Energi angin atau bayu merupakan salah satu sumber renewable energy atau energi terbarukan (EBT) yang jumlahnya tak terbatas di bumi ini. Pembangkit listrik tenaga angin atau bayu (PLTB) menggunakan wind turbine untuk merespon kecepatan angin dengan putaran baling-baling sehingga dapat memutar rotor. Semakin besar rotor blade berputar, generator akan menghasilkan listrik semakin besar. Faktor penting dalam wind turbine adalah kecepatan angin, karena power yang dihasilkan berbanding lurus dengan setengah dikalikan kecepatan angin pangkat tiga , luas sapuan rotor blade (
), kerapatan angin (
, dan konstanta beltz limit
. Tak ayal jika negara-negara yang memiliki potensi angin yang bagus sudah memanfaatkan wind turbine.
Angin mengalir di bumi ini terjadi karena terdapat perbedaan panas yang berada di ekuator dan di kutub. Semakin rendah ke permukaan bumi, aliran angin semakin dipengaruhi lingkungan, sehingga pada negara-negara yang sudah mengimplementasikan teknologi PLTB meletakkan wind turbine di ketinggian yang cukup tinggi dan jauh dari gedung, seperti di laut, padang rumput, dan lainnya. Wind farm yang terdiri atas beberapa wind turbine dapat diletakkan secara on-shore dan off-shore. Wind farm on-shore biasanya berjarak 3 km atau lebih dari pantai, bisa di bukit atau pegunungan. Sedangkan wind farm off-shore berada 10 km dari pantai, biasanya berada di tengah laut yang terbuka. Wind farm dengan area terbuka seperti off-shore dapat menghasilkan kapasitas listrik yang lebih besar daripada on-shore karena interferensi semakin minimal.
Umumnya, karena kecepatan angin berfluktuasi, listrik yang dihasilkan juga tidak menentu sehingga penggunaan baterai sebelum digunakan langsung ke perangkat listrik sangat dibutuhkan. Baterai menyimpan listrik dalam bentuk DC sehingga diperlukan rectifier untuk merubah tegangan AC yang dihasilkan wind turbine menjadi DC sebelum disimpan ke baterai. Namun, bagi area yang telah memiliki potensi angin yang besar dan stabil, output dari wind turbine dapat langsung dihubungkan ke grid jaringan transmisi listrik dengan sebelumnya tegangan dinaikkan oleh transformer.
Secara umum, wind turbine terdiri atas blade, gear box, nacelle, dan tower. Beberapa fungsi bagian lainnya antara lain:
- Rotor Blade
Rotor blade berupa baling-baling dan hub yang berfungsi untuk menerima energi kinetik angin dan merubahnya menjadi energi gerak (mekanik) putar pada poros penggerak. Jumlah blade pada turbin angin bermacam-macam, mulai dari 1, 2, 3, atau lebih. Namun beberapa hasil eksperimen, wind turbine dengan jumlah blade 3 memiliki efisiensi yang lebih tinggi.
- Rotor Hub
Hub merupakan bagian yang menghubungkan blade dengan shaft atau poros utama yang menempel dengan gearbox dan tower.
- Gearbox
Gearbox berfungsi untuk merubah putaran pada kincir angin dari putaran rendah menjadi putaran tinggi. Gearbox yang biasa digunakan memiliki perbandingan 1:60.
- Generator
Generator adalah bagian terpenting dalam sistem turbin angin. Generator berfungsi merubah energi gerak atau mekanik dari putaran blade menjadi energi listrik dengan prinsip medan elektromagnetik. Generator memiliki poros berbahan ferromagnetic permanen. Di sekeliling poros tersebut terdapat stator (bagian yang diam) yang tersusun atas kumparan-kumparan kawat membentuk loop. Saat poros generator berputar maka terjadi perubahan fluks pada generator yang akan menghasilkan tegangan dan arus listrik AC berbentuk sinusoidal. Listrik ini kemudian disimpan ke dalam baterai atau langsung terhubung dengan transmisi eksisting.
- Tower
Tower atau menara merupakan tiang penyangga untuk menopang rotor blade, generator, gearbox, dan semua komponen turbin angin yang ada di bagian atasnya. Menara turbin angin dapat berupa tipe latis (lattice) atau pipa (tubular), baik yang tanpa tali (self supporting) atau dengan penopang tali. Ketinggian menara disesuaikan dengan kapasitas listrik dari angin yang ingin dihasilkan, dan tentu saja disesuaikan dengan potensi angin di area tersebut. Indiana misalnya, salah satu daerah di Amerika ini memiliki turbin angin dengan ketinggian 50 m dapat menghasilkan 30.000 MW, dan diperkirakan dapat menghasilkan sampai 40.000 MW jika menara dinaikkan dengan menjadi 70 m atau lebih. Berat menara menjadi yang paling besar dalam sistem PLTS, mencapa 30-65% dari keseluruhan wind turbine jika menggunakan baja yang dibentuk tubular mengerucut ke atas.
- Sensor anemometer
Anemometer berfungsi untuk mendeteksi kecepatan angin sebagai inputan ke sistem kontrol.
- Sensor arah angin
Sensor ini berfungsi untuk mendeteksi perubahan arah angin. Hasil deteksi nantinya menjadi inputan untuk sistem kontrol agar dapat mengendalikan operasional turbin angin pada kondisi minimum.
- Kontrol yawing
Kontrol yawing biasa digunakan pada wind turbine yang berukuran besar. Kontrol yawing menerima input kecepatan angin dari anemometer dan arah perubahan angin dari sensor arah angin, kemudian memberikan perintah untuk motor servo untuk membelokkan shaft turbin angin.
- Motor servo (yawing motor)
Motor servo berguna untuk menggerakkan yaw drive agar arah blade serta komponen di atas wind turbine menghadap arah angin yang berubah-rubah secara maksimal.
- Nacelle
Nacelle berfungsi sebagai rumah komponen turbin angin seperti generator, gearbox, kontrol, anemometer, dan sistem yawing.
Negara penghasil listrik bersumber angin terbesar di dunia yaitu China dengan kapasitas 2,6 GW pada tahun 2006 menjadi 145 GW pada tahun 2015, diikuti dengan USA dengan kapasitas 11 GW pada tahun 2006 menjadi 141 GW pada tahun 2015, dan Jerman dengan kapasitas 20,6 GW pada tahun 2006 menjadi 44,9 GW pada tahun 2016. Berikut adalah gambaran data sebaran kecepatan angin di seluruh negara.
Walaupun Indonesia berada di antara dua samudra dan dikelilingi lautan, kecepatan angin di Indonesia tidak sebesar dan sestabil dibandingkan kecepatan angin di Jerman ataupun China. Rata-rata kecepatan angin di Indonesia adalah 5 m/s, namun bukan berarti Indonesia tidak memiliki potensi tenaga angin. Walaupun rata-ratanya rendah, namun terkadang kecepatan angin di Indonesia bisa mencapai 12 m/s, seperti yang terjadi beberapa waktu lalu di pantai selatan Yogyakarta dan Ciheras Jawa Barat. Berikut adalah data sebaran potensi angin di Indonesia.
Data kecepatan angin menjadi salah satu parameter penting dalam mengkaji PLTB di suatu daerah. Minimal pengambilan data adalah satu tahun dan periode pengambilan data yang semakin kecil akan membuat data semakin valid, misalnya pengambilan data setiap satu menit akan semakin baik dibandingkan pengambiland data setiap sepuluh menit. Dari data yang diambil oleh LAPAN dan ESDM dengan ketinggian anemometer 50 meter di atas permukaan tanah didapatkan beberapa area di Nusa Tenggara Timur (NTT) memiliki rata-rata kecepatan angin tertinggi, mencapai 7,62 m/s, serta Sulawesi Selatan mencapai 7.33 m/s. Kawasan lainnya yang memiliki potensi PLTB yaitu sekitar selatan Pulau Jawa dan Nusa Tenggara Barat (NTB).
Dengan kecepatan angin 4-5 m/s saja satu wind turbine sudah dapat menghasilkan listrik 10 sampai 100 kWh. Bayangkan jika angin yang bertiup dengan kecepatan lebih tinggi dalam selang waktu perjamnya dan total kapasitas listrik yang dihasilkan dalam satu hari, akan sangat besar hasilnya. Seperti yang dikutip dari catatan Ricky Elson dengan memperhatikan kecepatan angin rata-rata dalam satu jam, jika pada jam pertama kecepatan angin hanya sebesar 2m/s, jam kedua 4m/s, dan jam ketiga 6m/s, maka total energi yang dihasilkan dalam tiga jam sudah mencapai 1220,8 Wh atau 1,2 kW. Bagaimana jika dalam 24 jam bahkan dalam setahun?
Oleh karena itu, lagi-lagi Indonesia memiliki banyak potensi renewable energy yang jumlahnya sangat tak terbatas. Feasibility study yang rinci, pengambilan data kecepatan angin yang akurat dan lama, serta perhitungan investasi keekonomian sangat dibutuhkan untuk membangun PLTB. Peran pemerintah sebagai pemberi regulasi juga memegang peranan penting dalam pembangunan PLTB di Indoensia. Tidak ada salahnya belajar ke negara China ataupun Jerman yang berhasil dengan teknologi wind turbine sehingga kapasitas listrik di sana berlebih.
Leave a Reply