ENERGI TERBARUKAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN

Pendahuluan

Indonesia adalah negera yang kaya akan sumber daya alamnya, terutama energi yang terdapat diindonesia. Energi pada dasarnya ada dua yaitu energi yang dapat diperbaharui dan energi yang tidak dapat diperbaharui. Energi yang dapat diperbaharui adalah energi yang tidak aka nada habisnya, misalnya : angin, air, dan lain-lain . sedangkan energi yang tidak dapat diperbaharui adalah energi yang akan habis, Misalnya : fosil, minyak, dan lain-lain. Energi yang paling banyak digunakan di indonesia adalah energi yang dihasilkan oleh bahan bakar fosil. Sedangkan energi ini akan segera habis. Sumber energi lain yang dapat digunakan untuk menggantikan energi yang dihasilkan dari bahan bakar fosil adalah sumber energi terbarukan khususnya energi angin.

Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan. Pasukan-pasukan Viking yang sangat ditakuti sekian ratus tahun yang lalu mempergunakan kapal-kapal layar kecil untuk menelusuri pantai-pantai eropa dari Skandinavia. Christoper Columbus masih memakai kapal layar besar di abad ke limabelas untuk menemukan benua amerika.

Sebagaimana diketahui, pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di daerah khatulistiwa yang panas, udaranya menjadi panas, mengembang menjadi ringan, naik keatas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin misalnya daerah kutub. Sebaliknya di daerah kutub yang dingin, udaranya menjadi dingin dan turun ke bawah. Dengan demikian terjadi suatu perputaran udara, berupa perpindahan udara dari kutub utara ke garis khatulistiwa menyusuri permukaan bumi, dan sebaliknya, suatu perpindahan udara dari khatulistiwa kembali ke kutub utara, melalui lapisan udara yang lebih tinggi. Perpindahan ini di sebut angin pasa. Selain angin pasa terdapat juga angin musim, angin pantai, angin local dan lain-lain.

Pada dasaarnya angin di gunakan untuk memutar kincir-kincir untuk proses irigasi, menggiling hasil panen, dan kadang-kadang digunakan sebagai sarana informasi. Apabila anggota keluarga pemilik kincir angin meninggal, maka posisi kincir angin menyimpang dari biasanya. Dan saat ini angin tidak hanya dimanfaatkan untuk keperluan diatas tetapi juga dimanfaatkan sebagai penghasil energi listrik. Angin merupakan salah satu sumber energi alternatif yang terbaharukan. Sumber energi angin dapat dimanfaatkan dengan cara mengubah energi tersebut ke dalam bentuk energi mekanik yang lebih berguna. Alat yang berfungsi untuk mengubah energi angin menjadi energi mekanik disebut turbin angin. Energi mekanik yang dihasilkan oleh turbin angin dapat digunakan untuk menggerakkan beban seperti generator listrik, pompa air, dan lain-lain.

Indonesia yang berada pada wilayah ekuator merupakan daerah pertemuan sirkulasi udara. Kondisi ini ditengarai memiliki potensi angin yang dapat dimanfaatkan untuk pengembangan energi terbarukan sebagai alternatif energi pembangkit. Dan Indonesia juga merupakan Negara kepulauan dengan 2/3 wilayahnya berupa lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yakni, 80.791,42 km, merupakan wilayah sumber energi angin terbesar. Indonesia berpotensi membangun pembangkit listrik tenaga angin untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. Beberapa lokasi di Indonesia merupakan ladang angin yang bisa digunakan untuk menghasilkan energi listrik hingga 900 megawatt. Saat ini proyek Wind Hybrid Power Generation(WHyPGen) telah memetakan potensi energi angin di 8 lokasi yang terdapat di daerah Nusa Tenggara Timur (NTT), Banten, Yogyakarta, Jawa Barat dan Bali.

B. Pembangkitan

1. Proses pembangkitan

Pembangkit listrik tenaga angin adalah pembangkit yang memanfaatkan embusan angin. Angin akan menggerakkan baling-baling yang akan menyebabkan generator alat utama pembangkit listrik ini menghasilkan listrik,

Secara sederhana, angin memiliki energy dimana energi potensial yang terdapat pada angin dapat memutar sudu-sudu yang terdapat pada kincir, dimana sudu-sudu itu terhubung dengan poros dan memutarkan poros yang telah terhubung dengan generator dan menimbulkan arus listrik. Didalam energy potensial angin sudah terdapat daya angina yang merupakan angina yang bergerak persatuan waktu sehingga daya angina dapat dirumuskan sebagai berikut:

Daya   = kerja/waktu

            = energy kinetic / waktu

            = ½ . m . v²/t

            = ½ . ( .A.d) V²/t

            = ½ . ρ . A. V² . (d/t)  dimana d/t = v

            = ½  . A.V³

Selain itu angin juga memiliki energy kinetik, energy kinetic sendiri itu adalah energy yang dimiliki oleh suatu benda akibat gerakannya.

Energy kinetic = kerja (W) = ½ mv²

Dimana :          m = massa dari benda yang bergerak

                        V = kecepatan dari benda yang bergerak

Angin yang menggerakkan sudu merupakan udara yang bergerak dan mempunyai massa, sehingga dapat ditulis sebagai berikut:

= berat jenis x volume =  x Ax d.    

turbin angin adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi angin menjadi energi mekanik. Meskipun masih terdapat susunan dan perencanaan yang beragam, biasanya turbin digolongkan ke dalam dua macam tipe (horizontal dan vertical). Turbin angin tipe horizontal adalah kincir dengan poros utama horizontal dan generator pembangkit listrik pada puncak menara. Turbin jenis ini mempunyai rotasi horizontal terhadap tanah (secara sederhana sejajar dengan arah tiupan angin).

Kelebihan turbin sumbu horizontal:

1.      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%.

2.      paling banyak digunakan  adalah turbin dengan sumbu x (axis) horizontal.

Kekurangan turbin sumbu horizontal:

1.      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.

2.      sulit dipasang, membutuhkan derek yang yang sangat tinggi dan mahal serta para operator yang tampil.

3.      Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-bilah yang berat, gearbox, dan generator.

4.      Dan lain-lain.

Gambar 1 kincir angin tipe horizontal

Turbin angina tipe vertical adalah turbin angin dengan poros vertical sepanjang menara dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros. Kendala penggunaan turbin angin adalah kondisi geografis pada suatu wilayah dimana kecepatan angin dan arah angin yang berubah-ubah sepanjang waktu. Oleh karena itu, turbin angin yang sesuai adalah turbin yang dapat menerima angin dari segala arah selain itu juga mampu megimbangi angin dalam kecepatan yang rendah yaitu turbin angin tipe vertical. Turbin ini memiliki efisiensi yang lebih kecil dibandingkan dengan turbin angin sumbu horizontal. Tetapi ada beberapa kelebihan yang dimiliki oleh turbin sumbu vertikal, antara lain : aman, mudah membangunnya, bisa dipasang tidak jauh dari tanah, dan lebih baik dalam menangani turbulensi angin, sehingga generator dan gearbox bias ditempatkan tidak jauh dari permukaan tanah, dan juga akan meringankan beban tower dan memudahkan dalam perawatan. Disamping itu keuntungan utama dari jenis kincir ini adalah satu bagian rotor bergerak dimana tidak ada mekanisme yaw yang diperlukan, yaitu sistem yang mengatur posisi baling-baling agar tetap menghadap angina secara frontal sehingga kincir dapat menangkap energi angin dari berbagai arah dengan demikian dalam pembuatannya akan lebih sederhana.

Ada beberapa jenis tipe turbin vertical yang sering digunakan diantaranya adalah  1). Tipe Savonius 2).Tipe Darrieus 3). Tipe H-Rotor.

a.       a.  Tipe Savonius VAWT seperti yang ditunjukkan pada gambar.2 dan gambar 3 dibawah ini, diciptakan oleh seorang insinyur Finlandia SJ Savonius pada tahun 1929. Kincir VAWT ini merupakan jenis yang paling sederhana dan menjadi versi besar dari anemometer. Kincir Savonius dapat berputar karena adanya gaya dorong dari angin, sehingga putaran rotorpun tidak akan melebihi kecepatan angin. Meskipun daya koefisien untuk jenis turbin angin bervariasi antara 30% sampai 45%, menurut banyak peneliti untuk jenis Savonius biasanya tidak lebih dari 25%. Jenis turbin ini cocok untuk aplikasi daya yang rendah dan biasanya digunakan pada kecepatan angin yang berbeda. (Savonius SJ. The S-Rotor and its applications : 1931)

Gambar 2 . prinsip kerja tipe Savonius VAWT

Gambar 3 Tipe Savonius VAWT

b.      b. Type Darrieus VAWT ditemukan oleh seorang insinyur Perancis George Jeans Maria Darrieus yang dipatenkan pada tahun 1931. Ia memiliki 2 bentuk turbin yang digunakan diantaranya adalah ‘‘Eggbeater/ Curved Bladed’’ dan ‘‘Straightbladed’’ VAWT. Sketsa dari kedua variasi konsep Darrieus ditunjukkan dalam gambar 3, 4 dan 5. Kincir angin Darrieus VAWT mempunyai bilah sudu yang disusun dalam posisi simetri dengan sudu bilah yang diatur relatif terhadap poros. Pengaturan ini cukup efektif untuk menangkap berbagai arah angin. Berbeda dengan Savonius, kincir angin Darrieus bergerak dengan memanfaatkan gaya angkat yang terjadi ketika angin bertiup. Bilah sudu turbin Darrieus bergerak berputar mengelilingi sumbu (Darrieus GJM. Turbine Having Its Rotating Shaft Transverse To The Flow Of The Current : 1931)

Gambar 4. Prinsip kerja type Darrieus VAWT

Gambar 5. Eggbeater/Curved Bladed Darrieus

VAWT.

c.       c. Type H-rotor ditunjukkan pada gambar 6, dikembangkan di Inggris melalui penelitian yang dilakukan selama 1970-1980an, diuraikan bahwa mekanisme yang digunakan pada pisau berbilah lurus (Straight-bladed) Darrieus VAWT tidak diperlukan, ternyata ditemukan bahwa efek hambatan yang diciptakan oleh sebuah pisau akan membatasi kecepatan aliran angin. Oleh karena itu, H-rotor akan mengatur semua kecepatan angin untuk mencapai kecepatan putaran optimalnya.

Gambar 6. H-Rotor – VAWT

Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir, selanjutnya putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik. Sebenarnya prosesnya tidak mudah, karena terdapat berbagai macam sub-sistem yang dapat meningkatkan keselamatan dan efisiensi dari turbin angin yaitu:

Gambar 7. Bagian-bagian turbin angin

1.      Gearbox

Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60.

2.      Brake System

Angin yang dating tidak dapat diprediksi oleh karena itu dipasangkan sebuah alat yang berfungsi untuk mengendalikan (mengamankan) generator saat terjadi angin kencang. Kemampuan generator sudah diatur dalam menghasilkan energy listrik yang maksimal. Kehadiran angin diluar diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini dapat merusak generator. Rem cepat : biasanya berada di poros cepat dekat generator, dapat difungsikan untuk membatasi laju putar yang kelewat tinggi yang dapat merusak sistem generator. Rem lambat : biasanya berada di depan gearbox dan dioperasikan secara manual, untuk menghentikan baling-baling pada saat dilakukan maintenace.

3.      Rotor turbin

Rotor turbin merupakan bagian yang berputar pada kincir angin, yang berupa baling-baling yang pada umumnya terdiri dari 3 sirip. Rotor turbin ini dihubungkan ke generator yang berfungsi untuk mengubah energi mekanik yang diperoleh dari embusan angin menjadi energi listrik.

4.      Generator

Generator adalah mesin yang berfungsi sebagai pengubah energi kinetik ke energi listrik.

5.      Penyimpan energi

Ketidak kontinuan energy angina sebagai penggerak utama baling-baling turbin angina, maka dibutuhkan sebuah alat yang dapat memback-up energy listrik. Sehingga ketika energy angina menurun(baling-baling tidak berputar) maka listrik akan dan masih tetap ada.

6.      Rectifier-Inverter

Rectifier adalah alat yang berfungsi untuk mengubah listrik AC menjadi listrik DC dan inverter adalah sebaliknya.

7.      Yaw system

Bagian yang mengatur posisi dari kincir angin agar selalu menghadap angin.

8.      Tower penyangga

Bagian penumpu semua komponen dari pembangkit listrik tenaga angin.

9.      Dan lain-lain.

2.      Kapasitas pembangkitan

Di tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800 kilowatt. Di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas masing-masing 80 kilowatt (kW) sudah dibangun. Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-masing satu unit. Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada tahun 2025.

Pembangkit listrik tenaga bayu yang sudah  dibangun bantul adalah salah satu pembangkit listrik yang tidak akan ada habisnya. PLTB bantul ini terdiri dari 33 unit kincir angin dan mempunyai jenis yang bermacam-macam. Yaitu turbin 1 kw sebanyak 28 unit, turbin 2,5 kw sebanyak 6 unit, turbin 10 kw sebanyak 2 unit, turbin 50 kw sebanyak 1 unit.

3.      Keandalan dan efisiensi

Umat manusia pasti mengenal dan tahu akan adanya angin dan jika difungsikan sebagai energi alternative maka umat manusia akan menerimanya, karena energy ini tidak seperti energi yang lain seperti fosil yang sangat membahayakan bumi karena polutan yang dihasilkannya berdampak buruk pada perubahan iklim. Energi ini adalah energi yang bersih dari pencemaran tidak seperti bahan bakar fosil selama ini. Misalnya, turbin angin tunggal 1-MW dapat menghemat sekitar 2.000 ton karbon dioksida dalam satu tahun.

Energi angin juga merupakan sumber energi terbarukan yang berarti tidak dapat habis seperti bahan bakar fosil. Energi angin yang tersedia di atmosfer lima kali lebih besar daripada konsumsi energi dunia saat ini. Potensi energi angin di darat dan dekat pantai sekitar 72 TW (tera watt) yang melebihi lima kali lebih banyak dari penggunaan energi dunia saat ini dalam segala bentuk. Dan setiap orang bisa membangun atau membeli turbin angin untuk memanfaatkan energi angin dan memenuhi kebutuhan energi di rumah sendiri.

4.      Keberlanjutan

Angin adalah energy yang dapat diperbaharui (tidak akan habis). Dan yang seperti kita ketahui bahwa Indonesia ini adalah Negara yang 2/3 wilayahnya adalah lautan maka angin yang ada diindonesia tidak akan ada habisnya. Indonesia kaya akan angin. jadi pembangkit listrik tenaga angin akan terus ada sepanjang masa.