI dua rotor dapat memberikan penghematan pada pemakaian tembaga (motor AFI-NN) atau penghematan pada besi (motor AFI-NS). Karena motor ini berada dan diletakkan di antara dua roda.

Tingkat Emisi Kendaraan Listrik

Kendaraan listrik hybrid (HEV), kendaraan listrik (HEV), kendaraan listrik hybrid plug-in (PHEVs) dan semua jenis kendaraan listrik murni (EVs) biasanya menghasilkan emisi yang lebih rendah bila dibandingkan dengan kendaraan konvensional yang ada saat ini. Cakupan emisi yang dibahas dalam artikel ini tidak hanya meninjau dari sisi kendaraannya saja, melainkan juga emisi dari hasil produksi dari kendaraan listrik itu sendiri. Ditinjau dari sisi produksi, manufaktur ataupun produsen mobil listrik tentunya akan menerima pasokan tenaga listrik dari pembangkit listrik yang tersambung pada suatu grid dan menyesuaikan kualitas tegangan yang diberikan terhadap spesifikasi kendaraan yang akan diproduksi.
Pada bahasan kali ini, penulis hanya mengestimasi total emisi karbon yang dihasilkan dari penggunaan mobil listrik yang memanfaatkan listrik dari grid dengan mengambil data emisi kendaraan listrik di dua puluh negara maju. Untuk kemudahan, fokus dituju hanya pada kendaraan listrik murni (EVs) dan emisi grid rata-rata nasional. Menurut DEFRA, yakni badan pemerintahan pengawas lingkungan, makanan dan hal yang berkaitan dengan pedesaan, emisi yang dihasilkan oleh kendaraan listrik yakni 70 gr CO2e/km dan apabila dikonversi ke dalam penggunaan energi adalah sebesar 211 Wh/km. 
Capture Grafik di atas menunjukkan tingkat emisi karbon yang dihasilkan dari kendaraan listrik di dua puluh negara yang berasal dari berbagai belahan dunia. Data pengujian sudah mencakup data emisi grid langsung, proses produksi kendaraan, emisi grid tidak langsung serta losses pada grid. Terlihat negara Indonesia masih memakai pembangkit dengan basis bahan bakar mayoritas menggunakan batu bara. Berikut adalah beberapa poin yang dapat diambil dari data pada grafik di atas : 

  • Inggris, Jerman, Jepang dan Italia memiliki tingkat emisi karbon yang layak. 
    Ketiga negara ini memiliki range tingkat emisi dari kendaraan listrik berkisar mulai dari 189-170 g CO2e/km. Sumber listrik diperoleh dari campuran antara suplai dari pembangkit dengan bahan bakar gas murni, batu bara, nuklir dan hidro. 
  • Perancis, Kanada dan Brazil memiliki tingkat emisi karbon yang sangat rendah.
    Dominasi dari pembangkit hidro di Kanada dan Brazil, juga pembangkit nuklir di Perancis, memberikan hasil berupa tingkat emisi yang rendah, yakni berkisar dari 89-115 g CO2e/km, dengan hanya 70 g yang diproduksi. 

PERBANDINGAN KENDARAAN BERBAHAN BAKAR MINYAK DENGAN KENDARAAN LISTRIK

Pada bahasan kali ini, dijelaskan beberapa variasi emisi yang berasal dari kendaraan listrik terhadap emisi yang berasal dari kendaraan berbahan bakar minyak di beberapa negara di dunia. Dengan melakukan perbandingan studi emisi, akan didapatkan referensi untuk melakukan langkah konkrit dalam menciptakan kondisi lingkungan yang sehat dan juga saling berkesinambungan. Asumsi kunci yang digunakan untuk perbandingan emisi pada artikel ini dalam bahasan kali ini adalah sebagai berikut :

  •  Emisi dari proses manufaktur dari kendaraan konvensional diasumsikan sebesar 40 g CO2e/km selama masa penggunaannya, nilai tersebut lebih rendah 60 persen kurang dari emisi dari kendaraan listrik karena total rekam manufaktur dan umur penggunaan yang lebih panjang.
  •  Intensitas karbon dari pembakaran bensin ialah sebesar 2.31 kg CO2e/liter dan untuk produksi bensin itu sendiri sebesar 0.46 kg CO2e/liter (DEFRA 2012). Kedua asumsi ini berlaku untuk bensin murni dengan tidak memperhitungkan sumber-sumber seperti campuran biofuel dan pasir tar.

Setelah beberapa asumsi di atas dibuat, dapat dilakukan proses reverse engineering dari kendaraan listrik setara dengan yang terdapat pada kendaraan bensin dari dua puluh negara yang ditinjau. Perhitungan hasil emisi kendaraan berbasis bahan bakar listrik meliputi biaya keenomian akan memberikan referensi untuk analisis dampak dari penggunaan mobil secara nyata.

Oleh : Atur Pambudi dan M Rasyid Aziz (Magatrika 2010)

Divisi Mesin Magatrika

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 )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ 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 )

Connecting to %s