Perhitungan Pembangkit Listrik Tenaga An (1)
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN MENGGUNAKAN TURBIN ANGIN
SIEMENS SWT-2.3-108
Ditujukan untuk memenuhi tugas ke-2 mata kuliah Teknik Konversi Energi
yang diampu oleh
Ir. Ratna Budiawati, M.A
Oleh :
PUGUH UTOMO
NRP. 0414040002
DANA HARTONO
NRP. 0414040006
DIAN ARGA PUTRA
NRP. 0414040019
PROGRAM STUDI D4 TEKNIK KELISTRIKAN KAPAL
JURUSAN TEKNIK KELISTRIKAN KAPAL
POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA
SURABAYA
2017
1
BAB I
PENDAHULUAN
Menurut data Statistik Ketenagalistrikan tahun 2015, konsumsi energi listrik per kapita
Indonesia terus mengalami kenaikan yang cukup signifikan. Kenaikan konsumsi tersebut ratarata sebesar 4,25 % pertahun terhitung sejak tahun 2011 hingga tahun 2015. Disisi lain rasio
elektrifikasi Indonesia juga terus mengalami kenaikan sebesar 3,8 % pertahun terhitung sejak
tahun 2011 hingga tahun 2015. Rasionya sebesar 88,3 % pada tahun 2015 dan termasuk yang
terendah kedelapan di Asia Tenggara. Guna meningkatkan rasio tersebut, pemerintah
Indonesia terus melakukan pembangunan pembangkit-pembangkit listrik baru baik yang
menggunakan energi primer fosil maupun energi terbarukan. Penggunaan energi fosil seperti
batu bara dan gas alam masih dominan dibandingkan dengan energi terbarukan,
prosentasenya mencapai 88 %. Energi fosil merupakan energi yang tidak dapat diperbarui
jumlahnya, dan saat ini cadangannya terus mengalami penurunan.
Apabila konsumsi energi fosil untuk pembangkit listrik terus dilakukan suatu saat
dapat dipastikan Indonesia akan mengalami krisis energi listrik. Oleh karena itu perlu adanya
upaya optimalisasi pemanfaatan energi terbarukan sebagai sumber energi listrik saat ini. Salah
satu energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan adalah energi bayu atau angin. Menurut
kajian Direktorat Jenderal EBTKE BPPT tahun 2016 , sumber potensi energi angin mencapai
970 MW, namun hingga tahun 2015 pemanfaatanya tidak lebih dari 0,11% atau hanya
sebesar 1,12 MW saja. Seiring dengan berjalannya waktu dan kebutuhan energi listrik ,
pembangunan pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) terus dilakukan, hal ini dapat terlihat
dari meningkatnya kapasitas terpasang PLTB dari yang semula 0.93 MW pada 2011menjadi
1.12 MW pada 2015. Baru-baru ini pemerintah melalui Kementerian ESDM juga meresmikan
pembangkit listrik tenaga bayu terbesar di Indonesia. Kapasitasnya mencapai 50MW, PLTB
ini dibangun di wilayah pantai Samas Daerah Istimewa Yogyakarta. Pada dasarnya
PLTB,merupakan pembangkit listrik yang sederhana setiap orang bisa membuatnya untuk
kebutuhan sendiri dirumah. Hal ini dikarenakan konstruksi dan mekanisme kerjanya yang
sederhana tidak seperti PLTU yang membutuhkan perangkat yang kompleks untuk
menghasilkan energi listrik. Oleh sebab itu dalam tugas ini akan dijelaskan mengenai
teknologi dan prinsip kerja pembangkit listrik tenaga angin, komponen-komponen yang
digunakan dan perhitungan-perhitungan terkait dengan energi listrik yang dihasilkan.
2
BAB II
TEKNOLOGI KONVERSI ENERGI ANGIN MENJADI ENERGI LISTRIK
2.1 Skema dan Mekanisme Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Gambar 1 Skema Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Berdasarkan gambar skema diatas dapat diketahui bahwa pembangkit listrik tenaga
angin terdiri dari beberapa komponen utama dan tambahan yaitu turbin angin, gearbox,
generator AC,perangkat elektronika daya, transformator penaik tegangan (Step Up), dan
sistem distribusi/transmisi energi listrik. Bagian-bagian tersebut berperan penting dalam
proses pembangkitan energi listrik hingga penyaluran ke pusat-pusat beban. Secara umum
proses pembangkitan energi listrik diawali dari proses konversi energi kinetik angin
menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin. Putaran poros tersebut kemudian
dilipatgandakan menggunakan gearbox, tujuannya agar putaran disisi poros generator
(rotor) mampu mencapai putaran nominalnya. Putaran rotor tersebut kemudian memotong
medan magnet stator dan menimbulkan ggl induksi yang menghasilkan tegangan listrik
arus bolak-balik (AC) disisi statornya.
Tegangan yang dihasilkan tersebut belum sepenuhnya murni gelombang sinus (pure
sine wave), oleh karena itu diperlukan suatu perangkat tambahan berupa perangkat
elektronika daya untuk merekayasa gelombang tersebut. Dikatakan perangkat tambahan
karena keberadaan perangkat ini tidak selalu dipasang pada turbin angin yang diproduksi.
3
Perangkat elektronika daya yang dimaksud adalah rectifier, dc link dan inverter. Rectifier
berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi DC. Pengubahan ini dilakukan karena
tegangan DC lebih mudah untuk dikondisikan atau dimodulasi dibandingkan dengan
tegangan AC. Gelombang DC yang dihasilkan kemudian dimurnikan menggunakan
komponen DC Link yang terdiri dari kapasitor, fungsinya sebagai low pass filter untuk
menghasilkan tegangan DC murni yang memiliki bentuk gelombang lurus. Gelombang
lurus tersebut kemudian diubah kembali menjadi gelombang sinus, tujuannya untuk
mengubah tegangan dari DC menjadi AC kembali. Pengubahan ini menggunakan alat yang
disebut inverter dan menggunakan teknik modulasi PWM (Pulse Witdh Modulation). Hasil
keluaran dari inverter ini sudah berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang sinusoidal
murni yang kemudian nilai tegangannya dinaikkan menggunakan transformator Step Up.
Keluaran tegangan tersebut kemudian dikoneksikan dengan saluran distribusi dan transmisi
tegangan tinggi yang terhubung dengan pusat-pusat beban. Spesifikasi dari komponen
utama tersebut (Main Equipment) dapat dilihat pada bagaian 2.2.
2.2 Spesifikasi Komponen-Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Angin
1. Turbin Angin
A. Rotor
- Merk
- Type
- Position
- Diameter
- Swept area
- Speed range
- Power regulation
- Rotor tilt
B. Blade
- Type
- Blade lenght
- Root chord
- Aerodynamic profile
- Material
- Surface gloss
- Surface colour
2. Gear Box (Transmission System)
- Merk
- Coupling hb-shaft
- Coupling shaft-gearbox
- Gearbox type
- Gearbox ratio
- Gearbox lubrication
- Oil volume
- Gearbox oil filtering
: Siemens
: 3-bladed, horizontal axis
: Upwind
: 108m
: 9144m2
: 6-16 rpm
: Pitch regulation with variable speed
: 6 degress
: Self-suporting
: 53 m
: 3.4 m
: NACA63.xxx,FFAxxx,SWPxxx
: GRE
: Semi-gloss,
SIEMENS SWT-2.3-108
Ditujukan untuk memenuhi tugas ke-2 mata kuliah Teknik Konversi Energi
yang diampu oleh
Ir. Ratna Budiawati, M.A
Oleh :
PUGUH UTOMO
NRP. 0414040002
DANA HARTONO
NRP. 0414040006
DIAN ARGA PUTRA
NRP. 0414040019
PROGRAM STUDI D4 TEKNIK KELISTRIKAN KAPAL
JURUSAN TEKNIK KELISTRIKAN KAPAL
POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA
SURABAYA
2017
1
BAB I
PENDAHULUAN
Menurut data Statistik Ketenagalistrikan tahun 2015, konsumsi energi listrik per kapita
Indonesia terus mengalami kenaikan yang cukup signifikan. Kenaikan konsumsi tersebut ratarata sebesar 4,25 % pertahun terhitung sejak tahun 2011 hingga tahun 2015. Disisi lain rasio
elektrifikasi Indonesia juga terus mengalami kenaikan sebesar 3,8 % pertahun terhitung sejak
tahun 2011 hingga tahun 2015. Rasionya sebesar 88,3 % pada tahun 2015 dan termasuk yang
terendah kedelapan di Asia Tenggara. Guna meningkatkan rasio tersebut, pemerintah
Indonesia terus melakukan pembangunan pembangkit-pembangkit listrik baru baik yang
menggunakan energi primer fosil maupun energi terbarukan. Penggunaan energi fosil seperti
batu bara dan gas alam masih dominan dibandingkan dengan energi terbarukan,
prosentasenya mencapai 88 %. Energi fosil merupakan energi yang tidak dapat diperbarui
jumlahnya, dan saat ini cadangannya terus mengalami penurunan.
Apabila konsumsi energi fosil untuk pembangkit listrik terus dilakukan suatu saat
dapat dipastikan Indonesia akan mengalami krisis energi listrik. Oleh karena itu perlu adanya
upaya optimalisasi pemanfaatan energi terbarukan sebagai sumber energi listrik saat ini. Salah
satu energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan adalah energi bayu atau angin. Menurut
kajian Direktorat Jenderal EBTKE BPPT tahun 2016 , sumber potensi energi angin mencapai
970 MW, namun hingga tahun 2015 pemanfaatanya tidak lebih dari 0,11% atau hanya
sebesar 1,12 MW saja. Seiring dengan berjalannya waktu dan kebutuhan energi listrik ,
pembangunan pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) terus dilakukan, hal ini dapat terlihat
dari meningkatnya kapasitas terpasang PLTB dari yang semula 0.93 MW pada 2011menjadi
1.12 MW pada 2015. Baru-baru ini pemerintah melalui Kementerian ESDM juga meresmikan
pembangkit listrik tenaga bayu terbesar di Indonesia. Kapasitasnya mencapai 50MW, PLTB
ini dibangun di wilayah pantai Samas Daerah Istimewa Yogyakarta. Pada dasarnya
PLTB,merupakan pembangkit listrik yang sederhana setiap orang bisa membuatnya untuk
kebutuhan sendiri dirumah. Hal ini dikarenakan konstruksi dan mekanisme kerjanya yang
sederhana tidak seperti PLTU yang membutuhkan perangkat yang kompleks untuk
menghasilkan energi listrik. Oleh sebab itu dalam tugas ini akan dijelaskan mengenai
teknologi dan prinsip kerja pembangkit listrik tenaga angin, komponen-komponen yang
digunakan dan perhitungan-perhitungan terkait dengan energi listrik yang dihasilkan.
2
BAB II
TEKNOLOGI KONVERSI ENERGI ANGIN MENJADI ENERGI LISTRIK
2.1 Skema dan Mekanisme Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Gambar 1 Skema Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Berdasarkan gambar skema diatas dapat diketahui bahwa pembangkit listrik tenaga
angin terdiri dari beberapa komponen utama dan tambahan yaitu turbin angin, gearbox,
generator AC,perangkat elektronika daya, transformator penaik tegangan (Step Up), dan
sistem distribusi/transmisi energi listrik. Bagian-bagian tersebut berperan penting dalam
proses pembangkitan energi listrik hingga penyaluran ke pusat-pusat beban. Secara umum
proses pembangkitan energi listrik diawali dari proses konversi energi kinetik angin
menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin. Putaran poros tersebut kemudian
dilipatgandakan menggunakan gearbox, tujuannya agar putaran disisi poros generator
(rotor) mampu mencapai putaran nominalnya. Putaran rotor tersebut kemudian memotong
medan magnet stator dan menimbulkan ggl induksi yang menghasilkan tegangan listrik
arus bolak-balik (AC) disisi statornya.
Tegangan yang dihasilkan tersebut belum sepenuhnya murni gelombang sinus (pure
sine wave), oleh karena itu diperlukan suatu perangkat tambahan berupa perangkat
elektronika daya untuk merekayasa gelombang tersebut. Dikatakan perangkat tambahan
karena keberadaan perangkat ini tidak selalu dipasang pada turbin angin yang diproduksi.
3
Perangkat elektronika daya yang dimaksud adalah rectifier, dc link dan inverter. Rectifier
berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi DC. Pengubahan ini dilakukan karena
tegangan DC lebih mudah untuk dikondisikan atau dimodulasi dibandingkan dengan
tegangan AC. Gelombang DC yang dihasilkan kemudian dimurnikan menggunakan
komponen DC Link yang terdiri dari kapasitor, fungsinya sebagai low pass filter untuk
menghasilkan tegangan DC murni yang memiliki bentuk gelombang lurus. Gelombang
lurus tersebut kemudian diubah kembali menjadi gelombang sinus, tujuannya untuk
mengubah tegangan dari DC menjadi AC kembali. Pengubahan ini menggunakan alat yang
disebut inverter dan menggunakan teknik modulasi PWM (Pulse Witdh Modulation). Hasil
keluaran dari inverter ini sudah berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang sinusoidal
murni yang kemudian nilai tegangannya dinaikkan menggunakan transformator Step Up.
Keluaran tegangan tersebut kemudian dikoneksikan dengan saluran distribusi dan transmisi
tegangan tinggi yang terhubung dengan pusat-pusat beban. Spesifikasi dari komponen
utama tersebut (Main Equipment) dapat dilihat pada bagaian 2.2.
2.2 Spesifikasi Komponen-Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Angin
1. Turbin Angin
A. Rotor
- Merk
- Type
- Position
- Diameter
- Swept area
- Speed range
- Power regulation
- Rotor tilt
B. Blade
- Type
- Blade lenght
- Root chord
- Aerodynamic profile
- Material
- Surface gloss
- Surface colour
2. Gear Box (Transmission System)
- Merk
- Coupling hb-shaft
- Coupling shaft-gearbox
- Gearbox type
- Gearbox ratio
- Gearbox lubrication
- Oil volume
- Gearbox oil filtering
: Siemens
: 3-bladed, horizontal axis
: Upwind
: 108m
: 9144m2
: 6-16 rpm
: Pitch regulation with variable speed
: 6 degress
: Self-suporting
: 53 m
: 3.4 m
: NACA63.xxx,FFAxxx,SWPxxx
: GRE
: Semi-gloss,