SEJARAH PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN (1)
SEJARAH PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN
Sejarah Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Gambar 1
Kehidupan manusia tanpa teknologi tidak dapat dibayangkan. Sudah di zaman purba,
manusia menemukan cara untuk beradaptasi dan memanfaatkan apa yang ditawarkan alam, dan
mulai memproduksi alat-alat untuk memenuhi kebutuhan mereka. Manusia belajar bagaimana
memodifikasi bahan untuk menghasilkan barang-barang seperti pot keramik, artikel baja,
komponen plastik, obat-obatan, dan banyak lagi.Mereka juga datang dengan kemungkinan yang
berkisarkomunikasi, misalnya, dari lukisan gua berusia 20.000 tahun melalui telegrafi obor
Yunani sampai ke telepon selular modern.
Tidak sedikit dari semua, manusia belajar untuk memanfaatkan energi dari api, air, dan
angina.Bab ini menjelaskan tahapan penting dalam evolusi dari pembangkit listrik tenaga angin.
KINCIR ANGIN PERTAMA
Kincir Angin Pertama, Sebuah pemanfaatan energi angin dimulai dengan kapal berlayar dan
kapal lebih dari 5000 tahun yang lalu.Pada awal abad ke-7 Masehi kincir angin pertama
dibangun di Persia, atau Iran modern, dengan tujuan untuk menggiling biji-bijian.
Gambar 2.
Sebuah perspektif penggilingan dari atas (top view) mengungkapkan prinsip operasinya.
Gambar 3.
Kekuatan angin berubah struktur rotor didenda secara horisontal, menyebabkan poros vertikal
untuk mendorong batu kilangan langsung.Dinding mengumpulkan angin memandu angin menuju
satu setengah dari roda rotor sementara separuh lainnya adalah lee.Hal ini untuk mencegah roda
dari memblokir sendiri.Posisi roda angin adalah tetap, yaitu hanya cocok untuk satu arah angin
tertentu
MENARA KINCIR ANGIN
Menara Kincir Angin, Hal ini juga berlaku untuk menara kincir angin yang lebih maju.Hadir di
wilayah Mediterania untuk 1000 tahun terakhir atau lebih, kincir angin ini telah beroperasi di
daerah dengan angin yang berhembus.Di beberapa negara, kincir angin tersebut tetap digunakan
sampai hari ini.Dilengkapi dengan layar, roda angin berputar pada sebuah menara batu bata dan
batu kilangan bergerak melalui mekanisme roda gigi.
Gambar 4.
KINCIR ANGIN JERMAN
Dari abad pertengahan ke abad 18, kincir angin Jerman adalah jenis yang paling sering
ditemukan kincir angin di Eropa tengah dan timur.Desain ini mampu mengikuti perubahan arah
angin, seluruh rumah pabrik yang diputar melalui bagian ekor.Rumah pabrik dipasang pada
substruktur atau dasar.
Gambar 5.
KINCIR ANGIN BELANDA
Kincir angin mencapai tahap yang paling maju dalam abad ke-17 dengan perkembangan
kincir angin Belanda yang tergabung sebuah solusi elegan untuk mengikuti perubahan arah
angin.Hanya mahkota atap di mana baling-baling kincir angin sudah terpasang menyala rol
dipasang di sepanjang tepi menara.Seperti dalam kasus kincir angin Jerman, ekor yang
digunakan untuk mengubah superstruktur, dengan angin mawar berfungsi sebagai
orientasi.Rumah pabrik sebagai sisa-sisa tersebut tetap, yang membuatnya lebih stabil dan
mampu pembesaran.
Gambar 6.
TURBIN ANGIN MODERN
Turbin Angin Modern
Sejauh ini, roda angin telah disediakan energi untuk mengemudi:
berbagai jenis penggilingan
sistem irigasi dan drainase
palu, cap dan melihat pabrik
generator listrik
Sebuah pengembangan turbin angin berkecepatan tinggi dengan baling-baling berbentuk
aerodinamis dimulai sekitar 50 tahun yang lalu.Turbin ini mencapai efisiensi yang lebih tinggi
daripada konvensional, roda angin kecepatan rendah.Pengembangan turbin angin ini tidak berarti
berakhir.Proyek penelitian yang melibatkan pembangkit tenaga angin dari berbagai kapasitas
sedang berlangsung di seluruh dunia.
Gambar 7.
TURBIN ANGIN KECIL
Sistem turbin angin kecil menghasilkan tenaga listrik yang dibutuhkan untuk operasi,
misalnya, sistem pencahayaan, pompa atau beban yang lebih kecil.Mereka digunakan untuk
menyalakan benda-benda yang tidak memiliki sistem catu daya sentral pada pembuangan
mereka.
Bidang aplikasi meliputi:
Memberikan kekuatan untuk rumah tangga terpencil, pemancar radio bergerak atau
rumah liburan tanpa koneksi ke jaringan listrik pusat.
Elektrifikasi teknologi manajemen lalu lintas.
Elektrifikasi daerah pedesaan terpencil di negara-negara berkembang.
Menyiapkan stasiun pompa terpencil.
Pengisian baterai dari kapal berlayar.
Fitur berikut adalah apa yang membedakan sistem ini dari sistem skala besar:
Generasi tegangan DC
Kurangnya operasi jaringan koneksi mandiri dengan baterai
Dismensions kecil, biasanya tingkat daya di bawah 5 kW
Kelalaian teknologi kontrol otomatis canggih
Baling digunakan untuk pelacakan angin
Gambar 8.
Gambar 9.
PEMBANGKIT LISTRIK TENGA ANGIN DALAM BAURAN ENERGI
Gambar 10.
Berasal dari mana stop kontaklistrik? Pertanyaan ini dapat dijawab dengan lebih mudah
dengan mempertimbangkan campuran energi listrik, yaitu proporsi sumber energi primer seperti
karbon, uranium, gas, angin, air dan panas bumi yang membentuk total pasokan energi listrik.
Kami telah mempersiapkan beberapa grafik yang menunjukkan campuran energi
kontemporer.Untuk menjaga pasokan energi mereka, negara-negara industri seperti Jerman
sedang berjuang untuk campuran energi tahan lama. Salah satu tujuan dalam proses ini adalah
untuk melestarikan dan memperbaiki kondisi ekologi, ekonomi dan sosial.Grafik disediakan
selanjutnya mengizinkan perbandingan antara campuran energi saat ini bekerja di Gemany,
Amerika Serikat, Perancis, dan China
CAMPURAN ENERGI DI JERMAN
Ilustrasi di bawah ini adalah (gross) campuran energi yang digunakan di Jerman pada
tahun 2007.
Gambar 11.
Grafik menunjukkan bahwa Jerman berjuang untuk campuran energi yang sehat.Energi
nuklir, batubara coklat dan batubara mineral masing-masing membentuk proporsi sekitar 25%,
sedangkan energi angin terdiri dari sekitar 6% dari pasokan listrik.
CAMPURAN ENERGI DI AS
Diilustrasikan di bawah ini adalah campuran energi yang digunakan di Amerika Serikat
pada tahun 2007.
Gambar 12.
Menurut tabel ini, bahan bakar fosil membuat 86% dari sumber USA energi primer,
energi nuklir merupakan hanya 8% dari total energy campuran. Sisanya 6% didistribusikan di
antara sumber energi lain seperti yang terbarukan, termasuk angin.
CAMPURAN ENERGI DI PERANCIS
Diilustrasikan di bawah ini adalah campuran energi yang digunakan di Perancis pada
tahun 2007.
Gambar 13.
Perbandingan antara campuran energi di Perancis dan Amerika Serikat menunjukkan
bahwa energi nuklir di Perancis memainkan peran yang lebih signifikan, membuat sebuah
proporsi 41%.Bahan bakar fosil adalah Sejalan dengan kurang penting, yang merupakan hanya
sekitar setengah dari campuran energi Perancis.Sumber energi terbarukan seperti angin, juga,
membuat sebuah proporsi yang relatif kecil, yaitu hanya 4%, dari bauran energi Perancis.
CAMPURAN ENERGI DI CHINA
Diilustrasikan di bawah ini adalah campuran energi yang digunakan di China pada tahun
2007.
Gambar 14.
Grafik menunjukkan bahwa Cina mencakup tiga perempat dari kebutuhan listrik dengan
batu bara, sumber energi terbarukan seperti angin memainkan peran yang dapat diabaikan. Untuk
memperbaiki ketidakseimbangan ini, China telah menetapkan tujuan mulia dalam program lima
tahun yang kesebelas: Kebijakan Energi berpusat sejauh pada batubara akan melampirkan lebih
penting untuk energi nuklir dan terbarukan di masa depan. Terutama energi angin sedang sangat
dipromosikan saat ini, banyak daerah mengalami pengembangan untuk pertanian angin yang
besar.
CAMPURAN ENERGI DI MASA DEPAN
Gambar 15.
Karena keragaman sumber energi yang tersedia, campuran energi di masa depan tidak
dapat diprediksi secara akurat. Namun, sumber energi terbarukan, terutama angin, yakin untuk
mendapatkan signifikansi dan mungkin akan menggantikan sumber energi fosil seperti batubara
dan gas dalam jangka panjang. Meskipun demikian, energi terbarukan saja tidak akan cukup di
masa depan, kompatibilitas yang panjang, tetapi juga ekonomi dan pasokan diandalkan.
ANGIN
Gambar 6.
Sebuah pembangkit listrik tenaga angin mengubah energi kinetik dari aliran udara (angin)
menjadi energi listrik.Operasi yang efisien dicapai pada kecepatan angin yang tidak terlalu
rendah atau terlalu tinggi.Operator pembangkit tenaga angin mencari lokasi yang menawarkan
kondisi angin terbaik untuk tanaman mereka.
Pertanyaan-pertanyaan berikut muncul dalam benak di sini:
Bagaimana angin muncul?
Faktor pengaruh angin?
Apa kecepatan angin biasa?
Ini dan lainnya pertanyaan telah terjawab dalam bab ini.
DAERAH TEKANAN TINGGI DAN RENDAH
Pada akhirnya angin pada dasarnya disebabkan energi matahari.Variasi suhu di
permukaan bumi mengakibatkan wilayah sehubungan dengan perbedaan dari tekanan rendah dan
tinggi di atmosfer.Perbedaan tekanan dikompensasi oleh aliran udara atau angin dari tekanan
tinggi ke daerah tekanan rendah.
Gambar 17.
Aliran udara skala besar dan sirkulasi planet (misalnya perdagangan dan angina Monson)
dipengaruhi oleh rotasi dan laut daratan distribusi bumi. Angin lokal dipengaruhi oleh medan
kekasaran. Bangunan juga mempengaruhi aliran udara dengan cara gejolak yang timbul pada
bangunan sisi bawah angin. Air yang mengalir dari tekanan tinggi ke zona tekanan rendah
cenderung menghasilkan pergolakan vertikal yang kuat yang mengakibatkan embusan angin
biasa.dalam proses ini, udara di dekat tanah diperlambat oleh gesekan dan akibatnya disusul oleh
massa udara di atasnya.
Ombak memecah di pantai laut dapat berasal dari mekanisme yang sama. Oleh karena itu,
embusan angin hanya efek dari sebuah vertikal, gerak bergulir massa udara.
BAGAIMANA ANGIN MUNCUL
Variasi suhu di permukaan bumi menimbulkan aliran udara, atau angin.
Gambar 18.
Seperti air, energi kinetik angin merupakan sumbertenaga yang bersih dan tak ada
habisnya. Namun, cara memanfaatkan sumber ini secara teknis terbatas: Angin bertiup tidak
teratur dan tidak merata, dan dapat menghasilkan kekuatan yang sangat merusak.
DATARAN KEKASARAN
cepat seperti naik di atas tanah.Kekonstanan arus udara juga meningkat dengan
ketinggian. Namun, pola angin tidak pernah benar-benar homogen, hembusan intensitas yang
berbeda yang disebabkan oleh variasi dalam medan kekasaran dan perbedaan vertikal dalam
suhu udara.
Ilustrasi di bawah ini menunjukkan bagaimana medan pengaruh kekasaran angin
kecepatan di atas wilayah Jerman, misalnya. Sedangkan utara relatif datar, pegunungan rendah
mencapai ketinggian sekitar 1000 m dapat ditemukan lebih jauh ke selatan, sedangkan kaki
Pegunungan Alpen di selatan yang terutama lebih tinggi.
Gambar 19
Profil Angin
Grafik ini mengindikasikan bahwa rata-rata kecepatan pertahun angin di atas laut lebih tinggi
daripada di daratan, walaupun pada ketinggian yang rendah.Ini dikarenakan permukaan laut
secara umum tidak sekasar dibandingkan di daratan, sehingga angin tidak mampu menahan
gesekan sebanyak gesekan di daratan.
Gambar 20
Setiap negara mempunyai tipikal angin yang berbeda tiap wilayahnya.Misalnya di Jerman, arah
angin yang berhembus adalah vertikal dari utara ke selatan
Kecepatan angin
Karena kecepatan angin berbeda-beda selama pembangkit tenaga angin dioperasikan, masingmasing PLTB menyiapkan sensor sebagai alat ukur kecepatan angin. Sensor biasanya meliputi
sebuah cup anemometer atau peralatan ultrasonik, terakhir, ada peralatan yang tidak
menggunakan cup atau disebut dengan “wear-free”, yang dapat menggantikan cup anemomete.
Gambar 21
Dalam praktiknya di beberapa area, kecepatan angin diindikasikan dalam satuan meter per detik
(m/s).Namun, alat ini juga bisa mengkonversi ke dalam km/h or knots.Dalam ilmu meteorologi,
kecepatan angin biasanya dispesifikasikan dalam bentuk skala Beaufort, yang diciptakan oleh Sir
Francis Beaufort in 1806 dari Inggris. Tabel dibawah ini mengindikasikan konversi antara skala
Beaufort dan satuan modern kecepatan angin
No.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Skala Beaufort
m/s
0-0.1
0.3-1.5
1.6-3.3
3.4-5.4
5.5-7.9
8.0-10.7
10.8-13.8
13.9-17.1
17.2-20.7
20.8-24.4
24.5-28.4
28.5-32.6
>32.7
Calm
Light air
Light breeze
Gentle breeze
Moderate breeze
Fresh breeze
Strong breeze
High wind
Gale
Strong gale
Storm
Violent storm
Hurricane
Kecepatan Angin
Km/h
117
Desain Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Angin meliputi massa udara yang bertiup dengan kecepatan pasti. Angin mempunyai energi
kinetik.Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengonversi energi kinetiknya menjadi gerakan rotasi.
Ini nantinya akan menggerakan rotor dan poros yang terhubung.
Poros rotor dari pembangkit listrik tenaga angin dapat terpasang secara vertikal dan horisontal
seperti gambar di bawah :
Gambar 22
Desain Poros Vertikal
Dikembangkan oleh Letnan Finnish dikomado Sigurd Savonius, desain rotor ini diperkenalkan
pada akhir abad 19 dan telah ditemukan penggunaannya secara luas khususnya sebagai roda
kipas pada kapal dan mobil van. Terkadang, ini juga digunakan sebagai pengendali mekanik
untuk sebuah pompa air kecil.
Desain yang diilustrasikan ini ditemukan oleh Frenchman Georges Darrieus. Keuntungan dari
desain ini adalah hanya memerlukan angin yang tidak terlalu kencang dan juga komponen yang
lainnya dapat dipasang dibawah tanah. Bagaimanapun, ini juga mempunyai kerugian, yaitu rotor
yang sangat bergantung pada pengasutan di awal dan ketidakmampuan untuk mengkalibrasi
kecepatan.Rotor H yang ditunjukkan disini adalah sebuah variasi dari rotor Darrieus.Walaupun
tidak mencapai kesuksesan dalam hal ekonomi, desain ini mampu menghasilkan output 10 kW
meski dalam angin yang tidak berhembus kencang.
Gambar 23
Varian Propeller
Desain yang menggunakan poros rotor vertikal hanya berperan sampingan dalam teknologi
modern energi angin, sebenarnya lebih baik daripada rotor horizontal, yang sering disebut
sebagai propeller.Secara teknik, desain ini sebenarnya tidak terlalu akurat, yang mana rotor tidak
secara langsung berputar diawal.Sebenarnya, penyebutan “repeller” untuk desain ini lebih
tepat.Namun, desain propeller ini tetap digunakan dalam hal ini.
Varian propeller ini mempunyai fitur :
Van rotor dapat dikalibrasikan, sehinggan dapat mengontrol torsi rotor dan juga output
keluaran. Van rotor yang dapat dikalibrasikan ini dapat mencegah rotasi yang berlebihan
akibat angin terlalu kencang.
Van rotor dapat dibentuk secara ideal dan aerodinamik untuk efisiensi maksimum.
Pembangkit dengan rotor ini merupakan varian teknologi yang besar.
Sejak pembangkit listrik tenaga angin menggunakan desain ini , kami akan membahasnya secara
detail.
Gambar 24
Komponen dari turbin angin yang kecil
Komponen dari turbin angin yang kecil ini terdiri dari :
Rotor dengan pisau rotor
Van angin
Generator
Rectifier
Slip ring untuk transfer energi
Regulator
Batere yang dapat dicas ulang
Inverter
Blok diagramnya dapat digambarkan dibawah ini :
Gambar 25
Pisau rotor dan Van angin
Gambar 26
Turbin angin kecil yang dapat berkecepatan tinggi terdiri dari tiga pisau rotor. Pisau rotor tidak
bergantung dengan beban berat yang tak biasa, contohnya
Momen yang diakibatkan berat rotor yang tidak inheren, dan angin yang berlawan arah,
Beban yang tak beraturan akibat angin turbulen,
Material yang disebabkan kondisi cuaca
Kekuatan sentrifugal.
Pisau rotor terdiri dari material fiber gelas dengan resin poliester atau resin eksposi. Ini didesain
dengan bentuk aerodinamik.
Rotor dapat dihentikan kerjanya saat pemeliharaan ataupun saat gangguan. Ini dapat direm
secara mekanik ataupun elektrik oleh stop switch.
Sistem turbin angin secara normal menyediakan mekanisme angin pasif.Rotor angin ini sering
disebut van angin.Ukuran dan model yang didesain sehingga dapat bereaksi secara cepat ketika
arah angin berubah.Dalam sistem dengan poros vertikal dapat disesuaikan dengan turbin angin
sehingga bisa berorientasi dengan benar terhadap angin.
Generator
Gambar 27
Untuk pengertian lebih baik terhadap generator, gambar dibawah menjelaskan secara sederhana
sebuah generator.Rotor meliputi magnet permanen.Secara animasi, operasi ditunjukkan secara
sederhana dalam bentuk sebuah kutub.
Secara esensial stator terdiri dari tiga sudut. Sudut terakhir saling dihubungkan dan membentuk
poin netral
Gambar 28
Jika rotor menggunakan propeller, itu akan berotasi dan menginduksi tegangan secara sinusoidal.
Ini mencapai tegangan positif maksimum ketika kutub utara magnet dari magnet berotasi
melewati kutub yang ditengah dan tegangan negatif maksimum ketika magnet melewati kutub
utara magnetik.Sudut dari ketiganya adalah sebesar 120 derajat.Tegangan per phasa berbeda
sudut sebesar 120 derajat.Puncak tegangan dan frekuensi dari tegangan generator bergantung
dengan kecepatan rotasi.
prinsip-prinsip fisika
pada bab sebelumnya, kita belajar bahwa sebuah poros rotor pembangkit listrik tenagaangin
dapatmemiliki tata letakvertikal atauhorisontal. Bagaimanapun, kita belummenelitiprinsipprinsipterkaitdimanarotormemanfaatkanaliranudarauntuk mengubah energi.
Dua prinsipoperasiyangterlibat di sini.Pertama, rotordapatmemperoleh energieksklusif
dariresistansi yang permukaannyamenawarkan untukaliran udara, dalam halsalah satuberbicara
tentangprinsip-prinsipresistansi. Kedua, rotor dapat memperoleh energi melalui lift aerodinamik
disebabkan oleh sebuah aliran udara melewati riwayat permukaan yang pantas (prinsip daya
angkat)
Prinsip resistansi
* kincir rusia
* rotor savonius
* anemometer cup
Prinsip lift
Tanpa optimisasi aerodinamik
Kincir jerman
Rotor multivan
eropa)
Tanpa
optimisasi
aerodinamik
Rotor darrieus
(rotor Baling-baling
Karena semua pembangkit listrik tenaga angin modern beroperasi dengan prinsip daya angkat
menggunakan aerodinamik dioptimalkan baling-baling rotor,
Kecepatan relatif angin
Kebanyakan
pembangkit
listrik
tenaga
angin
modern
mengolah
baling-tipe
rotordenganprofilaerodinamissecara
optimal.baling-balingpadarotortersebutpada
dasarnyaberbentuk
sepertisebuah
airfoil.apa
yang
membuatsebuah
pesawatbisa
terbangadalahdaya angkatyang dihasilkan olehsayapnya. Aliran udara pada pendekatan
kecepatan v’ melewati posisi profil sayap pada sudut penyerangan α. Pada proses ini, tidak
peduliapakahkecepatanpendekatanadalah darisayapbergerak denganlajuv'melalui massa udara
(seperti dalam kasuspesawat terbang), atau pada massa udara (i.e. wind) menimpapadabalingbalingdarirotorstasioner. Suatu halnyaadalah kecepatanrelatif antaraairfoildanudara.
Animasi dibawah ini menunjukkan 2 aircraft berpindah pada kecepatan udara yang sama.
karenapergerakanudara, bagaimanapun (pangkal angin atau akhir angin), penutup pesawat
mutlak berbeda jarak (diukur pada ground). Ini menyiratkan perbedaan kecepatan tanah.
Gambar 29
Di pangkal angin, burung kadang-kadang kelihatan “tak berubah” di udara. Di kasus ini, sayap
mereka menggunakan pergerakan relatif angin untuk membangkitkan daya angkat yang
dibutuhkan. Dengan respek pada ground, bagaimanapun, burung tidak memerlukan banyak jarak
substantial, i.e. kecepatan ground mereka adalah praktis nol.
Daya angkat
Ketika aliran udara dibelokkan oleh angin, resultan kecepatan aliran melebihi profile adalah
lebih besar daripada kecepatan resultan aliran udara dibawah profil.Karena perbedaan dalam
kecepatan, tekanan diatas profil lebih rendah dari tekanan di atasnya.Perbedaan tekanan
mendesak kekuatan daya angkat Fa pada sayap, mengijinkan untuk terbang sisa.Pada kasus
pembangkit listrik tenaga angin, tenaga ini menyebabkan baling-baling rotor berputar.
Gambar garis mempersingkat membuat kemungkinan untuk jalur lintasan dari partikel udara
pada aliran udara dari menggambarkan pointnya. Secara teori, ada beberapa jumlah jalur
lintasan tak terbatas.Untuk kejernihan, bagaimanapun, pola aliran hanya terdiri atas beberapa
jalur lintasan pada masing-masing kasus untuk melayani sesuatu gambar aliran udara yang dapat
dipahami.
Daya angkat
Tenaga daya angkat memindahkan sayap naik, demikian membuat pesawat terbang dapat terbang
Ruuuuiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiotor vane motioiiuuu Vane Motionotor
ooooooooooooooooooooooooooooooooooopppppppppp
ppppp
apppppne motion
Pergerakan baling-baling rotorKebanyakan keadaan artinya menggunakan tenaga angin dengan
daya angkat yang memiliki prinsip turbin angin dengan sebuah tangkai horizontal, contohnya
sebuah baling-baling berputar pada bidang vertikal dengan respek untuk pemusatan angin.
Selama operasi dari turbin angin, dibutuhkan catatan mengenai
Udara (kecepatan angin v1) dan
Baling-baling (lingkar kecepatan vu, disebabkan oleh pergerakan putaran
baling-baling )
Ada dua kecepatan sudut yang satu sama lain (berlawanan dengan sayap).Sejak kedua
perpindahan mengambil tempat secara simultan, datangnya kecepatan efektif v’ (contohnya
indikasi kecepatan udara oleh hipotesis pengukuran menjulang peralatan baling-baling yang
dipindahkan) tidak sama dengan kecepatan angin. Malahan, ketenangan dari kecepatan angin v1
dan lingkar kecepatan baling-baling rotor Vu. gerakan baling-baling rotor
Cara yang paling umum memanfaatkan kekuatan angin dengan prinsip angkat adalah turbin
angin dengan poros horisontal, yaitu baling-baling berubah pada bidang vertikal sehubungan
dengan arah angin.selama pengoperasian turbin angin tersebut, maka perlu dicatat bahwa berada
dalam gerakan.
-Udara
(kecepatan
angin
v₁)
dan
-Baling-baling (melingkar kecepatanvu, yang disebabkan oleh baling-baling bergerak berputar)
kedua kecepatan ini di sudut kanan satu sama lain (sebagai lawan dari sayap pesawat terbang).
karena kedua gerakan terjadi secara simultan, efektif pendekatan kecepatan Vu
Gambar 48
vektor
kecepatan
karena kedua gerakan terjadi secara simultan, efektif pendekatan kecepatan v' (yaitu kecepatan
udara yang ditunjukkan oleh alat ukur hipotetis dipasang pada baling-baling bergerak) tidak
sama dengan kecepatan angin. sebagai gantinya, itu terdiri dari kecepatan v₁ angin dan balingbaling rotor yang melingkar kecepatan vu. Mendekati intinya, vu jauh lebih rendah dari dekat
ujung baling-baling, kecepatan pendekatan akibatnya bervariasi sepanjang panjang baling-baling.
Gambar 49
Gambar 50
Karena sumbu dari baling-baling pada bidang vertikal sehubungan dengan kecepatan angin, v'
dapat dihitung dengan mudah menggunakan teorema Pythagoras:
V’² = V₁² + V₁₁²i.e. V’ =
√ V ₁ 2+V ₁ ₁²
efektif
menunjukkan
aliran
Seperti terlihat dalam diagram, arah v’ berbeda dengan yang ada pada v₁ kecepatan angin, yakni
diputar oleh sudut β. efektif pendekatan kecepatan v ' menentukan ukuran dan besarnya gaya
angkat dan ketahanan baling-baling. Dengan perbandingan, sudut serang α menunjukkan
kecenderungan profil sehubungan dengan kecepatan angin efektif.
Gambar 51
penyesuaian sudut serang: kecil
sedang
besar
pada kecepatan vu = 0 (rotor macet), sudut penyesuaian Y sama dengan sudut α. Dengan
meningkatnya kecepatan melingkar, begitu juga sudut β. untuk mempertahankan sudut konstan
yang berkaitan dengan kecepatan angin efektif, sudut penyesuaian γ harus ditingkatkan Sejalan.
seperti yang ditunjukkan di atas, sudut terhadap baling-baling pembangkit listrik tenaga angin
tergantung pada pendekatan yang efektif kecepatan v ' dimana pada gilirannya, tergantung pada
kecepatan vu melingkar. setiap titik imajiner pada baling-baling rotor berada pada jarak tertentu
(radius) ke hub rotor. Titik A selalu lebih jauh memiliki kecepatan melingkar lebih tinggi dari
pada
Vu
titik
dekat
inti.
titik imajiner di ujung baling-baling rotor yang memiliki sudut tertentu α (sudut antara angin dan
rotor baling-baling). sebagai titik tersebut akan dipindahkan lebih dekat ke inti, kecepatan
keliling menurun, yaitu bagian dari aliran udara menimpa baling-baling rotor dari depan (yaitu
angin seperti itu), meningkat dibandingkan dengan bagian dari aliran udara disebabkan oleh
kecepatan melingkar.
Mengingat ketentuan yang mengatur penyesuaian sudut Y dalam praktek, baling-baling rotor
memutar dari kedekatan inti (kecepatan keliling rendah) menuju ujung baling-baling (kecepatan
keliling
tinggi),
mirip
dengan
pisau
pada
baling-baling
pesawat.
dalam kasus rotor bergerak dengan kecepatan konstan (Vu = const.), sekarang juga menjadi jelas
mengapa sudut penyesuaian baling-baling tetap Y hanya dapat membuktikan optimal pada
kecepatan angin V₁ tertentu. Mekanisme penyesuaian rotor baling-baling otomatis
memungkinkan optimasi dinamis di sini.
pusat
untuk memanfaatkan angin seefisien mungkin, intuisi akan menyarankan pengaturan sudut ke
nilai yang sangat tinggi. jika sudut ini menjadi terlalu besar, namun aliran udara terganggu
bukannya mengalir lancar melewati airfoil. ini menghasilkan putaran acak dan penghapusan
segera angkat. sebagai akibatnya, kecepatan airfoil yang tajam turun. Efek ini disebut "pusat",
seperti yang biasa digunakan dalam bidang penerbangan.
Gambar52
pesawat terbang stall ketika sudut sayapnya (disesuaikan sampai batas tertentu oleh elevator)
dalam aliran udara menjadi terlalu besar. dianggap sangat berbahaya oleh pilot, ini hasil
situasitiba-tiba kehilangan angkat, menyebabkan pesawat untuk turun tajam dan tak terkendali.
tenaga angin
menggunakan pembangkit listrik tenaga angin khas dengan keluaran listrik 2 MW sebagai
contoh, sekarang kita akan mengkaji bagaimana tenaga angin dikonversi.
diameter rotor : 75m
lingkar bepergian dengan ujung baling-baling : 236m
daerah yang dicakup oleh rotor : 4416m2 (area lapangan sepak bola : 7140m2)
kecepatan rotor : 16 rpm (pada kecepatan angin 12m / s)
kecepatan ujung baling-baling : 64m / s atau 230km / h
kecepatan di pusat hu: 0
kecepatan seperempat dari panjang baling-baling ini : 16m / s
kekuatan angin dapat dihitung sebagai berikut:
Pwind =
1
* ρ * A* v³
2
ρ adalah densitas udara (1,3 kg / m). dengan menerapkan nilai-nilai yang ditentukan lebih lanjut
di atas, diperoleh hasil sebagai berikut:
Pwind =
1
2
* 1,2
kg
m³
* 4416 m² * 12³
m³
s³
Pwind ≈ 4,6 MW
batas
Betz
sejak pembangkit listrik tenaga angin kami memiliki nilai kapasitas hanya 2MW, namun,
sekarang kita perlu menjelaskan kerugian. koefisien daya Cp yang digunakan untuk engevaluasi
kekuatan yang diperoleh oleh rotor dari aliran udara. yang menunjukkan proporsi tenaga angin
gratis itu diubah menjadi listrik yang berguna, koefisien ini dihitung dengan menggunakan
persamaan
berikut
berlaku
untuk
turbin
angin
yang
ideal:
Cp=Pnuts /Pwind karena impinges dengan V₁ kecepatan pada turbin angin, angin terhambat.
belakang turbin, kecepatan angin (V₂) hanya sekitar 1/3 dari nilai di depan turbin. jika Cp diplot
sebagai fungsi dari rasio antara V₂/V₁, atau retardasi, maksimal di Cp dapat diamati pada titik
sepertiga dari jalan sepanjang sumbu V₂/V₁.
Gambar 54
Batas Betz diistilahkan, inikoefisien daya Cp max merupakan teoritis, proporsi maksimum daya
mana turbin angin yang ideal dapat memperoleh dari angin
Cpmax =
16
27
≈ 0,59
Fungsi kecepatan generator terhadap kecepatan angin
Tiang dan konduksi arus listrik
Dalam sistem turbin angin yang kecil, tiang biasanya di konstruksi menggunakan pipa baja.
Untuk memperoleh respon kekakuan pipa yang digunakan. Bahkan untuk sistem yang lebih
besar dan tinggi, tiang dengan jaring - jaring pun digunakan. Pada kebanyakan sistem turbin
angin, nacelle di situasikan pada tiang sehingga turbin akan dengan bebas berputar. Rotor diputar
angin akibat putaran baling – baling.
Agar nacelle bebas berputar, energi di transfer ke power line dengan menggunakan cincin slip.
Pada banyak hal, sebuah rectifier diinstal dalam generator sehingga hanya dua kabel yang
dibutuhkan. Pada kasus power line, yang harus diperhatikan adalah bahwa respon persilangan
dipilih karena tegangan rendah dan arus tinggi terjadi.
Gambar 64
Tiang dan konduksi arus listrik
Pengontrol muatan
Pada kondisi ini, pengontrol muatan digunakan untuk memastikan
bahwa muatan optimal
disuplai untuk hubungan baterai. Pada saat yang sama, ini mengoperasikan kabel pengontrol
muatan elektronik otomatis untuk generator angin. Energi yang tidak diserap oleh baterai adalah
keluaran ke resistor muatan menggunakan PWM. Inilah cara generator angin melanjutkan
pengoperasian dibawah muatan listrik bahkan ketika baterai diisi penuh dan pada kondisi
kecepatan angin yang tinggi.
Pengontrol muatan beroperasi menurut prinsip tegangan konstan. Tegangan baterai terbatas pada
level pengisian penuh. Jika anginnya terlalu kecil (generator tegangan rendah) baterai tidak terisi.
Gambar 65
Cadangan energy
Akibat masalah ekonomi, akumulator Timbal telah memiliki cadangan energy yang
besar. Akumulator ini mirip dengan baterai mobil namun sedikit dimodifikasi untuk kerja
yang lebih lama.
Desain dasar sebuah akumulator Timbal diiliustrasikan dibawah ini. Ini terdiri atas dua
elektroda: yang positif terbuat dari dioxide Timbal (Timbal oksigen)atau (PbO 2) dan yang
negatifnya terbuat dari Timbal (Pb) untuk keadaan ketika akumulator diisi. Dua isolator di
pisahkan menggunakan isolator berbahan plastic. Elektroda yang telah dipisahkan kemudian
dipasang dalam sebuah penggabungan elektrolit asam sulfur (H2SO4)
Gambar 73
Sebuah sel akumulator Timbal mempunyai tingkat tegangan 2v. untuk mencapai sebuah
tegangan operasi dari 12V, 6 sel di hubungkan dalam hubungan seri.
Selama pengeluaran muatan, elektroda Timbal oksigen yang positif (PbO 2) dan Timbal
yang negatif (Pb) ereaksi dengan asam sulfur. Hasilnya, Timbal oksigen (PbSO 4) meningkat
pada elektroda negatif dan electron dikeluarkan. Elektroda positif menerima electron, juga
meningkatkan Timbal oksigen (PbSO4) selain air (H2O). Proses ini di elicida pada animasi
dibawah ini.
Gambar 74
Pada aplikasi tegangan muatan untuk akumulator bertolak belakang dengan reaksi pelepasan
muatan. Elektroda negative menerima electron dan Timbal oksigen dipisahkan, meninggalkan
Timbal murni pada elektroda.Timbal oksigen juga dipisahkan pada elektroda positif, bersamaan
dengan pelepasan electron, sehingga yang tertinggal adalah Timbal oksigen seperti yang
ditunjukkan pada animasi selanjutnya.
Gambar 75
Perawatan Dari Sebuah Akumulator
Ketika menggunakan aki, pastikan untuk melindunginya dari pengisian yang berlebihan dan
pemberhentian yang dalam, kenaikan pemberian akhir mengarahkan pada sulfat kristal yang
sangat sulit atau tidak mungkin untuk terurai selama pengisian ulang. Pelepasan yang dalam
dapat dicegah dengan menonaktifkan beban terhubung keakumulator segera setelah tegangan
turun di bawah 11,4V.
Sebuah masalah yang berbeda terjadi jika akumulator diisi dengan sebuah tegangan yang terlalu
tinggi (overcharging). Dari tegangan sekitar 13.8 V, akumulator memulai untuk memancarkan
gas. Elektrolisis menguraikan air elektrolit ke dalam hidrogen dan oksigen yang melepaskan diri
dari akumulator. Periksa tingkat air akumulator pada interval biasa dan isi dengan air sulingan
bila dibutuhkan.
Sejak keluaran oxyhydrogen siap meledak, pastikan ruangan memiliki ventilasi yang baik.
Buka the wind control centre virtual instrument. Untuk tujuan ini, mesin servo tahan uji harus
sudah diaktifkan dan terhubung ke P Cmelalui USB intervace.
Pilih mode the wind control.
Mulai pengujian mesin melalui tombol power.
Atur kecepatan angin yang diperlukan dan ukur arus yang sesuai.
Masukkan nilai arus beban dibawah ni.
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
: 0 m/s
:
mA
:
mA
: 4 m/s
:
mA
:
Ma
: 8 m/s
:
mA
:
mA
: 12 m/s
:
mA
:
mA
Ubah pengkabelan yang ditampilkan dibawah dan ukur arus total ( beban dan pengisian
arus) pada berbagai jenis kecepatan angin.
Gambar 78
Masukkan nilai arus total dibawah ini.
Pengisian baterai memilki
peran yang signifikan pada
pengukuran ini.
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
: 0 m/s
:
A
:
A
: 4 m/s
:
A
:
A
: 8 m/s
:
A
:
A
: 12 m/s
:
A
:
A
Gunakan nilai pengukuran untk menghitung pengisian arus baterai pada masalah yang
lain.
Kecepatan angin
: 0 m/s
Lampu halogen
:
A
Lampu LED
:
A
Kecepatan angin
: 4 m/s
Lampu halogen
:
A
Lampu LED
:
A
Kecepatan angin
: 8 m/s
Lampu halogen
:
A
Lampu LED
:
A
Kecepatan angin
: 12 m/s
Lampu halogen
:
A
Lampu LED
:
A
Gunakan nilai pengukuran yang diperoleh untuk arus beban dan asumsikan bahwa baterai
bisa mengalirkan hingga 65 % dari kapasitasnya untuk beban.Hitung waktu otonomi
(masa dimana beban dapat didukung secara eksklusif oleh baterai).
Waktu otonomi lampu halogen
:
jam
Waktu otonomi lampu LED
:
jam
Mengintegrasikan sebuah inverter
Mengintegrasi sebuah inverter
Jika peralatan rumah tangga standar yang didukung oleh pembangkit listrik tenaga angin
kecil, itu dibutuhkan untuk merubah keluaran arus / tegangan DC ke dalam arus/tegangan
AC.
Konversi dilakukan dengan menggunakan katup switch able yang digunakan dalam
elektronika daya. Katup ini meliputi semikonduktor yang mampu mengganti tegangan di
atas 1000 V dan arus di atas 1000 A. komponen semikonduktor terdiri dari :
Daya transistor bi-polar
Medan daya-pengaruh transistor
Diode yang dapat dikendalikan (tyristor)
Square-gelombang inverter
Skema di bawah ini menampilkan sebuah rangkaian jembatan 2 pulsa (B2 circuit), salah
satu merupakan rangkaian inverter sederhana
Gambar 79
Pasangan katup 1/4 dan 2/3 diaktifkan melalui interval waktu tetap. Hasil ini berada di
sekitar tegangan alternating rectangular pada output rangkaian jembatan. Tegangan
alternating rectangular bisa dibuat untuk perkiraan sebuah karakteristik sinusoidal
melalui pengaktifan katup bukan pada perlintasan nol, tapi pada titik seimbang.
Inverter sinusoidal
Inverter sinusoidal modern biasanya beroperasi berdasarkan prinsip dari pulsa- modulasi
lebar. Seperti dalam kasus inverter gelombang persegi, sebuah rangkaian jembatan B2
juga digunakan. Namun, katup tidak aktif / dinonaktifkan lebih dari setengah gelombang,
hal itu beralih berulang kali selama siklus tersebut seperti yang digambarkan di bawah
ini.
Gambar 80
Hasil pola switching dalam pulsa dari lebar yang berbeda. Urutan pulsa disaring untuk
menghasilkan sebuah karakteristik tegangan yang mendekati sinus
Sistemhybriduntuk
catu
dayaluar
jaringan
listrikmenggunakanturbin
angindanfotovoltaik
sistem hybrid untuk catu daya luar jaringan listrik menggunakan turbin angin dan
otovoltaik
salah satu elemahan dari sistem catu daya seperti pembangkit listrik tenaga angin kecil
dan pembangkit fotovoltaik berdiri sendiri yang mengandalkan angin dans inar matahari
sebagai umber energi terbarukan adalah bahwa sumber-sumber ini tidak selalu tersedia.
Untuk memastikan pasokan konstan listrik, jumlah energi yang tepat harus disimpan
secara menengah untuk mengizinkan operasi bahkan ketika tidak ada angin atau sinar
matahari tersedia. Saat ini, baterai timbal biasanya digunakan sebagai elemen
penyimpanan energi, beberapa desain baru-baru ini juga menggabungkan sel bahan bakar
hidrogen. Kapasitas penyimpanan tergantung pada konsumsi energi dan otonomi waktu,
i. e. periode dimana fasilitas harus dapat beroperasi dalam ketiadaan angin atau sinar
matahari. Sebuah penggunaan berbagai sumber energi terbarukan mengurangi
persyaratan dalam jangka waktu otonomi dan kapasitas penyimpanan. Sistem dirancang
dengan cara ini disebut sistem hybrid. Mereka membuat penggunaan bersama dari dua
atau lebih sumber energi untuk operasi dan penyimpanan. Diilustrasikan di bawah ini
adalah tata letak dasar dari sistem hybrid menggunakan energi angin dan matahari.
gambar 84
Sejarah Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Gambar 1
Kehidupan manusia tanpa teknologi tidak dapat dibayangkan. Sudah di zaman purba,
manusia menemukan cara untuk beradaptasi dan memanfaatkan apa yang ditawarkan alam, dan
mulai memproduksi alat-alat untuk memenuhi kebutuhan mereka. Manusia belajar bagaimana
memodifikasi bahan untuk menghasilkan barang-barang seperti pot keramik, artikel baja,
komponen plastik, obat-obatan, dan banyak lagi.Mereka juga datang dengan kemungkinan yang
berkisarkomunikasi, misalnya, dari lukisan gua berusia 20.000 tahun melalui telegrafi obor
Yunani sampai ke telepon selular modern.
Tidak sedikit dari semua, manusia belajar untuk memanfaatkan energi dari api, air, dan
angina.Bab ini menjelaskan tahapan penting dalam evolusi dari pembangkit listrik tenaga angin.
KINCIR ANGIN PERTAMA
Kincir Angin Pertama, Sebuah pemanfaatan energi angin dimulai dengan kapal berlayar dan
kapal lebih dari 5000 tahun yang lalu.Pada awal abad ke-7 Masehi kincir angin pertama
dibangun di Persia, atau Iran modern, dengan tujuan untuk menggiling biji-bijian.
Gambar 2.
Sebuah perspektif penggilingan dari atas (top view) mengungkapkan prinsip operasinya.
Gambar 3.
Kekuatan angin berubah struktur rotor didenda secara horisontal, menyebabkan poros vertikal
untuk mendorong batu kilangan langsung.Dinding mengumpulkan angin memandu angin menuju
satu setengah dari roda rotor sementara separuh lainnya adalah lee.Hal ini untuk mencegah roda
dari memblokir sendiri.Posisi roda angin adalah tetap, yaitu hanya cocok untuk satu arah angin
tertentu
MENARA KINCIR ANGIN
Menara Kincir Angin, Hal ini juga berlaku untuk menara kincir angin yang lebih maju.Hadir di
wilayah Mediterania untuk 1000 tahun terakhir atau lebih, kincir angin ini telah beroperasi di
daerah dengan angin yang berhembus.Di beberapa negara, kincir angin tersebut tetap digunakan
sampai hari ini.Dilengkapi dengan layar, roda angin berputar pada sebuah menara batu bata dan
batu kilangan bergerak melalui mekanisme roda gigi.
Gambar 4.
KINCIR ANGIN JERMAN
Dari abad pertengahan ke abad 18, kincir angin Jerman adalah jenis yang paling sering
ditemukan kincir angin di Eropa tengah dan timur.Desain ini mampu mengikuti perubahan arah
angin, seluruh rumah pabrik yang diputar melalui bagian ekor.Rumah pabrik dipasang pada
substruktur atau dasar.
Gambar 5.
KINCIR ANGIN BELANDA
Kincir angin mencapai tahap yang paling maju dalam abad ke-17 dengan perkembangan
kincir angin Belanda yang tergabung sebuah solusi elegan untuk mengikuti perubahan arah
angin.Hanya mahkota atap di mana baling-baling kincir angin sudah terpasang menyala rol
dipasang di sepanjang tepi menara.Seperti dalam kasus kincir angin Jerman, ekor yang
digunakan untuk mengubah superstruktur, dengan angin mawar berfungsi sebagai
orientasi.Rumah pabrik sebagai sisa-sisa tersebut tetap, yang membuatnya lebih stabil dan
mampu pembesaran.
Gambar 6.
TURBIN ANGIN MODERN
Turbin Angin Modern
Sejauh ini, roda angin telah disediakan energi untuk mengemudi:
berbagai jenis penggilingan
sistem irigasi dan drainase
palu, cap dan melihat pabrik
generator listrik
Sebuah pengembangan turbin angin berkecepatan tinggi dengan baling-baling berbentuk
aerodinamis dimulai sekitar 50 tahun yang lalu.Turbin ini mencapai efisiensi yang lebih tinggi
daripada konvensional, roda angin kecepatan rendah.Pengembangan turbin angin ini tidak berarti
berakhir.Proyek penelitian yang melibatkan pembangkit tenaga angin dari berbagai kapasitas
sedang berlangsung di seluruh dunia.
Gambar 7.
TURBIN ANGIN KECIL
Sistem turbin angin kecil menghasilkan tenaga listrik yang dibutuhkan untuk operasi,
misalnya, sistem pencahayaan, pompa atau beban yang lebih kecil.Mereka digunakan untuk
menyalakan benda-benda yang tidak memiliki sistem catu daya sentral pada pembuangan
mereka.
Bidang aplikasi meliputi:
Memberikan kekuatan untuk rumah tangga terpencil, pemancar radio bergerak atau
rumah liburan tanpa koneksi ke jaringan listrik pusat.
Elektrifikasi teknologi manajemen lalu lintas.
Elektrifikasi daerah pedesaan terpencil di negara-negara berkembang.
Menyiapkan stasiun pompa terpencil.
Pengisian baterai dari kapal berlayar.
Fitur berikut adalah apa yang membedakan sistem ini dari sistem skala besar:
Generasi tegangan DC
Kurangnya operasi jaringan koneksi mandiri dengan baterai
Dismensions kecil, biasanya tingkat daya di bawah 5 kW
Kelalaian teknologi kontrol otomatis canggih
Baling digunakan untuk pelacakan angin
Gambar 8.
Gambar 9.
PEMBANGKIT LISTRIK TENGA ANGIN DALAM BAURAN ENERGI
Gambar 10.
Berasal dari mana stop kontaklistrik? Pertanyaan ini dapat dijawab dengan lebih mudah
dengan mempertimbangkan campuran energi listrik, yaitu proporsi sumber energi primer seperti
karbon, uranium, gas, angin, air dan panas bumi yang membentuk total pasokan energi listrik.
Kami telah mempersiapkan beberapa grafik yang menunjukkan campuran energi
kontemporer.Untuk menjaga pasokan energi mereka, negara-negara industri seperti Jerman
sedang berjuang untuk campuran energi tahan lama. Salah satu tujuan dalam proses ini adalah
untuk melestarikan dan memperbaiki kondisi ekologi, ekonomi dan sosial.Grafik disediakan
selanjutnya mengizinkan perbandingan antara campuran energi saat ini bekerja di Gemany,
Amerika Serikat, Perancis, dan China
CAMPURAN ENERGI DI JERMAN
Ilustrasi di bawah ini adalah (gross) campuran energi yang digunakan di Jerman pada
tahun 2007.
Gambar 11.
Grafik menunjukkan bahwa Jerman berjuang untuk campuran energi yang sehat.Energi
nuklir, batubara coklat dan batubara mineral masing-masing membentuk proporsi sekitar 25%,
sedangkan energi angin terdiri dari sekitar 6% dari pasokan listrik.
CAMPURAN ENERGI DI AS
Diilustrasikan di bawah ini adalah campuran energi yang digunakan di Amerika Serikat
pada tahun 2007.
Gambar 12.
Menurut tabel ini, bahan bakar fosil membuat 86% dari sumber USA energi primer,
energi nuklir merupakan hanya 8% dari total energy campuran. Sisanya 6% didistribusikan di
antara sumber energi lain seperti yang terbarukan, termasuk angin.
CAMPURAN ENERGI DI PERANCIS
Diilustrasikan di bawah ini adalah campuran energi yang digunakan di Perancis pada
tahun 2007.
Gambar 13.
Perbandingan antara campuran energi di Perancis dan Amerika Serikat menunjukkan
bahwa energi nuklir di Perancis memainkan peran yang lebih signifikan, membuat sebuah
proporsi 41%.Bahan bakar fosil adalah Sejalan dengan kurang penting, yang merupakan hanya
sekitar setengah dari campuran energi Perancis.Sumber energi terbarukan seperti angin, juga,
membuat sebuah proporsi yang relatif kecil, yaitu hanya 4%, dari bauran energi Perancis.
CAMPURAN ENERGI DI CHINA
Diilustrasikan di bawah ini adalah campuran energi yang digunakan di China pada tahun
2007.
Gambar 14.
Grafik menunjukkan bahwa Cina mencakup tiga perempat dari kebutuhan listrik dengan
batu bara, sumber energi terbarukan seperti angin memainkan peran yang dapat diabaikan. Untuk
memperbaiki ketidakseimbangan ini, China telah menetapkan tujuan mulia dalam program lima
tahun yang kesebelas: Kebijakan Energi berpusat sejauh pada batubara akan melampirkan lebih
penting untuk energi nuklir dan terbarukan di masa depan. Terutama energi angin sedang sangat
dipromosikan saat ini, banyak daerah mengalami pengembangan untuk pertanian angin yang
besar.
CAMPURAN ENERGI DI MASA DEPAN
Gambar 15.
Karena keragaman sumber energi yang tersedia, campuran energi di masa depan tidak
dapat diprediksi secara akurat. Namun, sumber energi terbarukan, terutama angin, yakin untuk
mendapatkan signifikansi dan mungkin akan menggantikan sumber energi fosil seperti batubara
dan gas dalam jangka panjang. Meskipun demikian, energi terbarukan saja tidak akan cukup di
masa depan, kompatibilitas yang panjang, tetapi juga ekonomi dan pasokan diandalkan.
ANGIN
Gambar 6.
Sebuah pembangkit listrik tenaga angin mengubah energi kinetik dari aliran udara (angin)
menjadi energi listrik.Operasi yang efisien dicapai pada kecepatan angin yang tidak terlalu
rendah atau terlalu tinggi.Operator pembangkit tenaga angin mencari lokasi yang menawarkan
kondisi angin terbaik untuk tanaman mereka.
Pertanyaan-pertanyaan berikut muncul dalam benak di sini:
Bagaimana angin muncul?
Faktor pengaruh angin?
Apa kecepatan angin biasa?
Ini dan lainnya pertanyaan telah terjawab dalam bab ini.
DAERAH TEKANAN TINGGI DAN RENDAH
Pada akhirnya angin pada dasarnya disebabkan energi matahari.Variasi suhu di
permukaan bumi mengakibatkan wilayah sehubungan dengan perbedaan dari tekanan rendah dan
tinggi di atmosfer.Perbedaan tekanan dikompensasi oleh aliran udara atau angin dari tekanan
tinggi ke daerah tekanan rendah.
Gambar 17.
Aliran udara skala besar dan sirkulasi planet (misalnya perdagangan dan angina Monson)
dipengaruhi oleh rotasi dan laut daratan distribusi bumi. Angin lokal dipengaruhi oleh medan
kekasaran. Bangunan juga mempengaruhi aliran udara dengan cara gejolak yang timbul pada
bangunan sisi bawah angin. Air yang mengalir dari tekanan tinggi ke zona tekanan rendah
cenderung menghasilkan pergolakan vertikal yang kuat yang mengakibatkan embusan angin
biasa.dalam proses ini, udara di dekat tanah diperlambat oleh gesekan dan akibatnya disusul oleh
massa udara di atasnya.
Ombak memecah di pantai laut dapat berasal dari mekanisme yang sama. Oleh karena itu,
embusan angin hanya efek dari sebuah vertikal, gerak bergulir massa udara.
BAGAIMANA ANGIN MUNCUL
Variasi suhu di permukaan bumi menimbulkan aliran udara, atau angin.
Gambar 18.
Seperti air, energi kinetik angin merupakan sumbertenaga yang bersih dan tak ada
habisnya. Namun, cara memanfaatkan sumber ini secara teknis terbatas: Angin bertiup tidak
teratur dan tidak merata, dan dapat menghasilkan kekuatan yang sangat merusak.
DATARAN KEKASARAN
cepat seperti naik di atas tanah.Kekonstanan arus udara juga meningkat dengan
ketinggian. Namun, pola angin tidak pernah benar-benar homogen, hembusan intensitas yang
berbeda yang disebabkan oleh variasi dalam medan kekasaran dan perbedaan vertikal dalam
suhu udara.
Ilustrasi di bawah ini menunjukkan bagaimana medan pengaruh kekasaran angin
kecepatan di atas wilayah Jerman, misalnya. Sedangkan utara relatif datar, pegunungan rendah
mencapai ketinggian sekitar 1000 m dapat ditemukan lebih jauh ke selatan, sedangkan kaki
Pegunungan Alpen di selatan yang terutama lebih tinggi.
Gambar 19
Profil Angin
Grafik ini mengindikasikan bahwa rata-rata kecepatan pertahun angin di atas laut lebih tinggi
daripada di daratan, walaupun pada ketinggian yang rendah.Ini dikarenakan permukaan laut
secara umum tidak sekasar dibandingkan di daratan, sehingga angin tidak mampu menahan
gesekan sebanyak gesekan di daratan.
Gambar 20
Setiap negara mempunyai tipikal angin yang berbeda tiap wilayahnya.Misalnya di Jerman, arah
angin yang berhembus adalah vertikal dari utara ke selatan
Kecepatan angin
Karena kecepatan angin berbeda-beda selama pembangkit tenaga angin dioperasikan, masingmasing PLTB menyiapkan sensor sebagai alat ukur kecepatan angin. Sensor biasanya meliputi
sebuah cup anemometer atau peralatan ultrasonik, terakhir, ada peralatan yang tidak
menggunakan cup atau disebut dengan “wear-free”, yang dapat menggantikan cup anemomete.
Gambar 21
Dalam praktiknya di beberapa area, kecepatan angin diindikasikan dalam satuan meter per detik
(m/s).Namun, alat ini juga bisa mengkonversi ke dalam km/h or knots.Dalam ilmu meteorologi,
kecepatan angin biasanya dispesifikasikan dalam bentuk skala Beaufort, yang diciptakan oleh Sir
Francis Beaufort in 1806 dari Inggris. Tabel dibawah ini mengindikasikan konversi antara skala
Beaufort dan satuan modern kecepatan angin
No.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Skala Beaufort
m/s
0-0.1
0.3-1.5
1.6-3.3
3.4-5.4
5.5-7.9
8.0-10.7
10.8-13.8
13.9-17.1
17.2-20.7
20.8-24.4
24.5-28.4
28.5-32.6
>32.7
Calm
Light air
Light breeze
Gentle breeze
Moderate breeze
Fresh breeze
Strong breeze
High wind
Gale
Strong gale
Storm
Violent storm
Hurricane
Kecepatan Angin
Km/h
117
Desain Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Angin meliputi massa udara yang bertiup dengan kecepatan pasti. Angin mempunyai energi
kinetik.Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengonversi energi kinetiknya menjadi gerakan rotasi.
Ini nantinya akan menggerakan rotor dan poros yang terhubung.
Poros rotor dari pembangkit listrik tenaga angin dapat terpasang secara vertikal dan horisontal
seperti gambar di bawah :
Gambar 22
Desain Poros Vertikal
Dikembangkan oleh Letnan Finnish dikomado Sigurd Savonius, desain rotor ini diperkenalkan
pada akhir abad 19 dan telah ditemukan penggunaannya secara luas khususnya sebagai roda
kipas pada kapal dan mobil van. Terkadang, ini juga digunakan sebagai pengendali mekanik
untuk sebuah pompa air kecil.
Desain yang diilustrasikan ini ditemukan oleh Frenchman Georges Darrieus. Keuntungan dari
desain ini adalah hanya memerlukan angin yang tidak terlalu kencang dan juga komponen yang
lainnya dapat dipasang dibawah tanah. Bagaimanapun, ini juga mempunyai kerugian, yaitu rotor
yang sangat bergantung pada pengasutan di awal dan ketidakmampuan untuk mengkalibrasi
kecepatan.Rotor H yang ditunjukkan disini adalah sebuah variasi dari rotor Darrieus.Walaupun
tidak mencapai kesuksesan dalam hal ekonomi, desain ini mampu menghasilkan output 10 kW
meski dalam angin yang tidak berhembus kencang.
Gambar 23
Varian Propeller
Desain yang menggunakan poros rotor vertikal hanya berperan sampingan dalam teknologi
modern energi angin, sebenarnya lebih baik daripada rotor horizontal, yang sering disebut
sebagai propeller.Secara teknik, desain ini sebenarnya tidak terlalu akurat, yang mana rotor tidak
secara langsung berputar diawal.Sebenarnya, penyebutan “repeller” untuk desain ini lebih
tepat.Namun, desain propeller ini tetap digunakan dalam hal ini.
Varian propeller ini mempunyai fitur :
Van rotor dapat dikalibrasikan, sehinggan dapat mengontrol torsi rotor dan juga output
keluaran. Van rotor yang dapat dikalibrasikan ini dapat mencegah rotasi yang berlebihan
akibat angin terlalu kencang.
Van rotor dapat dibentuk secara ideal dan aerodinamik untuk efisiensi maksimum.
Pembangkit dengan rotor ini merupakan varian teknologi yang besar.
Sejak pembangkit listrik tenaga angin menggunakan desain ini , kami akan membahasnya secara
detail.
Gambar 24
Komponen dari turbin angin yang kecil
Komponen dari turbin angin yang kecil ini terdiri dari :
Rotor dengan pisau rotor
Van angin
Generator
Rectifier
Slip ring untuk transfer energi
Regulator
Batere yang dapat dicas ulang
Inverter
Blok diagramnya dapat digambarkan dibawah ini :
Gambar 25
Pisau rotor dan Van angin
Gambar 26
Turbin angin kecil yang dapat berkecepatan tinggi terdiri dari tiga pisau rotor. Pisau rotor tidak
bergantung dengan beban berat yang tak biasa, contohnya
Momen yang diakibatkan berat rotor yang tidak inheren, dan angin yang berlawan arah,
Beban yang tak beraturan akibat angin turbulen,
Material yang disebabkan kondisi cuaca
Kekuatan sentrifugal.
Pisau rotor terdiri dari material fiber gelas dengan resin poliester atau resin eksposi. Ini didesain
dengan bentuk aerodinamik.
Rotor dapat dihentikan kerjanya saat pemeliharaan ataupun saat gangguan. Ini dapat direm
secara mekanik ataupun elektrik oleh stop switch.
Sistem turbin angin secara normal menyediakan mekanisme angin pasif.Rotor angin ini sering
disebut van angin.Ukuran dan model yang didesain sehingga dapat bereaksi secara cepat ketika
arah angin berubah.Dalam sistem dengan poros vertikal dapat disesuaikan dengan turbin angin
sehingga bisa berorientasi dengan benar terhadap angin.
Generator
Gambar 27
Untuk pengertian lebih baik terhadap generator, gambar dibawah menjelaskan secara sederhana
sebuah generator.Rotor meliputi magnet permanen.Secara animasi, operasi ditunjukkan secara
sederhana dalam bentuk sebuah kutub.
Secara esensial stator terdiri dari tiga sudut. Sudut terakhir saling dihubungkan dan membentuk
poin netral
Gambar 28
Jika rotor menggunakan propeller, itu akan berotasi dan menginduksi tegangan secara sinusoidal.
Ini mencapai tegangan positif maksimum ketika kutub utara magnet dari magnet berotasi
melewati kutub yang ditengah dan tegangan negatif maksimum ketika magnet melewati kutub
utara magnetik.Sudut dari ketiganya adalah sebesar 120 derajat.Tegangan per phasa berbeda
sudut sebesar 120 derajat.Puncak tegangan dan frekuensi dari tegangan generator bergantung
dengan kecepatan rotasi.
prinsip-prinsip fisika
pada bab sebelumnya, kita belajar bahwa sebuah poros rotor pembangkit listrik tenagaangin
dapatmemiliki tata letakvertikal atauhorisontal. Bagaimanapun, kita belummenelitiprinsipprinsipterkaitdimanarotormemanfaatkanaliranudarauntuk mengubah energi.
Dua prinsipoperasiyangterlibat di sini.Pertama, rotordapatmemperoleh energieksklusif
dariresistansi yang permukaannyamenawarkan untukaliran udara, dalam halsalah satuberbicara
tentangprinsip-prinsipresistansi. Kedua, rotor dapat memperoleh energi melalui lift aerodinamik
disebabkan oleh sebuah aliran udara melewati riwayat permukaan yang pantas (prinsip daya
angkat)
Prinsip resistansi
* kincir rusia
* rotor savonius
* anemometer cup
Prinsip lift
Tanpa optimisasi aerodinamik
Kincir jerman
Rotor multivan
eropa)
Tanpa
optimisasi
aerodinamik
Rotor darrieus
(rotor Baling-baling
Karena semua pembangkit listrik tenaga angin modern beroperasi dengan prinsip daya angkat
menggunakan aerodinamik dioptimalkan baling-baling rotor,
Kecepatan relatif angin
Kebanyakan
pembangkit
listrik
tenaga
angin
modern
mengolah
baling-tipe
rotordenganprofilaerodinamissecara
optimal.baling-balingpadarotortersebutpada
dasarnyaberbentuk
sepertisebuah
airfoil.apa
yang
membuatsebuah
pesawatbisa
terbangadalahdaya angkatyang dihasilkan olehsayapnya. Aliran udara pada pendekatan
kecepatan v’ melewati posisi profil sayap pada sudut penyerangan α. Pada proses ini, tidak
peduliapakahkecepatanpendekatanadalah darisayapbergerak denganlajuv'melalui massa udara
(seperti dalam kasuspesawat terbang), atau pada massa udara (i.e. wind) menimpapadabalingbalingdarirotorstasioner. Suatu halnyaadalah kecepatanrelatif antaraairfoildanudara.
Animasi dibawah ini menunjukkan 2 aircraft berpindah pada kecepatan udara yang sama.
karenapergerakanudara, bagaimanapun (pangkal angin atau akhir angin), penutup pesawat
mutlak berbeda jarak (diukur pada ground). Ini menyiratkan perbedaan kecepatan tanah.
Gambar 29
Di pangkal angin, burung kadang-kadang kelihatan “tak berubah” di udara. Di kasus ini, sayap
mereka menggunakan pergerakan relatif angin untuk membangkitkan daya angkat yang
dibutuhkan. Dengan respek pada ground, bagaimanapun, burung tidak memerlukan banyak jarak
substantial, i.e. kecepatan ground mereka adalah praktis nol.
Daya angkat
Ketika aliran udara dibelokkan oleh angin, resultan kecepatan aliran melebihi profile adalah
lebih besar daripada kecepatan resultan aliran udara dibawah profil.Karena perbedaan dalam
kecepatan, tekanan diatas profil lebih rendah dari tekanan di atasnya.Perbedaan tekanan
mendesak kekuatan daya angkat Fa pada sayap, mengijinkan untuk terbang sisa.Pada kasus
pembangkit listrik tenaga angin, tenaga ini menyebabkan baling-baling rotor berputar.
Gambar garis mempersingkat membuat kemungkinan untuk jalur lintasan dari partikel udara
pada aliran udara dari menggambarkan pointnya. Secara teori, ada beberapa jumlah jalur
lintasan tak terbatas.Untuk kejernihan, bagaimanapun, pola aliran hanya terdiri atas beberapa
jalur lintasan pada masing-masing kasus untuk melayani sesuatu gambar aliran udara yang dapat
dipahami.
Daya angkat
Tenaga daya angkat memindahkan sayap naik, demikian membuat pesawat terbang dapat terbang
Ruuuuiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiotor vane motioiiuuu Vane Motionotor
ooooooooooooooooooooooooooooooooooopppppppppp
ppppp
apppppne motion
Pergerakan baling-baling rotorKebanyakan keadaan artinya menggunakan tenaga angin dengan
daya angkat yang memiliki prinsip turbin angin dengan sebuah tangkai horizontal, contohnya
sebuah baling-baling berputar pada bidang vertikal dengan respek untuk pemusatan angin.
Selama operasi dari turbin angin, dibutuhkan catatan mengenai
Udara (kecepatan angin v1) dan
Baling-baling (lingkar kecepatan vu, disebabkan oleh pergerakan putaran
baling-baling )
Ada dua kecepatan sudut yang satu sama lain (berlawanan dengan sayap).Sejak kedua
perpindahan mengambil tempat secara simultan, datangnya kecepatan efektif v’ (contohnya
indikasi kecepatan udara oleh hipotesis pengukuran menjulang peralatan baling-baling yang
dipindahkan) tidak sama dengan kecepatan angin. Malahan, ketenangan dari kecepatan angin v1
dan lingkar kecepatan baling-baling rotor Vu. gerakan baling-baling rotor
Cara yang paling umum memanfaatkan kekuatan angin dengan prinsip angkat adalah turbin
angin dengan poros horisontal, yaitu baling-baling berubah pada bidang vertikal sehubungan
dengan arah angin.selama pengoperasian turbin angin tersebut, maka perlu dicatat bahwa berada
dalam gerakan.
-Udara
(kecepatan
angin
v₁)
dan
-Baling-baling (melingkar kecepatanvu, yang disebabkan oleh baling-baling bergerak berputar)
kedua kecepatan ini di sudut kanan satu sama lain (sebagai lawan dari sayap pesawat terbang).
karena kedua gerakan terjadi secara simultan, efektif pendekatan kecepatan Vu
Gambar 48
vektor
kecepatan
karena kedua gerakan terjadi secara simultan, efektif pendekatan kecepatan v' (yaitu kecepatan
udara yang ditunjukkan oleh alat ukur hipotetis dipasang pada baling-baling bergerak) tidak
sama dengan kecepatan angin. sebagai gantinya, itu terdiri dari kecepatan v₁ angin dan balingbaling rotor yang melingkar kecepatan vu. Mendekati intinya, vu jauh lebih rendah dari dekat
ujung baling-baling, kecepatan pendekatan akibatnya bervariasi sepanjang panjang baling-baling.
Gambar 49
Gambar 50
Karena sumbu dari baling-baling pada bidang vertikal sehubungan dengan kecepatan angin, v'
dapat dihitung dengan mudah menggunakan teorema Pythagoras:
V’² = V₁² + V₁₁²i.e. V’ =
√ V ₁ 2+V ₁ ₁²
efektif
menunjukkan
aliran
Seperti terlihat dalam diagram, arah v’ berbeda dengan yang ada pada v₁ kecepatan angin, yakni
diputar oleh sudut β. efektif pendekatan kecepatan v ' menentukan ukuran dan besarnya gaya
angkat dan ketahanan baling-baling. Dengan perbandingan, sudut serang α menunjukkan
kecenderungan profil sehubungan dengan kecepatan angin efektif.
Gambar 51
penyesuaian sudut serang: kecil
sedang
besar
pada kecepatan vu = 0 (rotor macet), sudut penyesuaian Y sama dengan sudut α. Dengan
meningkatnya kecepatan melingkar, begitu juga sudut β. untuk mempertahankan sudut konstan
yang berkaitan dengan kecepatan angin efektif, sudut penyesuaian γ harus ditingkatkan Sejalan.
seperti yang ditunjukkan di atas, sudut terhadap baling-baling pembangkit listrik tenaga angin
tergantung pada pendekatan yang efektif kecepatan v ' dimana pada gilirannya, tergantung pada
kecepatan vu melingkar. setiap titik imajiner pada baling-baling rotor berada pada jarak tertentu
(radius) ke hub rotor. Titik A selalu lebih jauh memiliki kecepatan melingkar lebih tinggi dari
pada
Vu
titik
dekat
inti.
titik imajiner di ujung baling-baling rotor yang memiliki sudut tertentu α (sudut antara angin dan
rotor baling-baling). sebagai titik tersebut akan dipindahkan lebih dekat ke inti, kecepatan
keliling menurun, yaitu bagian dari aliran udara menimpa baling-baling rotor dari depan (yaitu
angin seperti itu), meningkat dibandingkan dengan bagian dari aliran udara disebabkan oleh
kecepatan melingkar.
Mengingat ketentuan yang mengatur penyesuaian sudut Y dalam praktek, baling-baling rotor
memutar dari kedekatan inti (kecepatan keliling rendah) menuju ujung baling-baling (kecepatan
keliling
tinggi),
mirip
dengan
pisau
pada
baling-baling
pesawat.
dalam kasus rotor bergerak dengan kecepatan konstan (Vu = const.), sekarang juga menjadi jelas
mengapa sudut penyesuaian baling-baling tetap Y hanya dapat membuktikan optimal pada
kecepatan angin V₁ tertentu. Mekanisme penyesuaian rotor baling-baling otomatis
memungkinkan optimasi dinamis di sini.
pusat
untuk memanfaatkan angin seefisien mungkin, intuisi akan menyarankan pengaturan sudut ke
nilai yang sangat tinggi. jika sudut ini menjadi terlalu besar, namun aliran udara terganggu
bukannya mengalir lancar melewati airfoil. ini menghasilkan putaran acak dan penghapusan
segera angkat. sebagai akibatnya, kecepatan airfoil yang tajam turun. Efek ini disebut "pusat",
seperti yang biasa digunakan dalam bidang penerbangan.
Gambar52
pesawat terbang stall ketika sudut sayapnya (disesuaikan sampai batas tertentu oleh elevator)
dalam aliran udara menjadi terlalu besar. dianggap sangat berbahaya oleh pilot, ini hasil
situasitiba-tiba kehilangan angkat, menyebabkan pesawat untuk turun tajam dan tak terkendali.
tenaga angin
menggunakan pembangkit listrik tenaga angin khas dengan keluaran listrik 2 MW sebagai
contoh, sekarang kita akan mengkaji bagaimana tenaga angin dikonversi.
diameter rotor : 75m
lingkar bepergian dengan ujung baling-baling : 236m
daerah yang dicakup oleh rotor : 4416m2 (area lapangan sepak bola : 7140m2)
kecepatan rotor : 16 rpm (pada kecepatan angin 12m / s)
kecepatan ujung baling-baling : 64m / s atau 230km / h
kecepatan di pusat hu: 0
kecepatan seperempat dari panjang baling-baling ini : 16m / s
kekuatan angin dapat dihitung sebagai berikut:
Pwind =
1
* ρ * A* v³
2
ρ adalah densitas udara (1,3 kg / m). dengan menerapkan nilai-nilai yang ditentukan lebih lanjut
di atas, diperoleh hasil sebagai berikut:
Pwind =
1
2
* 1,2
kg
m³
* 4416 m² * 12³
m³
s³
Pwind ≈ 4,6 MW
batas
Betz
sejak pembangkit listrik tenaga angin kami memiliki nilai kapasitas hanya 2MW, namun,
sekarang kita perlu menjelaskan kerugian. koefisien daya Cp yang digunakan untuk engevaluasi
kekuatan yang diperoleh oleh rotor dari aliran udara. yang menunjukkan proporsi tenaga angin
gratis itu diubah menjadi listrik yang berguna, koefisien ini dihitung dengan menggunakan
persamaan
berikut
berlaku
untuk
turbin
angin
yang
ideal:
Cp=Pnuts /Pwind karena impinges dengan V₁ kecepatan pada turbin angin, angin terhambat.
belakang turbin, kecepatan angin (V₂) hanya sekitar 1/3 dari nilai di depan turbin. jika Cp diplot
sebagai fungsi dari rasio antara V₂/V₁, atau retardasi, maksimal di Cp dapat diamati pada titik
sepertiga dari jalan sepanjang sumbu V₂/V₁.
Gambar 54
Batas Betz diistilahkan, inikoefisien daya Cp max merupakan teoritis, proporsi maksimum daya
mana turbin angin yang ideal dapat memperoleh dari angin
Cpmax =
16
27
≈ 0,59
Fungsi kecepatan generator terhadap kecepatan angin
Tiang dan konduksi arus listrik
Dalam sistem turbin angin yang kecil, tiang biasanya di konstruksi menggunakan pipa baja.
Untuk memperoleh respon kekakuan pipa yang digunakan. Bahkan untuk sistem yang lebih
besar dan tinggi, tiang dengan jaring - jaring pun digunakan. Pada kebanyakan sistem turbin
angin, nacelle di situasikan pada tiang sehingga turbin akan dengan bebas berputar. Rotor diputar
angin akibat putaran baling – baling.
Agar nacelle bebas berputar, energi di transfer ke power line dengan menggunakan cincin slip.
Pada banyak hal, sebuah rectifier diinstal dalam generator sehingga hanya dua kabel yang
dibutuhkan. Pada kasus power line, yang harus diperhatikan adalah bahwa respon persilangan
dipilih karena tegangan rendah dan arus tinggi terjadi.
Gambar 64
Tiang dan konduksi arus listrik
Pengontrol muatan
Pada kondisi ini, pengontrol muatan digunakan untuk memastikan
bahwa muatan optimal
disuplai untuk hubungan baterai. Pada saat yang sama, ini mengoperasikan kabel pengontrol
muatan elektronik otomatis untuk generator angin. Energi yang tidak diserap oleh baterai adalah
keluaran ke resistor muatan menggunakan PWM. Inilah cara generator angin melanjutkan
pengoperasian dibawah muatan listrik bahkan ketika baterai diisi penuh dan pada kondisi
kecepatan angin yang tinggi.
Pengontrol muatan beroperasi menurut prinsip tegangan konstan. Tegangan baterai terbatas pada
level pengisian penuh. Jika anginnya terlalu kecil (generator tegangan rendah) baterai tidak terisi.
Gambar 65
Cadangan energy
Akibat masalah ekonomi, akumulator Timbal telah memiliki cadangan energy yang
besar. Akumulator ini mirip dengan baterai mobil namun sedikit dimodifikasi untuk kerja
yang lebih lama.
Desain dasar sebuah akumulator Timbal diiliustrasikan dibawah ini. Ini terdiri atas dua
elektroda: yang positif terbuat dari dioxide Timbal (Timbal oksigen)atau (PbO 2) dan yang
negatifnya terbuat dari Timbal (Pb) untuk keadaan ketika akumulator diisi. Dua isolator di
pisahkan menggunakan isolator berbahan plastic. Elektroda yang telah dipisahkan kemudian
dipasang dalam sebuah penggabungan elektrolit asam sulfur (H2SO4)
Gambar 73
Sebuah sel akumulator Timbal mempunyai tingkat tegangan 2v. untuk mencapai sebuah
tegangan operasi dari 12V, 6 sel di hubungkan dalam hubungan seri.
Selama pengeluaran muatan, elektroda Timbal oksigen yang positif (PbO 2) dan Timbal
yang negatif (Pb) ereaksi dengan asam sulfur. Hasilnya, Timbal oksigen (PbSO 4) meningkat
pada elektroda negatif dan electron dikeluarkan. Elektroda positif menerima electron, juga
meningkatkan Timbal oksigen (PbSO4) selain air (H2O). Proses ini di elicida pada animasi
dibawah ini.
Gambar 74
Pada aplikasi tegangan muatan untuk akumulator bertolak belakang dengan reaksi pelepasan
muatan. Elektroda negative menerima electron dan Timbal oksigen dipisahkan, meninggalkan
Timbal murni pada elektroda.Timbal oksigen juga dipisahkan pada elektroda positif, bersamaan
dengan pelepasan electron, sehingga yang tertinggal adalah Timbal oksigen seperti yang
ditunjukkan pada animasi selanjutnya.
Gambar 75
Perawatan Dari Sebuah Akumulator
Ketika menggunakan aki, pastikan untuk melindunginya dari pengisian yang berlebihan dan
pemberhentian yang dalam, kenaikan pemberian akhir mengarahkan pada sulfat kristal yang
sangat sulit atau tidak mungkin untuk terurai selama pengisian ulang. Pelepasan yang dalam
dapat dicegah dengan menonaktifkan beban terhubung keakumulator segera setelah tegangan
turun di bawah 11,4V.
Sebuah masalah yang berbeda terjadi jika akumulator diisi dengan sebuah tegangan yang terlalu
tinggi (overcharging). Dari tegangan sekitar 13.8 V, akumulator memulai untuk memancarkan
gas. Elektrolisis menguraikan air elektrolit ke dalam hidrogen dan oksigen yang melepaskan diri
dari akumulator. Periksa tingkat air akumulator pada interval biasa dan isi dengan air sulingan
bila dibutuhkan.
Sejak keluaran oxyhydrogen siap meledak, pastikan ruangan memiliki ventilasi yang baik.
Buka the wind control centre virtual instrument. Untuk tujuan ini, mesin servo tahan uji harus
sudah diaktifkan dan terhubung ke P Cmelalui USB intervace.
Pilih mode the wind control.
Mulai pengujian mesin melalui tombol power.
Atur kecepatan angin yang diperlukan dan ukur arus yang sesuai.
Masukkan nilai arus beban dibawah ni.
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
: 0 m/s
:
mA
:
mA
: 4 m/s
:
mA
:
Ma
: 8 m/s
:
mA
:
mA
: 12 m/s
:
mA
:
mA
Ubah pengkabelan yang ditampilkan dibawah dan ukur arus total ( beban dan pengisian
arus) pada berbagai jenis kecepatan angin.
Gambar 78
Masukkan nilai arus total dibawah ini.
Pengisian baterai memilki
peran yang signifikan pada
pengukuran ini.
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
Kecepatan angin
Lampu halogen
Lampu LED
: 0 m/s
:
A
:
A
: 4 m/s
:
A
:
A
: 8 m/s
:
A
:
A
: 12 m/s
:
A
:
A
Gunakan nilai pengukuran untk menghitung pengisian arus baterai pada masalah yang
lain.
Kecepatan angin
: 0 m/s
Lampu halogen
:
A
Lampu LED
:
A
Kecepatan angin
: 4 m/s
Lampu halogen
:
A
Lampu LED
:
A
Kecepatan angin
: 8 m/s
Lampu halogen
:
A
Lampu LED
:
A
Kecepatan angin
: 12 m/s
Lampu halogen
:
A
Lampu LED
:
A
Gunakan nilai pengukuran yang diperoleh untuk arus beban dan asumsikan bahwa baterai
bisa mengalirkan hingga 65 % dari kapasitasnya untuk beban.Hitung waktu otonomi
(masa dimana beban dapat didukung secara eksklusif oleh baterai).
Waktu otonomi lampu halogen
:
jam
Waktu otonomi lampu LED
:
jam
Mengintegrasikan sebuah inverter
Mengintegrasi sebuah inverter
Jika peralatan rumah tangga standar yang didukung oleh pembangkit listrik tenaga angin
kecil, itu dibutuhkan untuk merubah keluaran arus / tegangan DC ke dalam arus/tegangan
AC.
Konversi dilakukan dengan menggunakan katup switch able yang digunakan dalam
elektronika daya. Katup ini meliputi semikonduktor yang mampu mengganti tegangan di
atas 1000 V dan arus di atas 1000 A. komponen semikonduktor terdiri dari :
Daya transistor bi-polar
Medan daya-pengaruh transistor
Diode yang dapat dikendalikan (tyristor)
Square-gelombang inverter
Skema di bawah ini menampilkan sebuah rangkaian jembatan 2 pulsa (B2 circuit), salah
satu merupakan rangkaian inverter sederhana
Gambar 79
Pasangan katup 1/4 dan 2/3 diaktifkan melalui interval waktu tetap. Hasil ini berada di
sekitar tegangan alternating rectangular pada output rangkaian jembatan. Tegangan
alternating rectangular bisa dibuat untuk perkiraan sebuah karakteristik sinusoidal
melalui pengaktifan katup bukan pada perlintasan nol, tapi pada titik seimbang.
Inverter sinusoidal
Inverter sinusoidal modern biasanya beroperasi berdasarkan prinsip dari pulsa- modulasi
lebar. Seperti dalam kasus inverter gelombang persegi, sebuah rangkaian jembatan B2
juga digunakan. Namun, katup tidak aktif / dinonaktifkan lebih dari setengah gelombang,
hal itu beralih berulang kali selama siklus tersebut seperti yang digambarkan di bawah
ini.
Gambar 80
Hasil pola switching dalam pulsa dari lebar yang berbeda. Urutan pulsa disaring untuk
menghasilkan sebuah karakteristik tegangan yang mendekati sinus
Sistemhybriduntuk
catu
dayaluar
jaringan
listrikmenggunakanturbin
angindanfotovoltaik
sistem hybrid untuk catu daya luar jaringan listrik menggunakan turbin angin dan
otovoltaik
salah satu elemahan dari sistem catu daya seperti pembangkit listrik tenaga angin kecil
dan pembangkit fotovoltaik berdiri sendiri yang mengandalkan angin dans inar matahari
sebagai umber energi terbarukan adalah bahwa sumber-sumber ini tidak selalu tersedia.
Untuk memastikan pasokan konstan listrik, jumlah energi yang tepat harus disimpan
secara menengah untuk mengizinkan operasi bahkan ketika tidak ada angin atau sinar
matahari tersedia. Saat ini, baterai timbal biasanya digunakan sebagai elemen
penyimpanan energi, beberapa desain baru-baru ini juga menggabungkan sel bahan bakar
hidrogen. Kapasitas penyimpanan tergantung pada konsumsi energi dan otonomi waktu,
i. e. periode dimana fasilitas harus dapat beroperasi dalam ketiadaan angin atau sinar
matahari. Sebuah penggunaan berbagai sumber energi terbarukan mengurangi
persyaratan dalam jangka waktu otonomi dan kapasitas penyimpanan. Sistem dirancang
dengan cara ini disebut sistem hybrid. Mereka membuat penggunaan bersama dari dua
atau lebih sumber energi untuk operasi dan penyimpanan. Diilustrasikan di bawah ini
adalah tata letak dasar dari sistem hybrid menggunakan energi angin dan matahari.
gambar 84