WINDMILL ENERGY

 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN

Tenaga angin atau tenaga angin adalah energi yang diekstraksi dari angin menggunakan turbin angin untuk menghasilkan tenaga listrik, kincir angin untuk tenaga mekanik, windpumps untuk memompa air, atau layar untuk mendorong kapal.

Ladang angin besar terdiri dari ratusan turbin angin individu yang terhubung ke jaringan transmisi tenaga listrik. Menurut analisis Uni Eropa baru-baru ini untuk konstruksi baru, angin darat merupakan sumber yang murah listrik, kompetitif dengan atau di banyak tempat yang lebih murah daripada batu bara, gas atau fosil. Pembangkit lepas pantai stabil dan lebih kuat dari di darat, dan pembangkit lepas pantai memiliki lebih sedikit biaya dampak visual, tetapi konstruksi dan pemeliharaan yang jauh lebih tinggi. Pembangkit angin darat yang kecil dapat memberi makan beberapa energi ke dalam grid atau menyediakan listrik untuk lokasi 

Tenaga angin, sebagai alternatif untuk bahan bakar fosil, berlimpah, terbarukan, didistribusikan secara luas, bersih, tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca selama operasi dan menggunakan lahan kecil. Efek pada lingkungan umumnya kurang bermasalah daripada yang dari sumber daya lainnya. Pada 2013, Denmark menghasilkan lebih dari sepertiga listrik dari angin dan 83 negara di seluruh dunia menggunakan tenaga angin untuk memasok jaringan listrik. Kapasitas daya angin telah berkembang pesat ke 336 GW pada bulan Juni 2014, dan produksi energi angin adalah sekitar 4% dari total penggunaan listrik di seluruh dunia, dan berkembang pesat.

Energi angin sangat konsisten dari tahun ke tahun, tetapi memiliki variasi yang signifikan dari skala waktu yang lebih pendek. Sebagai proporsi windpower di suatu daerah meningkat, kebutuhan untuk meng-upgrade jaringan, dan kemampuan diturunkan untuk menggantikan produksi konvensional dapat terjadi. Teknik manajemen daya seperti memiliki kapasitas penyimpanan yang berlebihan, turbin didistribusikan secara geografis, sumber dukungan dispatchable, penyimpanan seperti dipompa penyimpanan listrik tenaga air, ekspor dan impor listrik ke daerah-daerah tetangga atau mengurangi permintaan saat produksi angin rendah, dapat sangat mengurangi masalah ini. Selain itu, prakiraan cuaca memungkinkan jaringan listrik yang akan disiapkan untuk variasi diprediksi produksi yang terjadi. Tenaga angin dapat dianggap sebagai topik dalam eolics diterapkan.

Kelebihan Tenaga Angin

Ramah lingkungan- keuntungan terpenting dari tenaga angin adalah berkurangnya level emisi karbon dioksida penyebab perubahan ikilm. Tenaga ini juga bebas dari polusi yang sering diasosiasikan dengan pembangkit listrik berbahan bakar fosil dan nuklir.

Penyeimbang energi yang sangat baik -emisi karbon dioksida berhubungan dengan proses produksi.  Pemasangan dan penggunaan  turbin angin selama rata-rata 20 tahun siklus hidup 'membayar kembali' terjadinya emisi   setelah 3-6 bulan pertama-yang berarti lebih dari 19 tahun produksi energi tanpa ongkos lingkungan.

Cepat menyebar-pembangunan ladang angin  (wind farm) dapat diselesaikan dalam waktu seminggu.  Menara turbin, badan  dan bilahan besi di pasang di atas permukaan beton bertulang dengan menggunakan alat pemindah besar.

Sumber energi terbarukan dan dapat diandalkan- angin yang menjalankan turbin selalu gratis dan tidak terkena dampak harga bahan bakar fosil yang fluktuatif. Tenaga ini juga tidak butuh untuk ditambang, digali atau dipindahkan ke pembangkit listrik. Seiring meningkatnya harga bahan bakar fosil, nilai tenaga angin juga meningkat dan biaya keseluruhan pembangkit akan menurun.

Selanjutnya, dalam proyek  besar yang menggunakan turbin ukuran medium yang sudah disetujui, tenaga angin mampu beroperasi hingga 98% secara konstan. Artinya hanya dua persen waktu turun mesin untuk perbaikan- catatan yang jauh lebih baik dari yang bisa diharapkan dari pembangkit listrik konvensional.

MEKANISME

Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.

Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional (Contoh: PLTD,PLTU,dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (Contoh : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.

Perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin dengan diameter kipas r adalah :

 dimana  adalah kerapatan angin pada waktu tertentu dan  adalah kecepatan angin pada waktu tertentu.

Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30%. Jadi rumus di atas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak.
Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.

Sebenarnya prosesnya tidak semudah itu, karena terdapat berbagai macam sub-sistem yang dapat meningkatkan safety dan efisiensi dari turbin angin, yaitu :

1. Gearbox

Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60.

2. Brake System

Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar. Alat ini perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja aman dalam pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrik maksimal pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan. Kehadiran angin di luar diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak di atasi maka putaran ini dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih diantaranya : overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.

3. Generator

Ini adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC(alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal.

4. Penyimpan energi

Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi sebagai back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya listrik masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah sedang menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi. Oleh karena itu kita perlu menyimpan sebagian energi yang dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada saat turbin angin berputar kencang atau saat penggunaan daya pada masyarakat menurun. Penyimpanan energi ini diakomodasi dengan menggunakan alat penyimpan energi. Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki mobil. Aki mobil memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar. Aki 12 volt, 65 Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga (kurang lebih) selama 0.5 jam pada daya 780 watt.

Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini memerlukan catu daya DC (Direct Current) untuk meng-charge/mengisi energi, sedangkan dari generator dihasilkan catu daya AC (Alternating Current). Oleh karena itu diperlukan rectifier-inverter untuk mengakomodasi keperluan ini. Rectifier-inverter akan dijelaskan berikut.

5. Rectifier-inverter

Rectifier berarti penyearah. Rectifier dapat menyearahkan gelombang sinusodal(AC) yang dihasilkan oleh generator menjadi gelombang DC. Inverter berarti pembalik. Ketika dibutuhkan daya dari penyimpan energi(aki/lainnya) maka catu yang dihasilkan oleh aki akan berbentuk gelombang DC. Karena kebanyakan kebutuhan rumah tangga menggunakan catu daya AC , maka diperlukan inverter untuk mengubah gelombang DC yang dikeluarkan oleh aki menjadi gelombang AC, agar dapat digunakan oleh rumah tangga.