Listrik Tenaga Angin
Berdasarkan data IEA Clean Coal Center (sampai Mei 2012) menunjukkan bahwa jumlah pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) didunia telah mencapai 2300 unit (7000 unit individu). Data ini secara tidak langsung juga menunjukkan bahwa konsumsi energi fosil dalam pemenuhan energi listrik sangat besar.
Saat ini telah ada pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai, seperti di daerah lepas pantai Cape Cod, Massachusetts,Amerika Serikat. Ladang angin lepas pantai memiliki masalah tersendiri yang dapat mengganggu pelaut dan kapal-kapal yang berlayar. Konstruksi tiang pembangkit listrik tenaga angin dapat mengganggu permukaan dasar laut. Hal lain yang terjadi dengan konstruksi di lepas pantai adalah terganggunya kehidupan bawah laut. Efek negatifnya dapat terjadi seperti di Irlandia, dimana terjadinya polusi yang bertanggung jawab atas berkurangnya stok ikan di daerah pemasangan turbin angin. Studi baru-baru ini menemukan bahwa ladang pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai menambah 80, 110 dB kepada noise frekuensi rendah yang dapat mengganggu komunikasi ikan paus dan kemungkinan distribusi predator laut. Namun begitu, ladang angin lepas pantai diharapkan dapat menjadi tempat pertumbuhan bibit-bibit ikan yang baru. Karena memancing dan berlayar di daerah sekitar ladang angin dilarang, maka spesies ikan dapat terjaga akibat adanya pemancingan berlebih di laut.
Penggunaan angin sebagai energi utama dalam pembangkitan energi listrik saat ini tentunya tidak lepas dari sejarah penggunaan angin dalam memenuhi kebutuhan hidup manusia.
Berikut akan adalah sejarah pengguanaan angin hingga akhirnya kini digunakan untuk membangkitkan energi listrik.
Sejak dahulu, orang telah memanfaatkan energi angin. Lebih dari 5.000 tahun yang lalu, orang Mesir kuno menggunakan angin untuk berlayar kapal di Sungai Nil. Kemudian, orang-orang membangun kincir angin untuk menggiling gandum dan biji-bijian.
Kata "Kincir Angin" awalnya dikenal di Persia (Iran). Kincir angin ini sendiri awalnya tampak seperti roda dengan dayung-dayung yang besar. Berabad-abad kemudian, orang-orang Belanda mengembangkan desain dasar dari kincir angin ini. Mereka membuat baling-baling berjenis pisau, namun masih berbentuk layar.
Desain Dasar Turbin Angin
Koloni Amerika menggunakan kincir angin untuk menggiling gandum dan jagung, memompa air, dan memotong kayu di pabrik kayu. Sampai akhir tahun 1920-an, Amerika menggunakan kincir angin kecil untuk menghasilkan listrik di daerah pedesaan tanpa layanan listrik. Namun ketika kabel listrik mulai mengalirkan listrik ke daerah-daerah pedesaan di tahun 1930-an, kincir angin lokal mulai jarang digunakan, meskipun kincir angin ini masih dapat dilihat pada beberapa peternakan di daerah barat.
Krisis minyak di tahun 1970-an mengubah gambaran energi bagi negara-negara dunia. Hal ini menciptakan minat tersendiri terhadap sumber-sumber energi alternatif, membuka jalan kembali bagi kincir angin untuk menghasilkan listrik. Di awal 1980-an, penggunaan energi angin benar-benar pesat di California, sebagian adalah karena kebijakan negara yang mendorong sumber energi terbarukan. Dukungan untuk pengembangan energi angin ini kemudian menyebar ke negara-negara lain. Disaat yang bersamaan, California telah menghasilkan lebih dari dua kali lipat energi angin dibandingkan dengan negara lain.
Proses Pembangkitan Energi Listrik Tenaga Angin (PLTB) Secara Umum
Adalah suatu pembangkit listrik dari energi angin merupakan hasil dari penggabungan dari beberapa turbin angin sehingga akhirnya dapat menghasilkan listrik. Cara kerja dari pembangkitan listrik tenaga angin ini yaitu 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 sudu-sudu turbin, lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator letaknya di bagian belakang turbin angin. Generator mengubah energi putar rotor menjadi energi listrik dengan prinsip hukum Faraday, yaitu bila terdapat penghantar didalam suatu medan magnet, maka pada kedua ujung penghantar tersebut akan dihasilkan beda potensial.
Sistem Elektrik Pembangkit Listrik Tenaga Bayu / Angin (PLTB)
Secara umum sistem kelistrikan dari PLTB dapat dibagi menjadi 2 yaitu kecepatan konstan dan kecepatan berubah. Keuntungan dari sistem kecepatan konstan (fixed-speed) adalah murah, sistemnya sederhana dan kokoh (robust). Sistem ini beroperasi pada kecepatan putar turbin yang konstan dan menghasilkan daya maksimum pada satu nilai kecepatan angin. Sistem ini biasanya menggunakan generator tak-serempak (unsynchronous generator), dan cocok diterapkan pada daerah yang memiliki potensi kecepatan angin yang besar. Kelemahan dari sistem ini adalah generator memerlukan daya reaktif untuk bisa menghasilkan listrik sehingga harus dipasang kapasitor bank atau dihubungkan dengan grid. Sistem ini rentan terhadap pulsating power menuju grid dan rentan terhadap perubahan mekanis secara tiba-tiba. Gambar berikut menunjukkan diagram skematik dari sistem ini.
Sistem PLTB Kecepatan Konstan (Fixed-Speed)
Selain kecepatan konstan, ada juga sistem turbin angin yang menggunakan sistem kecepatan berubah (variable speed), artinya sistem didesain agar dapat mengekstrak daya maksimum pada berbagai macam kecepatan. Sistem variable speed dapat menghilangkan pulsating torque yang umumnya timbul pada sistem fixed speed. Secara umum sistem variable speed mengaplikasikan elektronika daya untuk mengkondisikan daya, seperti penyearah (rectifier), konverter DC-DC, ataupun inverter.
 |
| Jenis-jenis sistem PLTB kecepatan berubah |
Syarat Angin Untuk PLTB
Tidak semua jenis angin dapat digunakan untuk memutar turbin pembangkit listrik tenaga bayu / angin. Untuk itu berikut akan dijelaskan klasifikasi dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik.
Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Secara umum kincir angin dapat di bagi menjadi 2, yaitu kincir angin yang berputar dengan sumbu horizontal, dan yang berputar dengan sumbu vertikal. Gambar E menunjukan jenis-jenis kincir angin berdasarkan bentuknya. Sedangkan gambar F menunjunkan karakteristik setiap kincir angin sebagai fungsi dari kemampuannya untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi putar turbin untuk setiap kondisi kecepatan angin. Dari gambar F dapat disimpulkan bahwa kincir angin jenis multi-blade dan Savonius cocok digunakan untuk aplikasi PLTB kecepatan rendah. Sedangkan kincir angin tipe Propeller, paling umum digunakan karena dapat bekerja dengan lingkup kecepatan angin yang luas.
 |
| Pembagian daerah kerja dari turbin angin |
Karakteristik Kerja Turbin Angin
Daerah kerja angin dapat dibagi menjadi 3, yaitu (a) cut-in speed (b) kecepatan kerja angin rata-rata (kecepatan nominal) (c) cut-out speed. Secara ideal, turbin angin dirancang dengan kecepatan cut-in yang seminimal mungkin, kecepatan nominal yang sesuai dengan potensi angin lokal, dan kecepatan cut-out yang semaksimal mungkin. Namun secara mekanik kondisi ini sulit diwujudkan karena kompensasi dari perancangan turbin angin dengan nilai kecepatan maksimal (Vcutoff) yang besar adalah Vcut dan Vrated yang relatif akan besar pula.
Penentuan kecepatan angin suatu daerah dapat juga dilakukan dengan menggunakan metode probalistik distribusi Weibull dalam mengolah kumpulan data hasil survey seperti yang diperlihatkan pada gambar dibawah ini.
 |
| Parameter Lokasi Distribusi Weibull |
Demikian sedikit penjelasan tentang sejarah kincir angin yang bisa penulis uraikan.
Tags
SERBA TEKNIK