Turbin angin adalah kincir angin
yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada
awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan
penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak
dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal
dengan Windmill. Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk
mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi
energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin.
Turbin angin terbagi dalam dua kelompok yaitu turbin sumbu
horisontal, turbin angin sumbu horisontal biasanya baik memiliki dua atau tiga
modul. Jenis lain yaitu turbin sumbu vertikal. Turbin ini berbilah tiga
dioperasikan melawan angin, dengan modul menghadap ke angin.
Cara kerja turbin angin
Awalnya energi angin memutar
turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan kipas angin (bukan
menggunakan listrik untuk menghasilkan listrik, namun menggunakan angin untuk
menghasilkan listrik). Kemudian angin akan memutar sudut turbin, lalu
diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin
angin. Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori
medan elektromagnetik, yaitu poros pada generator dipasang dengan material
ferromagnetik permanen. Setelah itu di sekeliling poros terdapat stator
yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk
loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi
perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks
ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus
listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk
akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan
oleh generator ini berupa AC (alternating current ) yang memiliki bentuk
gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan
kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan
Turbin skala utility
memiliki berbagai ukuran, dari 100 kilowatt sampa dengan beberapa megawatt.
Turbin besar dikelompokkan bersama-sama ke arah angin,yang memberikan kekuatan
massal ke jaringan listrik. turbin kecil tunggal, di bawah 100 kilowatt dan
digunakan pada rumah, telekomunikasi, atau pemompaan air. Turbin kecil
kadang-kadang digunakan dalam kaitannya dengan generator diesel, baterai dan
sistem fotovoltaik. Sistem ini disebut sistem angin hibrid dan sering digunakan
di lokasi terpencil di luar jaringan, di mana tidak tersedia koneksi ke
jaringan utilitas.
Komponen-komponen yang ada di dalam
turbin angin yaitu :
Tampak isi dari wind
turbine
Anemometer Mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan
angin ke pengontrol
Blades Kebanyakan turbin baik dua atau tiga pisau. Angin bertiup di atas menyebabkan
pisau pisau untuk mengangkat dan berputar.
Brake Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada
titik aman saat terdapat angin yang besar. Alat ini perlu dipasang karena
generator memiliki titik kerja aman dalam pengoperasiannya. Generator ini akan
menghasilkan energi listrik maksimal pada saat bekerja pada titik kerja yang
telah ditentukan. Kehadiran angin diluar diguaan akan menyebabkan putaran yang
cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini
dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih
diantaranya overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus
karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.
Komponen pembangkit listrik tenaga
angin
Controller Pengontrol mesin mulai dengan kecepatan angin sekitar 8-16 mil per jam (mph)
dan menutup mesin turbin sekitar 55 mph. tidak beroperasi pada kecepatan angin
sekitar 55 mph di atas, karena dapat rusak karena angin yang kencang.
Gear box Gears menghubungkan poros kecepatan
tinggi di poros kecepatan rendah dan meningkatkan kecepatan sekitar 30-60
rotasi per menit (rpm), sekitar 1000-1800 rpm, kecepatan rotasi yang diperlukan
oleh sebagian besar generator untuk menghasilkan listrik. gearbox adalah bagian
mahal (dan berat) dari turbin angin dan insinyur generator mengeksplorasi direct-drive yang beroperasi pada
kecepatan rotasi yang lebih rendah dan tidak perlu kotak gigi.
Generator Biasanya standar induksi generator yang menghasilkan listrik dari 60 siklus
listrik AC.
High-speed shaft Drive generator.
Low-speed shaft Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 rotasi
per menit.
Nacelle Nacelle berada di atas menara dan
berisi gear box, poros kecepatan
rendah dan tinggi, generator, kontrol, dan rem.
Pitch Blades yang berbalik, atau nada, dari
angin untuk mengontrol kecepatan rotor dan menjaga rotor berputar dalam angin
yang terlalu tinggi atau terlalu rendah untuk menghasilkan listrik.
Rotor Pisau dan terhubung bersama-sama disebut rotor
Tower Menara yang terbuat dari baja tabung (yang ditampilkan di sini), beton atau
kisi baja. Karena kecepatan angin meningkat dengan tinggi, menara tinggi
memungkinkan turbin untuk menangkap lebih banyak energi dan menghasilkan
listrik lebih banyak.
Wind direction Ini adalah turbin pertama”yang disebut karena beroperasi
melawan angin. turbin lainnya dirancang untuk menjalankan “melawan arah angin,”
menghadap jauh dari angin.
Wind vane Tindakan arah angin dan berkomunikasi dengan yaw drive untuk menggerakkan
turbin dengan koneksi yang
benar dengan angin.
Rincian
dalam turbin angin
Yaw drive Yaw drive yang digunakan untuk menjaga rotor
menghadap ke arah angin sebagai perubahan arah angin.
Yaw motor Kekuatan dari drive yaw.
Penyimpan
energi (Battery) Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak
sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik pun tidak
menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi sebagai
back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya listrik masyarakat
meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah sedang menurun, maka
kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi. Oleh karena itu
kita perlu menyimpan sebagian energi yang dihasilkan ketika terjadi kelebihan
daya pada saat turbin angin berputar kencang atau saat penggunaan daya pada
masyarakat menurun.
Jenis turbin angin ada 2, yaitu :
- Turbin angin sumbu horizontal
- Turbin angin sumbu tegak (misalnya turbin angin Darrieus)
Turbin angin
sumbu horizontal
Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki poros
rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling-baling angin (baling-baling cuaca) yang sederhana, sedangkan turbin berukuran besar
pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang digandengkan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gearbox yang mengubah
perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar.
Karena sebuah menara menghasilkan
turbulensi di belakangnya, turbin biasanya
diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar
mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai
tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan
sedikit dimiringkan.
Karena turbulensi menyebabkan kerusakan struktur
menara, dan realibilitas begitu penting, sebagian besar TASH merupakan mesin
upwind (melawan arah angin). Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin
downwind (menurut jurusan angin) dibuat karena tidak memerlukan mekanisme
tambahan agar mereka tetap sejalan dengan angin, dan karena di saat angin
berhembus sangat kencang, bilah-bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi
wilayah tiupan mereka dan dengan demikian juga mengurangi resintensi angin dari
bilah-bilah itu.
Kelebihan TASH
- Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat di tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara laju dan arah angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi. Di sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%.
Kelemahan TASH
- Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin.
- TASH yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang yang sangat tinggi dan mahal serta para operator yang tampil.
- Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-bilah yang berat, gearbox, dan generator.
- TASH yang tinggi bisa memengaruhi radar airport.
- Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan mengganggu penampilan lansekap.
- Berbagai varian downwind menderita kerusakan struktur yang disebabkan oleh turbulensi.
- TASH membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan kincir ke arah angin.
Turbin angin Darrieus30 m di Kepulauan Magdalen
Turbin angin sumbu vertikal/tegak (atau TASV)
memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama
susunan ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif.
Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat
bervariasi. VAWT mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah.
Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox
bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih
mudah diakses untuk keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain
menghasilkan tenaga putaran yang berdenyut. Drag (gaya yang
menahan pergerakan sebuah benda padat melalui fluida (zat cair atau gas) bisa
saja tercipta saat kincir berputar.
Karena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu
tegak sering dipasang lebih dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau
puncak atap sebuah bangunan. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinggian yang
rendah, sehingga yang tersedia adalah energi angin yang sedikit. Aliran udara
di dekat tanah dan obyek yang lain mampu menciptakan aliran yang bergolak, yang
bisa menyebabkan berbagai permasalahan yang berkaitan dengan getaran,
diantaranya kebisingan dan bearing wear yang akan meningkatkan biaya
pemeliharaan atau mempersingkat umur turbin angin. Jika tinggi puncak atap yang
dipasangi menara turbin kira-kira 50% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik
optimal bagi energi angin yang maksimal dan turbulensi angin yang minimal.
Kelebihan TASV
- Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.
- Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan mekanisme yaw.
- Sebuah TASV bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.
- TASV memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.
- Desain TASV berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya TASH.
- TASV memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada TASH. Biasanya TASV mulai menghasilkan listrik pada 10km/jam (6 m.p.h.)
- TASV biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat angin berhembus sangat kencang.
- TASV bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi dilarang dibangun.
- TASV yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan dari berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju angin (seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak bukit),
- TASV tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.
- Kincir pada TASV mudah dilihat dan dihindari burung.
Kekurangan TASV
- Kebanyakan TASV memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi TASH karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.
- TASV tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di elevasi yang lebih tinggi.
- Kebanyakan TASV mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.
- Sebuah TASV yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.
DAFTAR PUSTAKA
https://www.academia.edu/7806434/I._PEMBANGKIT_LISTRIK_TENAGA_ANGIN
http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin
http://www.slideshare.net/MochHikmatOctavian/kincir-angin
Tidak ada komentar:
Posting Komentar