Pembangkit Listrik Tenaga Angin

ASAL ENERGI ANGIN

Semua energi yang dapat diperbaharui dan bahkan energi pada bahan bakar fosil-kecuali energi pasang surut dan panas bumi-berasal dari Matahari. Matahari meradiasi 1,74 x 1.014 kilowatt jam energi ke Bumi setiap jam. Dengan kata lain, Bumi menerima 1,74 x 1.017 watt daya.

Sekitar 1-2 persen dari energi tersebut diubah menjadi energi angin. Jadi, energi angin berjumlah 50-100 kali lebih banyak daripada energi yang diubah menjadi biomassa oleh seluruh tumbuhan yang ada di muka Bumi.

Sebagaimana diketahui, pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan temperatur antara udara panas dan udara dingin. Daerah sekitar khatulistiwa, yaitu pada busur 0°, adalah daerah yang mengalami pemanasan lebih banyak dari Matahari dibanding daerah lainnya di Bumi.

Daerah panas ditunjukkan dengan warna merah, oranye, dan kuning pada gambar inframerah dari temperatur permukaan laut yang diambil dari satelit NOAA-7 pada Juli 1984. Udara panas lebih ringan daripada udara dingin dan akan naik ke atas sampai mencapai ketinggian sekitar 10 kilometer dan akan tersebar ke arah utara dan selatan.

Jika Bumi tidak berotasi pada sumbunya, maka udara akan tiba di kutub utara dan kutub selatan, turun ke permukaan lalu kembali ke khatulistiwa. Udara yang bergerak inilah yang merupakan energi yang dapat diperbaharui, yang dapat digunakan untuk memutar turbin dan akhirnya dapat menghasilkan listrik.

Energi kinetik dari angin dapat digunakan untuk menjalankan turbin angin, beberapa mampu memproduksi tenaga 5 MW. Tenaga keluaran adalah fungsi kubus dari kecepatan angin, maka turbin tersebut paling tidak membutuhkan angin dalam kisaran 5,5 m/d (20 km/j), dan dalam praktek sangat sedikit wilayah yang memiliki angin yang bertiup terus menerus. Namun begitu di daerah pesisir atau daerah di ketinggian, tersedia angin yang cukup konstan.

Pada tahun 2005 telah ada ribuan turbin angin yang beroperasi di beberapa bagian dunia, dengan perusahaan "utility" memiliki kapasitas total lebih dari 47.317MW. Kapasitas merupakan output maksimum yang memungkinkan dan tidak menghitung "load factor".

Ladang angin baru dan taman angin lepas pantai telah direncanakan dan dibuat di seluruh dunia. Ini merupakan cara penyediaan listrik yang tumbuh dengan cepat di abad ke-21 dan menyediakan tambahan bagi stasiun pembangkit listrik utama. Kebanyakan turbin yang digunakan menghasilkan listrik sekitar 25% dari waktu (load factor 25%), tetapi beberapa mencapai 35%. Load factor biasanya lebih tinggi pada musim dingin. Ini berarti bahwa turbin 5MW dapat memiliki output rata-rata 1,7MW dalam kasus terbaik.

TENAGA ANGIN

Tenaga angin dapat dimanfaatkan, misalnya untuk mendorong kapal layar, menggerakkan mesin atau untuk menghasilkan energi listrik (misalnya, kincir angin). Untuk menggerakkan kincir angin diperlukan kecepatan angin rata-rata 4 m/s dalam setahun. Di Indonesia kondisi ini dapat ditemukan di beberapa tempat di NusaTenggara.

Tenaga angin masih berada ditingkat bawah dari konsumsi energi energi di dunia. Tetapi karena bahan bakar utama (minyak bumi, batu bara, gas alam) sedikit demi sedikit akan habis, maka tenaga angin harus lebih banyak digunakan. Tenaga angin akan sangat penting artinya untuk negara-negara miskin karena kayu bakar pun menjadi semakin langka.

Di antara energi terbarui, tenaga angin dan tenaga air saat ini merupakan energi yang paling hemat biaya. 

 Kincir  dan turbin angin

 

MEKANISME TURBIN ANGIN

Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik ke unit penyalur listrik. Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan didistribusikan ke rumah-rumah, kantor, sekolah, dan sebagainya.

Turbin angin dapat memiliki tiga buah bilah turbin. Jenis lain yang umum adalah jenis turbin dua bilah.

Jadi, bagaimana turbin angin menghasilkan listrik? Turbin angin bekerja sebagai kebalikan dari kipas angin. Bukannya menggunakan listrik untuk membuat angin, seperti pada kipas angin, turbin angin menggunakan angin untuk membuat listrik.

Angin akan memutar sudut turbin, kemudian memutar sebuah poros yang dihubungkan dengan generator, lalu menghasilkan listrik. Turbin untuk pemakaian umum berukuran 50-750 kilowatt. Sebuah turbin kecil, kapasitas 50 kilowatt, digunakan untuk perumahan, piringan parabola, atau pemompaan air.

 

JENIS TURBIN ANGIN

Dalam perkembangannya, turbin angin dibagi menjadi jenis turbin angin propeler dan turbin angin Darrieus. Kedua jenis turbin inilah yang kini memperoleh perhatian besar untuk dikembangkan.

Turbin angin propeler adalah jenis turbin angin dengan poros horizontal seperti baling- baling pesawat terbang pada umumnya. Turbin angin ini harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang paling tinggi kecepatannya.

Gambar Turbin Angin Propeler

Kecepatan angin diukur dengan alat yang disebut anemometer. Anemometer jenis mangkok adalah yang paling banyak digunakan. Anemometer mangkok mempunyai sumbu vertikal dan tiga buah mangkok yang berfungsi menangkap angin.

Jumlah putaran per menit dari poros anemometer dihitung secara elektronik. Biasanya, anemometer dilengkapi dengan sudut angin untuk mendeteksi arah angin. Jenis anemometer lain adalah anemometer ultrasonik atau jenis laser yang mendeteksi perbedaan fase dari suara atau cahaya koheren yang dipantulkan dari molekul-molekul udara.

 

 Gambar Turbin Angin Darrieus

Turbin angin Darrieus merupakan suatu sistem konversi energi angin yang digolongkan dalam jenis turbin angin berporos tegak. Turbin angin ini pertama kali ditemukan oleh GJM Darrieus tahun 1920.

Keuntungan dari turbin angin jenis Darrieus adalah tidak memerlukan mekanisme orientasi pada arah angin (tidak perlu mendeteksi arah angin yang paling tinggi kecepatannya) seperti pada turbin angin propeler.

Di Indonesia telah mulai dikembangkan proyek percontohan baik oleh lembaga penelitian maupun oleh pusat studi beberapa perguruan tinggi. Proyek ini perlu memperoleh perhatian dari pihak yang terkait untuk dikembangkan karena membutuhkan riset yang cukup intensif mengenai kecepatan angin, lokasi penempatan turbin angin, serta cara untuk mengatur pembebanan turbin yang tidak merata. Misalnya pada malam hari angin cukup kencang, sedangkan pada pagi dan siang hari kecepatan angin turun sehingga harus ada mekanisme penyimpanan energi serta mekanisme untuk menstabilkan fluktuasi tegangan listrik yang dihasilkan.

 

DATA NYATA 

Diagram dibawah  memperlihatkan adalah sumber tenaga yang berubah-ubah. Diagram memperlihatkan hasil sebuah turbin dengan kapasitas pembangkit dari dua ratus kilowatt selama sebulan.

Hasilnya berbeda-beda, dalam minggu terbaik hanya dapat menghasilkan delapan puluh kilowatt.

Meskipun demikian dibeberapa bagian dunia ada angin yang berhembus pada waktu-waktu yang tetap dalam setahun dan turbin angin memang memanfaatkan angin tersebut.

Walaupun tenaga angin berubah-ubah dan kelebihan angina sukar disimpan, tetapi penggunaannya tetap bermanfaat karena setiap kali kita menggunakan tenaga angin, kita menghemat bahan bakar fosil (minyak bumi, gas alam, batu bara) yang berharga.

            Amerika Serikat telah menjadi salah satu produsen energi angin terkemuka beberapa pemerintah Negara bagian memberikan keringanan pajak pada orang-orang yang membangun turbin angin atau menenemkan modal dalam kumpulan turbin angin. 

            Inggris mempunyai turbin angin yang besar yang ditempatkan di kepulauan Orkney, salah satu tempat didunia dengan angin terbanyak. Para insinyur inggris juga tertarik untuk membangun kumpulan turbin angin di laut.

            Swedia mempunyai beberapa turbin angin. Dua jenis turbin besar sejenis 2 s telah dibangun sebagai suatu eksperimen, turbin-turbin itu sedang dalam penelitian untuk mementukan yang mana yang terbaik.

            Jerman Barat mempunyai turbin angin terbesar di eropa. Jenis Growian mempunyai daun rotor yang berdiameter 100 meter. Growian berarti proyek angin besar.

           Jepang membangun turbin-turbin angin kecil dalam jumlah yang banyak untuk membangkitkan listrik dan untuk pemanasan di daerah-daerah yang terpencil. Menggunakan turbin-turbin kecil jauh lebih murah daripada mengalirkan listrik dari jaringan utama ke daerah semacam itu.

          Republic Rakyat Cina (RRC) telah banyak mendirikan turbin angin kecil, sedangkan tetangganya Mongolia menggunakan turbin-turbin yang dapat dibawa ke mana-mana. Turbin-turbin ini memberikan tenaga untuk penerangan, pagar listrik dan bahkan dipakai untuk minuman panas oleh para pengembala yang berpindah-pindah.

Bagian - Bagian Turbin Angin

a)      Nacelle : merupakan elemen utama karena berfungsi melindungi elemen – elemen vital seperti  gearbox dan electrical generator. Dapat dikatakan nacelle ini sebagai badan pembungkusnya. Di depan nacelle terdapat turbin, rotor blade, dan hub.

b)      Rotor Blade : merupakan elemen yang berfungsi untuk menangkap energi angin dan energi yang diperoleh akan di transfer melalui hub. Untuk kincir angin modern dengan kapasitas daya 600kW, panjang dari  rotor blade mencapai 20 meter (66 feet) dan umumnya di desain seperti desain sayap pesawat terbang.

c)      Hub : Dihubungkan dengan low speed shaft dari kincir angin itu sendiri.

d)      Low Speed Shaft : elemen ini menghubungkan antara rotor hub dengan gearbox. Pada kincir angin dengan kapasitas daya 600 kW, kecepatan dari rotor relatif rendah yaitu sekitar 19 – 30 rotasi per menit (RPM). Elemen shaft mengandung pipa yang berfungsi sebagai system hidrolik dari kincir untuk mengaktifkan pengereman aerodinamis (aerodynamic brakes).

e)      Gearbox :  memiliki low speed shaft pada saat ke arah kiri dan mengakibatkan high speed shaft berputar lebih cepat ke arah kanan dengan besar 50 kali lebih cepat.

f)        High Speed Shaft :  berputar dengan kecepatan sekitar 1500 RPM untuk kemudian membangkitkan generator. Elemen ini diperlengkapi dengan mechanical disk brake yang digunakan untuk mengatasi kegagalan pengereman aerodinamis atau pada saat turbin sedang diperbaiki.

g)      Electrical Generator : mempunyai nama lain generator induksi atau generator asinkron. Pada kincir angin yang modern daya listrik maksimum yaitu sekitar 500 – 1500 kW.

h)      Electronic Controller :  berfungsi untuk memonitor keadaan dari kincir angin guna menjaga bila terdapat kesalahan seperti gearbox ataupun rotor yang kepanasan. Secara otomatis kincir akan berhenti berputar dan segera menghubungi petugas operator melalui modem link.

i)        Cooling Unit : instrumen yang terdapat pada cooling unit yaitu kipas elektris yang berfungsi untuk mendinginkan  electrical generator. Selain kipas juga terdapat oil cooling unit yang berfungsi untuk mendinginkan gearbox. Pada beberapa jenis kincir terdapat juga instrumen water – cooled generator.

j)        Tower : merupakan bagian yang vital karena berfungsi menyangga turbin angina itu sendiri. Pada kincir angin modern tinggi tower biasanya mencapai 40 – 60 meter. Tower dapat dibedakan menjadi bentuk tubular seperti gambar di atas dan bentuk lattice. Keuntungan dari bentuk tubular yaitu aman sedang untuk lattice mempunyai biaya yang murah.

k)      Anemometer and wind vane : anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan dan arah angin, sinyal elektronis dari anemometer ditangkap oleh electronic controller yang kemudian digunakan untuk memulai memutar kincir. Kincir akan berputar jika kecepatan angin paling tidak  5 m/s atau 10 knots dan akan berhenti secara otomatis pada kecepatan 25 m/s atau 50 knots. Ini dilakukan untuk melindungi turbin dan lingkungan sekitar.

 

Untuk Gambar Lebih Dekatnya

Referensi

Cross, Mike. Energi Masa Kini “Tenaga Angin”. PT Pradnya Paramita : Jakarta. 1987.
www. ewea. org
Safarudin, Mochamad. Artikel Koran Kompas. “Turbin Angin sebagai Alternatif Pembangkit Listrik”.