Teknologi Energi Angin & Air (Perancangan PLTB Rumah Tangga) Oleh: ASROFUL ANAM, ST., MT. Jurusan Teknik Mesin S-1 Institut Teknologi Nasional Malang

Review klasifikasi turbin angin sumbu horisontal

Review klasifikasi turbin angin sumbu vertikal

Klasifikasi turbin angin berdasarkan koefisien daya dan speed ratio

Review aplikasi turbin angin

Kurva daya angin yang dapat di ekstraksi oleh turbin angin bersumbu horisontal VS Diameter rotor (Berbagai kecepatan angin)

Kurva daya pada turbin angin jenis propeler

Perhitungan daya untuk berbagai kecepatan angin 1. Menentukan kecepatan angin nominal Indonesia memiliki kecepatan angin anormal berkisar 0 sampai 12 m/s dan kecepatan angin nominal yang biasanya di manfaatkan adalah 5 m/s 2. Perhitungan daya maksimum rotor turbin angin Menurut aturan Betz, daya yang diserap turbin angin tidak akan melebihi 0,593 Watt dari daya total angin yang melalui area sapuan rotor.

Pada tabel di bawah menunjukkan bahwa daya maksimum yang dapat di hasilkan oleh rotor berdiameter 3,5 m pada berbagai kecepatan angin dengan asumsi tidak ada loses, turbulensi, tidak terjadi efek wake, dan efek perubahan luas area diabaikan: Pada kecepatan angin 5 m/s daya maksimum yang dapat di hasilkan rotor sebesar 436,59 Watt, hal ni berbeda pada kenyataannya, bahwa nilai energi yang di hasilkan rotor lebih kecil akibat faktor-faktor semisal loses (gesekan antar komponen), turbulensi, efek wake dan faktor lain.

3. Perancangan rotor turbin angin Rotor turbin angin merupakan kunci utama dalam perancangan turbin angin tipe propeler tiga blade. Dalam mendesain blade rotor turbin angin perlu diketahui berbagai definisi kecepatan angin. Hal–hal yang sudah dianggap umum mengenai definisi kecepatan meliputi: Vcut‐in : Kecepatan angin minimum dimana turbin dapat menghasilkan daya. Vstart : Kecepatan angin minimum yang mampu menggerakkan rotor. Vcut‐out : Kecepatan angin maksimum dimana pada kondisi ini sangat membahayakan kekuatan rotor. Vrated : Kecepatan angin yang mampu menghasilkan daya dengan efisiensi maksimum. Vmean : Kecepatan angin rata–rata di suatu daerah.

Sistem kelistrikan kecepatan konstan (Fixed-Speed) Keuntungan dari sistem kecepatan konstan (fixed-speed) adalah: Sistemnya sederhana, kokoh (robust) dan murah Dapat beroperasi pada kecepatan putar turbin yang konstan dan menghasilkan daya maksimum pada satu nilai kecepatan angin. Cocok diterapkan pada daerah yang memiliki potensi kecepatan angin yang besar.

Sistem kelistrikan kecepatan konstan (Fixed-Speed Kelemahan sistem kecepatan konstan (fixed-speed) adalah: Sistem ini biasanya menggunakan generator tak-serempak (unsynchronous generator), sehingga generator memerlukan daya reaktif untuk bisa menghasilkan listrik sehingga harus dipasang kapasitor bank atau dihubungkan dengan grid. Sistem ini rentan terhadap pulsating power menuju grid Rentan terhadap perubahan mekanis secara tiba-tiba

Sistem kelistrikan kecepatan berubah (variable speed) Keuntungan sistem turbin angin yang menggunakan sistem kecepatan berubah (variable speed) adalah: Didesain agar dapat mengekstrak daya maksimum pada berbagai macam kecepatan. Sistem variable speed dapat menghilangkan pulsating torque yang umumnya timbul pada sistem fixed speed.

Karena menggunakan generator induksi rotor belitan, maka karakteristik kerja generator induksi diatur dengan mengubah-ubah nilai resistansi rotor, sehingga torsi maksimum selalu didapatkan pada kecepatan putar turbin berapa pun. Sistem ini lebih aman terhadap perubahan beban mekanis secara tiba-tiba, Reduksi pulsating power menuju grid dan memungkinkan memperoleh daya maksimum pada beberapa kecepatan angin yang berbeda.

Jenis-jenis sistem kelistrikan kecepatan berubah (variable speed) Kelemahan sistem turbin angin yang menggunakan sistem kecepatan berubah (variable speed) adalah: Jangkauan kecepatan yang bisa dikendalikan masih terbatas Jenis-jenis sistem kelistrikan kecepatan berubah (variable speed) Secara umum sistem variable speed mengaplikasikan elektronika daya untuk mengkondisikan daya, seperti penyearah (rectifier), konverter DC-DC, ataupun inverter. Seperti pada hal berikut 15

Sistem kelistrikan kecepatan berubah /variable speed (Rotor Belitan) Pada sistem variable speed ini menggunakan generator induksi rotor belitan. Karakteristik kerja generator induksi diatur dengan mengubah-ubah nilai resistansi rotor, sehingga torsi maksimum selalu didapatkan pada kecepatan putar turbin berapa pun.

Sistem ini lebih aman terhadap perubahan beban mekanis secara tiba-tiba, terjadi reduksi pulsating power menuju grid dan memungkinkan memperoleh daya maksimum pada beberapa kecepatan angin yang berbeda. Sayangnya jangkauan kecepatan yang bisa dikendalikan masih terbatas.

Sistem kelistrikan kecepatan berubah /variable speed (Back To Back Converter) Pada sistem variable speed ini menggunakan rangkaian elektronika daya untuk mengatur nilai resistansi rotor, sehingga memungkinkan memperbaiki jangkauan kecepatan yang bisa dikendalikan sistem pertama.

Sistem kelistrikan kecepatan berubah /variable speed (Rotor Sangkar) Sistem kelistrikan kecepatan berubah /variable speed (Rotor Magnet Permanen) Perbedaan sistem kelistrikan kecepatan berubah /variable speed jenis Rotor Sangkar dan Rotor Magnet Permanen adalah pada generator yang digunakan.

Aplikasi kincir angin Aplikasi turbin angin sebagai pembangkit listrik Skea kecil : s/d 10 kW (mode STAND ALONE) Skea menengah : 10 s/d 100 kW (mode Hybrid WIND –PV‐DIESEL‐ dll) Skea besar : > 100 kW (mode INTERKONEKSI)

Aplikasi turbin angin untuk pemompaan

Aplikasi turbin angin di daerah tambak

Manfaat – manfaat kincir angin Disamping aplikasi-aplikasi pada hal sebelumnya, kincir angin juga mempunya banyak manfaat bagi kehidupan, diantaranya: Teknologi alternatif untuk menggantikan teknologi yang menggunakan bahan bakar fosil, seperti gas alam dan bahan bakar minyak. Dengan manfaat kincir angin, maka cadangan bahan bakar fosil yang semakin menipis dapat berkurang penggunaannya Pemanfaatan energi yang ramah lingkungan, karena kincir angin merupakan sumber energi yang tidak menimbulkan polusi udara, jauh berbeda dengan kondisi bahan bakar fosil yang dapat menyebabkan munculnya polusi udara yang sangat berbahaya bagi kelangsungan

Manfaat – manfaat kincir angin Membantu penyaluran air irigasi, kincir angin juga sering dimanfaatkan untuk membantu proses irigasi dengan mengalihkan aliran air dari satu parit atau saluran irigasi menuju saluran irigasi lainnya. Membantu proses pemotongan kayu, Beberapa pabrik pemotongan kayu atau saw mill juga memanfaatkan kincir angin untuk membantu proses pemotongan kayu. Mengeringkan hasil panen, dengan meletakan sejumlah hasil panen pada bilah-bilah kincir angin, lalu biarkan kincir angin berputar. Proses ini akan membantu meniriskan air yang masih tersisa dari hasil panen dan dapat mengeringkan hasil panen.

Manfaat – manfaat kincir angin Menggiling padi, kincir angin sering dimanfaatkan pada industri penggilingan padi sederhana untuk menyalakan generator, yang kemudian akan menyuplai listrik untuk menyalakan alat penggiling padi. Sebagai objek wisata, ni merupakan manfaat sampingan yang diperoleh dari kincir angin. Dengan memanfaatkan kincir angin dalam jumlah yang banyak, maka hal ini dapat menjadi daya tarik tersendiri bagi suatu daerah, seperti manfaat kincir angin di belanda, yang dapat menjadi daya tarik bagi turis dan wisatawan asing, sehingga dapat meningkatkan potensi pariwisata pada daerah tersebut. DAN LAIN-LAIN

Terima ksih Perhitungan / perkiraan daya terpasang di lokasi dengan mempertimbangkan : Potensi energy angin Luasan area yang memungkinkan untuk dipasan turbin angin, di mana di area tersebut populasi manusia ( rumah ) penduduk sangat kecil ; bukan hutan lindung / konservasi ; area terbuka ; Dekat dengan existing jaringan PLN