Mengenal Teknologi Wind Turbine Saat Ini

redaksi
Mengenal Teknologi Wind Turbine Saat Ini
Wind Turbine

Apa itu wind turbine?

Bicara soal energi berarti bicara teknologi. Energi yang berasal dari pemanfaatan angin masuk dalam kategori unik. Pasalnya teknologi turbin angin (wind turbine) merupakan teknologi yang ramah lingkungan, bersih, bebas polusi, memiliki cost operasional yang murah, meski di awal investasi terkesan agak mahal. Pemanfaatan energi angin di dunia saat ini sudah mencapai sekitar 20% dari total potensi angin dunia seperti di Eropa, Cina, USA, Jepang, India dan negara lainnya. Di samping metodenya sederhana, penentuan arah angin beserta kecepatan angin pun dapat dilakukan dengan alat sederhana. Lebih-lebih dunia modern saat ini, sudah memiliki alat canggih untuk menentukan kecepatan dan arah angin, sehingga tidak kesulitan mencari daerah yang kecepatan anginnya dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi.

Berapa kecepatan angin yang dapat menggerakkan sebuah wind turbine? Menurut berbagai sumber akurat, kecepatan angin rata-rata yang dapat dimanfaatkan menggerakkan wind turbine hingga menghasilkan energi kinetik untuk menggerakkan generator yang menghasilkan listrik adalah kecepatan angin antara 5 m/s sampai dengan 8 m/s atau lebih. Jika kecepatan angin berada di bawah kisaran tersebut atau kecil dari 5 m/s, maka energi listrik yang dihasilkan pun kecil. Kecepatan rata-rata tersebut diambil guna menghasilkan listrik untuk pemakaian secara massal atau untuk kebutuhan industri dengan pasokan listrik yang besar.

Soal teknologi, peneliti saat ini sudah melakukan berbagai penelitian dan pengembangan. Terbukti dengan adanya 20% lebih pemanfaatan angin untuk energi listrik. Sederhananya hanya dengan sebuah kincir angin dan sebuah dinamo motor sudah dapat menghasilkan energi listrik. Ini hanyalah penyederhanaan saja. Pada prakteknya, akan melibatkan berbagai pihak pakar/ahli di bidang masing-masing. Baik itu bidang electrical engineering, civil engineering, mechanical engineering, bahkan robotic engineering, dan ilmu lainnya.

Bagian-bagian Wind Turbine

Di Indonesia kita sudah diperkenalkan wind turbine yang dipasang di daerah Sulawesi Selatan. Kincir angin ini dipasang dengan 3 bilah kincir angin. Hanya saja secara umum wind turbine memiliki komponen utama penyusunnya, yaitu kincir angin dan bilah, gear box, brake system, generator, penyimpan energi, tower dan struktur bangunan, dan kontrol sistem.

Kincir angin dan Bilah

Angin dengan kecepatan rata-rata minimal 5 m/s atau lebih menggerakkan kincir angin dan berputar menghasilkan energi kinetik. Bilah kincir angin yang digunakan umumnya saat ini adalah kincir angin  dengan 3 bilah, baik untuk jenis/Tipe wind turbine darat atau onshore wind turbine: horizontal wind turbine maupun offshore wind turbine: Floating wind turbine (vertical). Namun, studi di Jepang mengungkapkan adanya jenis wind turbine secara vertikal dengan (minimal) 3 bilah yang berdiri vertikal. Kincir angin beserta bilah, untuk jenis horizontal biasanya terbuat dari material ringan yang biasanya menggunakan fiberglass reinforce plastics/FRP. Sedangkan untuk pangkal bilah tetap menggunakan logam besi/baja yang dirancang sedemikian rupa sehingga tetap ringan dalam kondisi angin kecil.

Gear Box

Energi kinetik angin telah menggerakkan kincir angin dan berputar dengan kecepatan yang dibutuhkan lalu ditransfer menggunakan shaft (sumbu) menuju gear box yang berfungsi mengatur putaran agar lebih cepat dengan beberapa roda gigi.

Brake System

Agar putaran yang akan ditransfer ke generator tidak melebihi kecepatan yang diijinkan, maka brake system berfungsi memperlambat putaran sehingga generator berjalan sesuai fungsinya secara optimal.

Generator

Generator terdiri dari kumparan-kumparan kawat dan magnet yang jika berputar sedemikian rupa akan menghasilkan arus listrik. Generator berputar akibat adanya energi kinetik yang masuk ke dalam generator sehingga dapat berputar sebagaimana mestinya. Energi kinetik (putaran) berubah menjadi energi listrik dalam kecepatan putaran tertentu.

Battery

Baterai berfungsi menyimpan energi sebelum ditransfer ke tujuan berikutnya yaitu perumahan dan industri. Baterai juga berfungsi sebagai cadagan energi untuk kebutuhan unit control pada wind turbine itu sendiri.

Sistem Kontrol

Sistem kontrol terdiri atas serangkaian alat elektronik yang dirancang khusus sebagai pengontrol aktivitas wind turbine saat beroperasi baik dalam keadaan normal, maupun darurat atau di luar kendali. Sistem kontrol juga membantu operasional agar lebih mudah dan menghemat biaya resiko kerusakan.

Tower

Tower atau Menara merupakan bagian dari struktur bangunan terbuat dari besi/baja yang berfungsi untuk meletakkan posisi kincir angin agar mendapatkan angin yang lebih cepat sehingga dapat menghasilkan daya listrik yang optimal. Semakin tinggi tower, maka kincir angin akan semakin cepat berputar. Selain ketinggian wilayah, ketinggian Menara kincir angin juga mempengaruhi kecepatan putar.

Struktur bangunan

Untuk land base, wind turbine menggunakan struktur bangunan layaknya untuk kebutuhan darat. Namun, untuk offshore, struktur bangunan akan lebih komplek dengan mempertimbangkan buoyancy dan pengaruh gelombang laut terhadap keseimbangan bangunan.

 

Generasi wind turbine dan kapasitas listrik yang dihasilkan

Kapasitas listrik yang dihasilkan wind turbine era modern ini sudah signifikan menghasilkan listrik untuk kebutuhan manusia. Bila dilihat dari sejarahnya, di Amerika telah dimulai proyek pembangkit listrik tenaga angin sejak tahun 1980 untuk kebutuhan komersil. Teknologi saat itu pun sudah sangat modern di eranya. Sebut saja wind turbine dengan merk Altamont Pass, CA Kenetech 56-100kW 17m Rotor adalah generasi pertama wind turbine bertipe horizontal axis wind turbine. Tipe ini menghasilkan daya sebesar 50 kW sampai dengan 100 kW dengan diameter rotor 17 meter, serta digunakan secara komersil mulai 1980, 1985 sampai 1990.

Pada  awal tahun 1990 mulai digantikan dengan Generasi ke-2 yaitu Altamont Pass, CA Kenetech 33-330kW dengan rotor berdiameter 33 meter. Tipe ini menghasilkan daya sebesar 330kW dan 500kW, dan digunakan secara komersil. Lalu menjelang tahun 2000, lahirlah generasi ke-3 dengan nama Buffalo  Ridge, MN Zond  Z-750kW dengan diameter Rotor 46 meter, dapat menghasilkan daya sebesar 750kW listrik. Awal tahun 2005, Amerika telah mengembangkan generasi ke-4 yaitu Hagermar, ID  GE 1.5 GW dengan diameter rotor 77 meter.

Generasi berikutnya adalah Medicine Bow, WY Clipper 2.5 GW dengan rotor berdiameter 93 meter. Sebelum tahun 2015, Amerika mengembangkan wind turbine generasi ke-6 untuk sektor offshore yaitu Arklow, Scotland GE 3.6 GW berdiameter 104 meter rotor digunakan untuk menjangkau angin di sekitar pantai atau offshore untuk menghasilkan energi listrik sebesar 3.6 GW sampai 5 GW keatas.

 

Kapasitas wind turbine pada masa awal

Sebenarnya bila dilihat dari sejarah klasik pemanfaatan angin, sudah ada sejak zaman kerajaan Persia, bahkan kerajaan Babylonia dan Mesir, walaupun fungsi dan penggunaannya berbeda-beda. Pada masa itu, penggunaan angin untuk memutar kincir yang digunakan untuk mengolah bahan makanan atau irigasi. Lalu perkembangan dunia membuat fungsi itu kemudian berubah.

Pada tahun 1988 di Amerika, diujicoba penggunaan wind turbine dengan kapasitas hanya 12 kW dengan diameter rotor sebesar 17 meter. Mesin wind turbine ini diujicobakan oleh Charles Brush dimana kincir anginnya tidak sama dengan yang ada saat ini, poliblade. Pengembangan itu terus dilakukan ke tahun berikutnya yang dilanjutkan oleh perusahan listrik Lewis di New York pada tahun 1890-an. Kemudian, pada tahun 1920an s.d 1950an mulai digunakan kincir angin berbilah dua atau tiga dengan tipe horizontalaxis.

 

Daftar referensi:

  1. https://www.norwayexports.no/
  2. https://www.energy.gov/eere/next-generation-wind-technology
  3. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/horizontal-axis-wind-turbine
  4. https://www.windpowerengineering.com/vertical-axis-wind-turbines-vs-horizontal-axis-wind-turbines/
  5. https://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbine
  6. https://www.windpowermonthly.com/technology
  7. http://ejurnal.bppt.go.id/digilib/sampul/9781119975441.pdf
  8. https://www.researchgate.net/publication/310766589_WIND_ENERGY_TECHNOLOGY_TRENDS
  9. http://web.mit.edu/windenergy/windweek/Presentations/Wind%20Energy%20101.pdf
  10. https://www.nrel.gov/docs/fy08osti/43374.pdf
  11. www.drømstørre.dk

 

Andri Rezeki, S.T.

Pemerhati Energi Baru Terbarukan

#kincir   #angin   #ebt   #wind   #turbine   #