Elektro KU UBB: Makalah Energi Angin

BAB I
PENDAHULUAN

Pengembangan energi alternative baru dan terbarukan sedang digalakan melalui kebijakan-kebijan pemerintah untuk mendorong dan memfasilitasi pemanfaatan sumber energi terbarukan. Dan juga untuk mengatasi krisis sumber energi dan pemanasan global yang di akibatkan dari penggunaan sumber energi fosil.

Energi terbarukan berasal dari proses alami dan kemungkinan tidak akan pernah habis. Energi terbarukan adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan energi dari sumber yang alami regenerasi dan, karenanya, hampir tak terbatas. Ini termasuk energi surya, energi angin, tenaga air, biomassa (berasal dari tumbuhan), energi panas bumi (panas dari bumi), dan energi laut. Energi terbarukan menggantikan bahan bakar konvensional dalam 4 bidang yang berbeda ;

*Pembangkit listrik

*Air panas/pemanas ruangan

*Bahan bakar transportasi

*Jasa energy pedesaan.

Peningkatan penggunaan energi terbarukan bisa mengurangi pembakaran bahan bakar fosil (batubara, minyak bumi, dan gas alam), menghilangkan polusi udara yang terkait dan emisi karbon dioksida, dan berkontribusi untuk kemandirian energi nasional dan keamanan ekonomi dan politik.

Masing-masing sumber energi alternatif memiliki kelebihan dan kekurangan, dan banyak pengamat berharap bahwa satu atau lebih dari mereka suatu hari nanti dapat memberikan sumber energi jauh lebih baik dibandingkan konvensional, metode pembakaran bahan bakar fosil.

Ada pun batasan masalah yang kami bahas dalam makalah ini kami lebih memfokuskan tentang pemanfaatan energi angin,prinsip kerja dari pemanfaatan energi angin, jenis-jenis turbin untuk energi angin,kekurangan dan kelebihannya, serta jenis turbin angin yang cocok dimanfaatkan di Bangka Belitung ini.

Dan tujuan kami membuat makalah ini pun adalah sebagai sarana untuk berbagi pengetahuan tentang energi terbarukan yang khususnya energi angin dan mengajak pembaca mengembangkan teknologi ini yang sebenarnya sangat cocok dimanfaatkan ditengah tengah panasnya konflik tentang kurangnya kebutuhan energi untuk masyarakat,terutama masyarakat masyarakat di daerah terpencil. Karena selain hemat pemanfaatan energy ini juga ramah lingkungan dan mungkin tidak akan pernah habis.

BAB II
PEMBAHASAN MATERI

v Prinsip kerja Energi Angin

Energi angin merupakan energi yang sangat fleksibel. Lain halnya dengan energi air, pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana mana baik di daerah dataran tinggi maupun di daerah landai, bahkan dapat diterapkan di laut.

Adapun prinsip dasar kerja dari pemanfaatan energi angin ini adalah mengubah energy dari angin menjadi enrgi putar pada kincir angin, lalu kincir angin digunakan untuk memutar generator yang akhirnya akan menghasilkan listrik.

Sebenernya prosesnya tidak semudah itu, karena terdapat berbagai macam sub-sisterm yang dapat meningkatkan safety dan efesiensi dari turbin angin, yaitu :

1) Gearbox : alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran tinggi.

2) Brake System : 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 dugaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini dapat merusak generator.

3) Generator : ini adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling 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.

4) Penyimpan Energi: 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. Penyimpanan energi ini diakomodasi dengan menggunakan alat penyimpan energy. Contoh dari alat ini adalah aki. Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini memerlukan catu daya DC(Direct Current) untuk meng-charge/mengisi energi, sedangkan dari generator dihasilkan catu daya AC(Alternating Current). Oleh karena itu diperlukan rectifier-inverter untuk mengakomodasi keperluan ini.

5) Rectifier-inverter: rectifier berarti penyearah. Rectifier dapat menyearahkan gelombang sinusodal(AC) yang dihasilkan oleh generator menjadi gelombang DC. Inverter berarti pembalik. Ketika dibutuhkan daya dari penyimpan energi(aki/lainnya) maka catu yang dihasilkan oleh aki akan berbentuk gelombang DC. Karena kebanyakan kebutuhan rumah tangga menggunakan catu daya AC , maka diperlukan inverter untuk mengubah gelombang DC yang dikeluarkan oleh aki menjadi gelombang AC, agar dapat digunakan oleh rumah tangga.

v Jenis jenis turbin Angin serta Kelebihan dan Kekurangannya

Para pelaku energy angin di dunia membagi turbin angin menjari 2 jenis berdasarkan posisi kerja porosnya, yaitu :

- Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) / Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT)

- Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) / Vertical Axis Wind Turbin (VAWT)

1. TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL

Turbin angin sumbu horizontal disingkat 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 atmosfir 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 mempengaruhi 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.

2. TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL

Turbin angin sumbu vertikal (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. TASV 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.

v Jenis Turbin Angin yang cocok untuk digunakan di Bangka Belitung

Pemanfaatan energi angin di Indonesia sangatlah langkah penyebabnya yaitu :

Ø Belum populernya teknologi dan pengetahuan ini.

Ø Arah angin di indonesia yang berubah ubah dan kecepatannya berfluktuasi.

Ø Kurang memiliki nilai ekonomis dimata masyarakat.

Sehubungan dengan kebutuhan energy di daerah Bangka Belitung ini sangatlah kurang, untuk itu ada baiknya juka menggunakan pemanfaatan energy angin ini. Selain hemat teknologi ini juga ramah lingkungan sangat cocok untk digunakan di Bangka Belitung dengan potensi angin yamg juga mendukung.

Kendala menggunakan turbin angin adalah kondisi geografis suatu wilayah dimana kecepatan angin dan arah angin berubah-ubah sepanjang waktu. Oleh karena itu, turbin angin yang sesuai adalah turbin angin yang dapat menerima angin dari segala arah,selain itu juga mampu mengimbangi angin dalam kecepatan yang rendah yaitu turbin angin sumbu vertical atau Vertical Axis Wind Turbine(VAWT).

Ada berbagai tipe VAWT yang sering digunakan diantaranya adalah;

- Tipe savonius

- Tipe darrieus

- Tipe h-rotor

Tipe savonius seperti yang ditunjukkan pada gambar 1 dan gambar 2, 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 gaya koefisien jenis turbin angin bervariasi 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.

Gambar 1 : Prinsip kerja tipe Savonius

Gambar 2 : Contoh tipe turbin kategori Savonius (kiri) tipe tiga stack Savonius VAWT (kanan) Helix S322 VAWT.

KINCIR ANGIN BILAH BERSIRIP

Dengan kincir ini energi angin yang diterima tergantung dari luas kolektor angin atau bilah dari kincir. Turbin angin rancangan ini dapat di aplikasikan di lokasi manapun yang mempunyai kecepatan dan arah angin yang berfluktuasi.sehinggga dapat membantu program pemerintah untuk ketersediaan listrik dan membantu kesejahteraan masyarakat. Teknologi ini adalah teknologi bersih , yang memanfaatkan sumber tenaga alami dan berwawasan lingkungan.

BAB III
PENUTUP

1. Kesimpulan

Ø Energi terbarukan adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan energi dari sumber yang alami regenerasi dan, karenanya, hampir tak terbatas dan juga tidak akan pernah habis.

Ø Energi angin merupakan energi yang sangat fleksibel. Lain halnya dengan energi air, pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana mana baik di daerah dataran tinggi maupun di daerah landai, bahkan dapat diterapkan di laut.

Ø Prinsip dasar kerja dari pemanfaatan energi angin ini adalah mengubah energy dari angin menjadi energi putar pada kincir angin, lalu kincir angin digunakan untuk memutar generator yang akhirnya akan menghasilkan listrik.

Ø Para pelaku energy angin di dunia membagi turbin angin menjari 2 jenis berdasarkan posisi kerja porosnya, yaitu :

- Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH)/ Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT)

- Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) / Vertical Axis Wind Turbin (VAWT)

Ø Turbin angin sumbuh vertikal ini lebih aman dan lebih efisien,sehingga dapat diterapkan di semua lokasi yang kecepatan dan arah anginnya yag berubah ubah seperti Bangka Belitung. Tipe ini juga mudah dibuat dengan bahan bahan yang mudah didapat dan relatif murah sehingga dapat diangkau oleh masyarakat menengah kebawah yang umumnya belum menikmati jaringan listrik.

Ø Teknologi ini merupakan teknologi yang bersih berwawasan lingkungan dan memanfaatkan sumber tenaga alami yang gratis serta manfaatnya adalah untuk pengembangan teknologi dan ilmu pengetahuan, membantu program pemerintah untuk ketersediaan listrik dan dapat meningkatkan kesejahteraan masyarakat.

2. Saran

Ø Pemanfaatan energy terbarukan ini harus dikerjakan oleh orang orang professional agar hasil yang dibuat lebih maksimal.

Ø Peralatan teknologi ini juga memerlukan perawatan yang rutin.

Ø Sehubungan dengan kurangnya kebutuhan energy di Bangka Belitung perlu dibuat teknologi seperti ini,.karena selain murah teknologi ini juga ramah lingkungan.

Ø Pembuatan teknologi ini bisa diterapkan di desa desa terpencil yang belum terjangkau oleh listrik.