Makalah Pemanfaatan Energi Angin Menjadi Energi Listrik
Pengertian Angin
Angin adalah udara yang bergerak karena adanya perbedaan tekanan di permukaan bumi ini.
Angin akan bergerak dari suatu daerah yang memiliki tekanan tinggi ke daerah yang
memiliki tekanan yang lebih rendah. Angin yang bertiup di permukaan bumi ini terjadi akibat
adanya perbedaan penerimaan radiasi surya, sehingga mengakibatkan perbedaan suhu udara.
Adanya perbedaaan duhu tersebut meyebabkan perbedaan tekanan, akhirnya menimbulkan
gerakan udara. Perubahan panas antara siang dan malam merupakan gaya gerak utama sistem
angin harian, karena beda panas yang kuat antara udara di atas darat dan laut atau antara udara
diatas tanah tinggi (pegunungan) dan tanah rendah (lembah) .
Karakteristik Angin
Untuk mengetahui berbagai macam karekteristik angin kita dapat melihat tabel skala Beaufort
beriktu ini :
Skala
Beaufort
Kategori
Satuan
dalam
km/jam
Satua
n
dalam
knots
Keadaan di daratan
Keadaan di lautan
0
Udara
Tenang
0
0
Asap bergerak secara
vertikal
Permukaan laut seperti kaca
1~3
Angin
lemah
≤ 19
≤ 10
Angin terasa di wajah;
daun-daun berdesir;
kincir angin bergerak
oleh angin
riuk kecil terbentuk namun
tidak pecah; permukaan
tetap seperti kaca
4
Angin
sedang
20~29
11~16
mengangkat debu dan
menerbangkan kertas;
cabang pohon kecil
bergerak
Ombak kecil mulai
memanjang; garis-garis buih
sering terbentuk
5
Angin
segar
30~39
17~21
pohon kecil berayun;
gelombang kecil
terbentuk di perairan di
darat
Ombak ukuran sedang; buih
berarak-arak
6
Angin
kuat
40~ 50
22~ 27
cabang besar bergerak;
siulan terdengar pada
kabel telepon; payung
sulit digunakan
Ombak besar mulai
terbentuk, buih tipis melebar
dari puncaknya, kadangkadang timbul percikan
7
Angin
ribut
51~ 62
28 ~33
pohon-pohon bergerak;
terasa sulit berjalan
melawan arah angin
Laut mulai bergolak, buih
putih mulai terbawa angin
dan membentuk alur-alur
sesuai arah angin
8
Angin
ribut
sedang
63~ 75
34~ 40
ranting-ranting patah;
semakin sulit bergerak
maju
Gelombang agak tinggi dan
lebih panjang; puncak
gelombang yang pecah
mulai bergulung; buih yang
terbesar anginnya semakin
jelas alur-alurnya
9
Angin
ribut kuat
76~ 87
41~ 47
kerusakan bangunan
mulai muncul; atap
rumah lepas; cabang yang
lebih besar patah
Gelombang tinggi terbentuk
buih tebal berlajur-lajur;
puncak gelombang roboh
bergulung-gulung; percikpercik air mulai
mengganggu penglihatan
10
Badai
88~ 102
48~ 55
jarang terjadi di daratan;
pohon-pohon tercabut;
kerusakan bangunan yang
cukup parah
Gelombang sangat tinggi
dengan puncak memayungi;
buih yang ditimbulkan
membentuk tampal-tampal
buih raksasa yang didorong
angin, seluruh permukaan
laut memutih; gulungan
ombak menjadi dahsyat;
penglihatan terganggu
11
Badai
kuat
103
~117
56~ 63
sangat jarang terjadiGelombang amat sangat
kerusakan yang menyebar tinggi (kapal-kapal kecil dan
luas
sedang terganggu pandangan
karenanaya), permukaan laut
tertutup penuh tampal
-tampal putih buih karena
seluruh puncak gelombang
menghamburkan buih yang
terdorong angin; penglihatan
terganggu
12+
Topan
³118
³64
Udara tertutup penuh oleh
buih dan percik air;
permukaan laut memutuh
penuh oleh percik-percik air
yang terhanyut angin;
penglihatan amat sangat
terganggu
Turbin Angin
Turbin angin merupakan suatu alat yang dapat digunakan untuk mengubah atau memanfaatkan
energi angin menjadi energi listrik. Proses pemanfaatan energi angin menggunakan turbin
angin dilakukan melalui dua tahapan konversi energi, pertama aliran angin akan
menggerakkan rotor (baling-baling) yang menyebabkan rotor berputar selaras dengan angin
yang bertiup, kemudian putaran dari rotor dihubungkan dengan generator, dari generator
inilah dihasilkan arus listrik. Jadi proses tahapan konversi energi bermula dari energi kinetik
angin menjadi energi gerak rotor kemudian menjadi energi listrik.
Listrik yang dihasilkan dari Sistem Konversi Energi Angin akan bekerja optimal pada siang hari
dimana angin berhembus cukup kencang dibandingkan dengan pada malam hari, sedangkan
penggunaan listrik biasanya akan meningkat pada malam hari. Untuk mengantisipasinya sistem
ini sebaiknya tidak langsung digunakan untuk keperluan produk-produk elektronik, namun
terlebih dahulu disimpan dalam satu media seperti baterai atau aki sehingga listrik yang
keluar besarnya stabil dan bisa digunakan kapan saja.
Syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat
dilihat seperti pada tabel berikut .
Klasifikasi angin pada kelompok 3 adalah batas minimum dan angin pada kelompok 8 adalah
batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Komponen Turbin Angin
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:
Sebuah cakram rem, yang dapat diterapkan dalam mekanik, listrik, hidrolik atau untuk
menghentikan rotor dalam keadaan darurat.
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.
Yaw drive:
yaw drive yang digunakan untuk menjaga rotor menghadap ke arah angin sebagai perubahan
arah angin.
Yaw motor:
kekuatan drive yaw
Potensi Energi Angin di Indonesia
Energi angin di Indonesia memiliki potensi yang sangat besar untuk dikembangkan sebagai
sumber energi terbarukan. Potensi ini bukan hanya pada besarnya nilai energi yang dapat
dihasilkan namun juga akan memberikan lapangan pekerjaan bagi masyarakat Indonesia. Dalam
beberapa tahun mendatang diperkirakan dapat menjadi sumber energi tumpuan bagi Indonesia.
Pada tahun 2006 lalu, Presiden mengeluarkan Dekrit Presiden Nomor 5 Tahun 2006 yang
berkaitan tentang Kebijakan Energi Nasional di tahun 2025 (lihat gambar).Dari keputusan
tersebut dapat terlihat bahwa Indonesia berusaha untuk mengurangi ketergantungan energi dari
sumber daya fosil yang semakin menipis.Namun skema pembagian energi ini pun masih terlihat
bahwa 83% sumber energi bergantung dari energi fosil (minyak, batubara, dan gas), hanya
sekitar 17% yang berasal dari sumber energi terbarukan termasuk energi angin (kurang lebih
1%).
Pada tahun 2011 Perusahaan Listrik Negara (PLN) memprediksikan pertumbuhan listrik di
Indonesia mencapai 5.500 MW pertahunnya. Angka tersebut sama dengan kapasitas total sebesar
100.000 MW pada tahun 2025 nanti.
Dengan skenario nasional perpaduan energi (energy mix) di atas, kebutuhan listrik yang
disediakan dari energi angin dapat diperkirakan sebesar 1000 MW pada tahun 2025.Sedangkan
menurut data World Wind Energi Association Report (WWEA 2010), kapasitas terpasang
pembangkit listrik tenaga angin di Indonesia sebesar 1,4 MW yang tersebar di Nusa Penida
(Bali), Bangka Belitung, Yogyakarta dan Pulau Selayar (Sulawesi Utara).
Jumlah tersebut belum mencapai angka yang signifikan untuk memenuhi skenario energy mix
2025. Artinya pemerintah harus berusaha keras untuk membangun Pembangkit Listrik Tenaga
Bayu dengan kapasitas total 1.000 MW hingga 13 tahun mendatang.
Jumlah ini bukanlah mustahil untuk dipenuhi jika kita melihat potensi energi angin yang tersebar
di seluruh pesisir nusantara. Indonesia yang memiliki total garis pantai mencapai 81.000 km
dengan kecepatan angin rata-rata 3-5 m/s, bahkan di beberapa tempat mencapai 10 m/s.
Kemudian dari data cetak biru (blue print) Energi Nasional departemen ESDM, total potensi
energi angin diperkirakan mencapai 9 GW. Angka ini merupakan suatu potensi besar jika dapat
dimanfaatkan untuk menuai energi angin demi terciptanya ketahanan energi nasional dalam
beberapa waktu ke depan.
Angin adalah udara yang bergerak karena adanya perbedaan tekanan di permukaan bumi ini.
Angin akan bergerak dari suatu daerah yang memiliki tekanan tinggi ke daerah yang
memiliki tekanan yang lebih rendah. Angin yang bertiup di permukaan bumi ini terjadi akibat
adanya perbedaan penerimaan radiasi surya, sehingga mengakibatkan perbedaan suhu udara.
Adanya perbedaaan duhu tersebut meyebabkan perbedaan tekanan, akhirnya menimbulkan
gerakan udara. Perubahan panas antara siang dan malam merupakan gaya gerak utama sistem
angin harian, karena beda panas yang kuat antara udara di atas darat dan laut atau antara udara
diatas tanah tinggi (pegunungan) dan tanah rendah (lembah) .
Karakteristik Angin
Untuk mengetahui berbagai macam karekteristik angin kita dapat melihat tabel skala Beaufort
beriktu ini :
Skala
Beaufort
Kategori
Satuan
dalam
km/jam
Satua
n
dalam
knots
Keadaan di daratan
Keadaan di lautan
0
Udara
Tenang
0
0
Asap bergerak secara
vertikal
Permukaan laut seperti kaca
1~3
Angin
lemah
≤ 19
≤ 10
Angin terasa di wajah;
daun-daun berdesir;
kincir angin bergerak
oleh angin
riuk kecil terbentuk namun
tidak pecah; permukaan
tetap seperti kaca
4
Angin
sedang
20~29
11~16
mengangkat debu dan
menerbangkan kertas;
cabang pohon kecil
bergerak
Ombak kecil mulai
memanjang; garis-garis buih
sering terbentuk
5
Angin
segar
30~39
17~21
pohon kecil berayun;
gelombang kecil
terbentuk di perairan di
darat
Ombak ukuran sedang; buih
berarak-arak
6
Angin
kuat
40~ 50
22~ 27
cabang besar bergerak;
siulan terdengar pada
kabel telepon; payung
sulit digunakan
Ombak besar mulai
terbentuk, buih tipis melebar
dari puncaknya, kadangkadang timbul percikan
7
Angin
ribut
51~ 62
28 ~33
pohon-pohon bergerak;
terasa sulit berjalan
melawan arah angin
Laut mulai bergolak, buih
putih mulai terbawa angin
dan membentuk alur-alur
sesuai arah angin
8
Angin
ribut
sedang
63~ 75
34~ 40
ranting-ranting patah;
semakin sulit bergerak
maju
Gelombang agak tinggi dan
lebih panjang; puncak
gelombang yang pecah
mulai bergulung; buih yang
terbesar anginnya semakin
jelas alur-alurnya
9
Angin
ribut kuat
76~ 87
41~ 47
kerusakan bangunan
mulai muncul; atap
rumah lepas; cabang yang
lebih besar patah
Gelombang tinggi terbentuk
buih tebal berlajur-lajur;
puncak gelombang roboh
bergulung-gulung; percikpercik air mulai
mengganggu penglihatan
10
Badai
88~ 102
48~ 55
jarang terjadi di daratan;
pohon-pohon tercabut;
kerusakan bangunan yang
cukup parah
Gelombang sangat tinggi
dengan puncak memayungi;
buih yang ditimbulkan
membentuk tampal-tampal
buih raksasa yang didorong
angin, seluruh permukaan
laut memutih; gulungan
ombak menjadi dahsyat;
penglihatan terganggu
11
Badai
kuat
103
~117
56~ 63
sangat jarang terjadiGelombang amat sangat
kerusakan yang menyebar tinggi (kapal-kapal kecil dan
luas
sedang terganggu pandangan
karenanaya), permukaan laut
tertutup penuh tampal
-tampal putih buih karena
seluruh puncak gelombang
menghamburkan buih yang
terdorong angin; penglihatan
terganggu
12+
Topan
³118
³64
Udara tertutup penuh oleh
buih dan percik air;
permukaan laut memutuh
penuh oleh percik-percik air
yang terhanyut angin;
penglihatan amat sangat
terganggu
Turbin Angin
Turbin angin merupakan suatu alat yang dapat digunakan untuk mengubah atau memanfaatkan
energi angin menjadi energi listrik. Proses pemanfaatan energi angin menggunakan turbin
angin dilakukan melalui dua tahapan konversi energi, pertama aliran angin akan
menggerakkan rotor (baling-baling) yang menyebabkan rotor berputar selaras dengan angin
yang bertiup, kemudian putaran dari rotor dihubungkan dengan generator, dari generator
inilah dihasilkan arus listrik. Jadi proses tahapan konversi energi bermula dari energi kinetik
angin menjadi energi gerak rotor kemudian menjadi energi listrik.
Listrik yang dihasilkan dari Sistem Konversi Energi Angin akan bekerja optimal pada siang hari
dimana angin berhembus cukup kencang dibandingkan dengan pada malam hari, sedangkan
penggunaan listrik biasanya akan meningkat pada malam hari. Untuk mengantisipasinya sistem
ini sebaiknya tidak langsung digunakan untuk keperluan produk-produk elektronik, namun
terlebih dahulu disimpan dalam satu media seperti baterai atau aki sehingga listrik yang
keluar besarnya stabil dan bisa digunakan kapan saja.
Syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat
dilihat seperti pada tabel berikut .
Klasifikasi angin pada kelompok 3 adalah batas minimum dan angin pada kelompok 8 adalah
batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Komponen Turbin Angin
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:
Sebuah cakram rem, yang dapat diterapkan dalam mekanik, listrik, hidrolik atau untuk
menghentikan rotor dalam keadaan darurat.
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.
Yaw drive:
yaw drive yang digunakan untuk menjaga rotor menghadap ke arah angin sebagai perubahan
arah angin.
Yaw motor:
kekuatan drive yaw
Potensi Energi Angin di Indonesia
Energi angin di Indonesia memiliki potensi yang sangat besar untuk dikembangkan sebagai
sumber energi terbarukan. Potensi ini bukan hanya pada besarnya nilai energi yang dapat
dihasilkan namun juga akan memberikan lapangan pekerjaan bagi masyarakat Indonesia. Dalam
beberapa tahun mendatang diperkirakan dapat menjadi sumber energi tumpuan bagi Indonesia.
Pada tahun 2006 lalu, Presiden mengeluarkan Dekrit Presiden Nomor 5 Tahun 2006 yang
berkaitan tentang Kebijakan Energi Nasional di tahun 2025 (lihat gambar).Dari keputusan
tersebut dapat terlihat bahwa Indonesia berusaha untuk mengurangi ketergantungan energi dari
sumber daya fosil yang semakin menipis.Namun skema pembagian energi ini pun masih terlihat
bahwa 83% sumber energi bergantung dari energi fosil (minyak, batubara, dan gas), hanya
sekitar 17% yang berasal dari sumber energi terbarukan termasuk energi angin (kurang lebih
1%).
Pada tahun 2011 Perusahaan Listrik Negara (PLN) memprediksikan pertumbuhan listrik di
Indonesia mencapai 5.500 MW pertahunnya. Angka tersebut sama dengan kapasitas total sebesar
100.000 MW pada tahun 2025 nanti.
Dengan skenario nasional perpaduan energi (energy mix) di atas, kebutuhan listrik yang
disediakan dari energi angin dapat diperkirakan sebesar 1000 MW pada tahun 2025.Sedangkan
menurut data World Wind Energi Association Report (WWEA 2010), kapasitas terpasang
pembangkit listrik tenaga angin di Indonesia sebesar 1,4 MW yang tersebar di Nusa Penida
(Bali), Bangka Belitung, Yogyakarta dan Pulau Selayar (Sulawesi Utara).
Jumlah tersebut belum mencapai angka yang signifikan untuk memenuhi skenario energy mix
2025. Artinya pemerintah harus berusaha keras untuk membangun Pembangkit Listrik Tenaga
Bayu dengan kapasitas total 1.000 MW hingga 13 tahun mendatang.
Jumlah ini bukanlah mustahil untuk dipenuhi jika kita melihat potensi energi angin yang tersebar
di seluruh pesisir nusantara. Indonesia yang memiliki total garis pantai mencapai 81.000 km
dengan kecepatan angin rata-rata 3-5 m/s, bahkan di beberapa tempat mencapai 10 m/s.
Kemudian dari data cetak biru (blue print) Energi Nasional departemen ESDM, total potensi
energi angin diperkirakan mencapai 9 GW. Angka ini merupakan suatu potensi besar jika dapat
dimanfaatkan untuk menuai energi angin demi terciptanya ketahanan energi nasional dalam
beberapa waktu ke depan.