turbinAngin

                                                                turbinAngin 

adalah udara (yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara disekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah.

Gambar: Gerakan angin dilihat daripada foto satelit

Apabila dipanaskan, udara memuai. Udara yang telah memuai menjadi lebih ringan sehingga naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun kerena udaranya berkurang. Udara dingin di sekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Di atas tanah udara menjadi panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin ini dinamanakan konveksi. 

Faktor terjadinya angin

Gradien barometris

Bilangan yang menunjukkan perbedaan tekanan udara dari 2 isobar yang jaraknya 111 km. Makin besar gradien barometrisnya, makin cepat tiupan angin.

Letak tempat

Kecepatan angin di dekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis khatulistiwa.

Tinggi tempat

Semakin tinggi tempat, semakin kencang pula angin yang bertiup, hal ini disebabkan oleh pengaruh gaya gesekan yang menghambat laju udara. Di permukaan bumi, gunung, pohon, dan topografi yang tidak rata lainnya memberikan gaya gesekan yang besar. Semakin tinggi suatu tempat, gaya gesekan ini semakin kecil. 

Angin laut adalah angin yang bertiup dari arah laut ke arah darat yang umumnya terjadi pada siang hari dari pukul 09.00 sampai dengan pukul 16.00. Angin ini biasa dimanfaatkan para nelayan untuk pulang dari menangkap ikan di laut.

Angin Darat

Angin darat adalah angin yang bertiup dari arah darat ke arah laut yang umumnya terjadi pada saat malam hari dari jam 20.00 sampai dengan jam 06.00. Angin jenis ini bermanfaat bagi para nelayan untuk berangkat mencari ikan dengan perahu bertenaga angin sederhana. 

Angin Lembah

Angin lembah adalah angin yang bertiup dari arah lembah ke arah puncak gunung yang biasa terjadi pada siang hari. 

Angin Gunung

Angin gunung adalah angin yang bertiup dari puncak gunung ke lembah gunung yang terjadi pada malam hari.

Angin Fohn

Angin Fohn/angin jatuh adalah angin yang terjadi seusai hujan Orografis. angin yang bertiup pada suatu wilayah dengan temperatur dan kelengasan yang berbeda. Angin Fohn terjadi karena ada gerakan massa udara yang naik pegunungan yang tingginya lebih dari 200 meter di satu sisi lalu turun di sisi lain. Angin Fohn yang jatuh dari puncak gunung bersifat panas dan kering, karena uap air sudah dibuang pada saat hujan Orografis.

Biasanya angin ini bersifat panas merusak dan dapat menimbulkan korban. Tanaman yang terkena angin ini bisa mati dan manusia yang terkena angin ini bisa turun daya tahan tubuhnya terhada serangan penyakit.

 

Angin Musim Barat

Angin Musim Barat/Angin Muson Barat adalah angin yang mengalir dari Benua Asia (musim dingin) ke Benua Australia (musim panas) dan mengandung curah hujan yang banyak di Indonesia bagian Barat, hal ini disebabkan karena angin melewati tempat yang luas, seperti perairan dan samudra. Contoh perairan dan samudra yang dilewati adalah Laut China Selatan dan Samudra Hindia. Angin Musim Barat menyebabkan Indonesia mengalami musim hujan.

 

Angin Musim Timur

Angin Musim Timur/Angin Muson Timur adalah angin yang mengalir dari Benua Australia (musim dingin) ke Benua Asia (musim panas) sedikit curah hujan (kemarau) di Indonesia bagian Timur karena angin melewati celah- celah sempit dan berbagai gurun (Gibson, Australia Besar, dan Victoria). Ini yang menyebabkan Indonesia mengalami musim kemarau.

Proses terjadinya angin muson barat dan timur

Angin Barat

Sebagian udara yang berasal dari daerah maksimum subtropis Utara dan Selatan mengalir ke daerah sedang Utara dan daerah sedang Selatan sebagai angin Barat. Pengaruh angin Barat di belahan bumi Utara tidak begitu terasa karena hambatan dari benua. Di belahan bumi Selatan pengaruh angin Barat ini sangat besar, tertama pada daerah lintang 60o LS. Di sini bertiup angin Barat yang sangat kencang yang oleh pelaut-pelaut disebut roaring forties.

Angin Timur

Di daerah Kutub Utara dan Kutub Selatan bumi terdapat daerah dengan tekanan udara maksimum. Dari daerah ini mengalirlah angin ke daerah minimum subpolar (60o LU/LS). Angin ini disebut angin Timur. Angin timur ini bersifat dingin karena berasal dari daerah kutub.

Angin Muson (Monsun)

Angin muson ialah angin yang berganti arah secara berlawanan setiap setengah tahun. Umumnya pada setengah tahun pertama bertiup angin darat yang kering dan setengah tahun berikutnya bertiup angin laut yang basah.

Pada bulan Oktober – April, matahari berada pada belahan langit Selatan, sehingga benua Australia lebih banyak memperoleh pemanasan matahari dari benua Asia. Akibatnya di Australia terdapat pusat tekanan udara rendah (depresi) sedangkan di Asia terdapat pusat-pusat tekanan udara tinggi (kompresi). Keadaan ini menyebabkan arus angin dari benua Asia ke benua Australia. Di Indonesia angin ini merupakan angin musim Timur Laut di belahan bumi Utara dan angin musim Barat di belahan bumi Selatan. Oleh karena angin ini melewati Samudra Pasifik dan Samudera Hindia maka banyak membawa uap air, sehingga pada umumnya di Indonesia terjadi musim penghujan.

Musim penghujan meliputi seluruh wilayah indonesia, hanya saja persebarannya tidak merata. makin ke timur curah hujan makin berkurang karena kandungan uap airnya makin sedikit.

Pada bulan April-Oktober, matahari berada di belahan langit utara, sehingga benua asi lebih panas daripada benua australia. Akibatnya, di asia terdapat pusat-pusat tekanan udara rendah, sedangkan di australia terdapat pusat-pusat tekanan udara tinggi yang menyebabkan terjadinya angin dari australia menuju asi. Di indonesia terjadi angin musim timur di belahan bumi selatan dan angin musim barat daya di belahan bumi utara. Oleh kerena tidak melewati lautan yang luas maka angin tidak banyak mengandung uap air oleh karena itu pada umumnya di indonesia terjadi musim kemarau, kecuali pantai barat sumatera, sulawesi tenggara, dan pantai selatan irian jaya. Lihat gambar 7. Antara kedua musim tersebut ada musim yang disebut musim pancaroba (peralihan), yaitu :
Musim kemareng yang merupakan peralihan dari musim penghujan ke musim kemarau, dan musim labuh yang merupakan peralihan musim kemarau ke musim penghujan.

Proses terjadinya angin darat

angin terjadi karena perbedaan tekanan udara, angin terjadi karena aliran/konveksi dari tekanan udara yang tinggi ke tekanan udara yang rendah.

Defenisi angin pasat dan proses terjadinya

Udara bergerak naik di wilayah lautan yang lebih hangat dan bergerak turun di di wilayah lautan yang lebih dingin. Dan itu menyebabkan aliran udara di lapisan permukaan bergerak. Inilah yang kemudian disebut dengan angin Pasat.

Defenisi Turbin

Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Dimana fluida itu sendiri adalah suatu bagian dari fase benda, termasuk cairan, gas, plasma, dan padat plastik yang dapat mengalir.

Contoh paling sederhananya kita bisa menyebutkan air dan angin sebagai fluida disini turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak seperti baling2 yang kita sebut dengan "asembli rotor-blade" atau mudahnya kita singkat rotor. nah rotor ini dapat berputar dengan bantuan fluida tadi.

Contoh turbin yang paling gampang adalah kincir angin, kincir air atau roda air. Dari penjelasan diatas sudah jelas sekali. kalau yang menggerakkan turbin adalah fluida. seperti air dan angin. dimana energi yang diperoleh ini digunakan untukk berputarnya rotor atau "shaft".

Perbedaan Kincir Angin dan Air

Bedanya kincir angin dan air terutama pada energi penggeraknya yang satu menggunakan fluida angin, sementara yang lain fluida air dan satu lagi berbeda dalam segi struktur. kalau kincir angin lebih seprti baling-baling raksasa, kincir air biasa berwujud roda raksasa yang besar.

Manfaat turbin sampai saat ini pemanfaatan turbin yang terbesar memang untuk produksi tenaga listrik. Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga yang luar biasa karena kemampuan 

Jenis energi ini akan mengubah tenaga kinetik (0.5 mv^2) dari angin menjadi energi bentuk lain (listrik, windmill, dan pompa). Sehingga untuk pembangkit listrik, formula yang umum digunakan adalah P [W] = 0.5 x rho [kg/m^3]x A [m^2] x (v [m/s])^3 x efisiensi. Sehingga faktor yang sangat berperan dalam pembangkitan energi angin adalah kecepatan, baru disusul luasan turbin (sudu), dan efisiensi. Mari kita bicarakan pertama kali faktor angin.

Kecepatan angin.

Hal yang menarik adalah kecepatan angin. Umumnya (karena alasan kemudahan dan harga), orang mengukur kecepatan udara dengan anemometer. Jika tingkat keakuratan alat tersebut 3%, artinya daya yang dikeluarkan akan berada dalam kisaran +/- 9%.

Hal lain adalah masalah kestabilan kecepatan angin. Sebagaimana diketahui, kecepatan angin akan berfluktuasi terhadap waktu dan tempat. Di Indonesia misalnya kecepatan angin di siang hari bisa lebih kencang dibandingkan malam hari. Di beberapa lokasi bahkan pada malam hari tidak terjadi gerakan udara yang signifikan. Apakah untuk situasi seperti ini, kecepatan rata-rata dapat mewakili (?), padahal di malam hari turbin angin tidak bergerak sama sekali.

Udara yang bergerak dekat dengan permukaan tanah akan mempunyai kecepatan nol dan kemudian meningkat terhadap ketinggian (lihat Gambar di bawah). Fenomena ini alamiah terjadi pada aliran dekat permukaan yang tidak bergerak (padahal bumi berputar? khan).

Apa yang menarik?

Pertama, terlalu dekat dengan permukaan tanah, kecepatan angin yang diperoleh akan kecil sehingga daya yang dihasilkan sangat sedikit. Semakin tinggi akan semakin baik. Untuk memperoleh kecepatan angin di kisaran 5-7 m/s umumnya diperlukan ketinggian 5-12 m. Kedua, untuk baling-baling yang besar (katakanlah diameter 20 m), kecepatan angin pada ujung baling-baling bagian atas kira-kira 1,2 kali dari kecepatan angin ujung baling-baling bagian bawah. Artinya, baling-baling pada saat di atas akan terkena gaya dorong yang lebih besar dari pada baling-baling pada saat di bawah. Faktor ini perlu diperhatikan pada saat mendesain kekuatan baling-baling dan tiang (menara) khususnya pada turbin angin yang besar.

                                           

Jika kecepatan angin di baling-baling atas dan bawah berbeda secara signifikan, lantas pada kecepatan angin berapa yang pantas dan adil untuk mendesain daya keluaran dari sebuah turbin angin?.
Kecepatan angin juga dipengaruhi oleh kontur dari permukaan. Di daerah perkotaan dengan banyak rumah, apartemen dan perkantoran bertingkat, kecepatan angin akan rendah. Bandingkan dengan kecepatan angin pada daerah lapang. Kepadatan benda (porositas,?) di permukaan bumi akan menyebabkan angin mudah bergerak atau tidak. Faktor porositas ini juga penting untuk diperhatikan manakala mendesain turbin angin.

Sumber http://kajian-energi.blogspot.com/2007/08/energi-angin-1.html

Manfaat Dari Energi Angin Produksi

Sebagai ilmuwan, politisi dan rata-rata warga negara Joe mengeksplorasi potensi bagi bentuk-bentuk energi alternatif yang ramah lingkungan dan lebih murah, sudah ada beberapa pilihan yang tersedia. Tenaga angin adalah salah satu kemungkinan.
Meskipun ada beberapa Kinks yang tetap dalam penggunaannya, manfaat produksi energi angin tidak dapat diabaikan.
Sebuah gerakan menuju penggunaan energi angin sudah berlangsung selama beberapa dekade. Sudah, ada banyak negara di dunia yang mengandalkan agak berat pada energi angin untuk produksi listrik.
Denmark, misalnya, memasok sekitar 20 persen dari berkat kekuatan angin. Tokoh di seluruh dunia, bagaimanapun, adalah jauh lebih rendah. Sekitar 1 persen dari seluruh energi yang diproduksi di dunia berasal dari angin.
Yang prihatin tentang kelangsungan hidup terus menggunakan bahan bakar fosil yang tinggi dan biaya yang berkaitan dengan penggunaan pendakian, manfaat energi angin menjadi lebih dikenal secara luas. Sumber energi alternatif ini lebih disukai oleh beberapa karena:
Apakah sepenuhnya terbarukan - Tidak seperti bahan bakar fosil yang mempunyai persediaan terbatas, energi angin terbatas. Meskipun benar bahwa pasokan energi angin bisa datang dan pergi didasarkan pada pola cuaca, musim dan seterusnya, keseluruhan sisi produksi terbarukan adalah salah satu manfaat dari produksi energi angin yang membuatnya sangat menarik.
Hanya energi angin tidak dapat habis seperti minyak bisa. Ini adalah bersih - bahan bakar berbasis fosil produksi energi dapat memiliki dampak merusak lingkungan. Yang sama tidak begitu angin produksi.
Dari semua manfaat produksi energi angin, ini adalah salah satu yang tampaknya menghargai lingkungan hidup yang paling. Faktanya adalah menciptakan energi angin tidak meninggalkan jejak yang besar pada lingkungan, juga tidak ada tumpahan resiko berbahaya, pelepasan gas rumah kaca dan bahaya lain yang serupa yang melekat pada penggunaannya.
* Hal ini dapat biaya-efektif - Pemanenan angin memang memerlukan investasi yang cukup besar pada awalnya.
Ketika instalasi turbin yang tepat dimasukkan ke dalam digunakan, bagaimanapun, biaya dapat dipulihkan dari waktu ke waktu. Bahkan angin rumahan kolektor dapat membuat perbedaan besar dalam pengeluaran secara keseluruhan. Ketika harga bahan bakar fosil terus meroket, manfaat energi angin menjadi lebih jelas.
* Mengurangi bahaya - Produksi bahan bakar fosil dan energi nuklir dapat menimbulkan bahaya keamanan agak besar. Penurunan ini adalah satu dari sekian banyak manfaat dari produksi energi angin.
Manfaat energi angin agak luas. Meskipun sulit untuk sepenuhnya menggantikan penggunaan sumber energi lain dengan angin sendirian, jenis energi ini dapat, sebagai bukti berdiri denmark, sangat mengurangi ketergantungan pada mereka.

Macam mesin turbin angin.
Ada 2 macam turbin angina yang baisanya digunakan sekarang ini, berdasarkan arah dari perputaran saf (aksis) yaitu aksis horizontal turbin angina dan vertical turbin angin. Ukuran dari turbin angin sangat bervariasi. Kebanyakan turbin angin untuk rumah dan usaha memliki kapasitas dibawah 100 KW, sedangkan turbin angin untuk komersial atau pembangkit listrik angin terpusat dapat mencapai 5 Mega Watt (MW) untuk satu tiang dan dapat dikelompokan untuk kemudian daya tersebut dihubungkan dengan jaringan distribusi listrik. .

Kapasitas nyata suatu generator turbin angin sangat ditentukan oleh besarnya angin dilokasi pemakaiannya. Pada umumnya mesin turbin angin mulai bekerja dari kecepatan angin 4 m/sec – 25 m/sec, dengan puncak daya berkisar pada 12 – 18 m/sec. Bila sistem generator ini menggunakan batere dengan besaran yang tepat sebagai pengumpul daya listrik, maka dengan menggunakan pengontrol batere suplai listrik dapat relatif stabil dan kontinu.

Cara Kerja Turbin Angin

Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.

Design Turbin Angin

Turbin angin adalah suatu alat yang didisain untuk menangkap energi kinetik angin. Angin

adalah aliran fluida yang memiliki sifat-sifat aerodinamis antara lain : sifat kompresibel

(mampat), viskositas (kekentalan), densitas (kerapatan), dan turbulensi (olakan).

Teori batasan efisiensi turbin

Bila sejumlah aliran massa (angin) dilewatkan pada cakram penghalang maka aliran

massa tersebut akan membelok membentuk garis aliran (streamline). Dengan bentuk

disain cakram tertentu (luas penampang atas lebih kecil daripada luas penampang bawah)

akan terjadi perbedaan kecepatan dan perbedaan tekanan udara di antara sisi atas dan sisi

bawah cakram. Hal ini terjadi karena kesetimbangan debet aliran massa (asas kontinuitas),

sehingga pada permukaan cakram terjadi gaya hambat (drag, sejajar permukaan) dan

gaya angkat (lift, tegak lurus permukaan). Perbandingan lift terhadap drag (L/D ratio)

merupakan kriteria penting dalam mendisain blade rotor. Kecepatan pola aliran (streamwise)

adalah :

s o V = (1- a) V

dimana

Vo = kecepatan datang angin

a = faktor induksi aliran aksial

Kemudian fluida yang melewati cakram akan bergerak dengan kecepatan V1, sehingga

terdapat perubaham kecepatan yang mengakibatkan terjadi laju perubahan momentum

sebesar : o s (V V )r AV 1 - . Gaya F yang menyebabkan perubahan momentum ini datang

dari perbedaan tekanan di antara kedua sisi cakram, sehingga dapat ditulis :

o s F = p.A = (V -V )rAV 1

dimana p = beda tekanan

A = luas penampang cakram

r = kerapatan fluida

Dengan menggunakan persamaan Bernoulli: P + ½r.v2 + rgh = konstan, diterapkan pada

kedua sisi cakram.

Sehingga nilai maksimum Cp diperoleh untuk nilai a=0.33, dan Cp maksimum yang dapat

dicapai adalah :

Cp = 0.593 (maksimum)

Hasil ini dinamakan sebagai batasan Betz (ahli aerodinamis Jerman). Ini berarti secara

teoritik energi angin maksimum yang dapat ditangkap hanya 59,3% dari kandungan energi

yang lewat.

Tip Speed Ratio (TSR)

Gaya yang bekerja pada cakram dapat berupa gaya angkat (lift) atau gaya dorong. Untuk

menentukan gaya mana (gaya angkat atau gaya dorong) yang dominan tergantung pada

jenis cakram penghalang yang dipakai (blade).

TSR adalah perbandingan antara kecepatan ujung blade dengan kecepatan angin yang

melewatinya. Bila TSR>1 artinya lebih banyak bagian blade yang mengalami gaya angkat

dan bila TSR<1 artinya lebih banyak bagian blade yang mengalami gaya dorong.

Umumnya disain blade dengan dominasi gaya angkat memiliki efisiesi dan daya yang lebih

tinggi.

Airfoil

Kebanyakan turbin memakai blade (sirip baling-baling) berbentuk penampang sayap pesawat

(aerofoil), karena efisiensinya tinggi dan menghasilkan beda tekanan yang besar di

antara kedua sisi blade untuk berputar dengan momen gaya yang cukup besar. Airfoil

adalah suatu cakram berpenampang lengkung parabolik dengan bagian depan cukup halus

dan bagian ujung runcing. Angin melewati airfoil lebih cepat di bagian atas daripada

bagian bawahnya. Hal ini akan menimbulkan tekanan yang lebih besar pada bagian

bawah sehingga terjadi gaya angkat.

Bila sudut airfoil terhadap horisontal (pitch) melebihi sudut kritik (10o sampai 16o) maka

lapisan batas akan terbentuk di ujung airfoil. Hal ini akan menimbulkan olakan (turbulen)

yang dapat menurunkan lift dan menaikkan drag, kejadian ini dinamakan stall. Stall ini

dapat juga terjadi bila kecepatan angin terlalu besar. Untuk itu kebanyakan disain turbin

dilengkapi dengan pengontrol sudut (pitch) pada blade. Pada saat kecepatan angin turun,

blade bergerak memutar menghadap arah angin, tetapi pada saat kecepatan angin sangat

besar maka bergerak memutar menjauhi arah angin. Hal ini dibuat agar disain turbin

dapat menghasilkan daya yang optimal dan konstan.

Disain turbin

Banyak jenis mesin turbin yang telah dikembangkan, tetapi secara garis besar dapat dibedakan

menjadi dua tipe, yaitu:

1. HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine)

2. VAWT (Vertical Axis Wind Turbine)

HAWT

Cirinya adalah sumbu putar turbin sejajar terhadap tanah. Turbin jenis ini paling banyak

dikembangkan di berbagai negara. Cocok dipakai untuk menghasilkan listrik. Terdiri dari

dua tipe, yaitu mesin upwind dan mesin downwind.

· Mesin upwind : rotor berhadapan dengan angin. Rotor di disain tidak fleksibel, diperlukan

mekanisme yaw untuk menjaga rotor agar tetap berhadapan dengan angin.

untuk menjaga rotor agar tetap berhadapan

· Mesin downwind : rotor ditempatkan dilbelakang tower. Rotor dapat dibuat lebih fleksibel

tanpa menggunakan mekanisme yaw, sehingga mengurangi berat, lebih ringan dari pada

mesin upwind. Kelemahannya adalah bahwa angin harus melewati tower terlebih dahulu

sebelum sampai pada rotor, sehingga menambah beban (fatigue load) pada turbin.

VAWT

Cirinya adalah memiliki sumbu putar vertikal terhadap tanah. Turbin jenis ini jarang

dipakai untuk turbin komersial. Rotornya berputar relatif pelan (di bawah 100 rpm),

tetapi memiliki momen gaya yang kuat, sehingga dapat dipakai untuk menggiling bijibijian,

pompa air, tetapi tidak cocok untuk menghasilkan listrik (di atas 1000 rpm cocok

untuk menghasilkan listrik). Sebenarnya dapat dipakai gearbox untuk menaikkan kecepatan

putarnya, tetapi efisiensinya turun dan mesin sulit untuk dimulai. VAWT terdiri

dari dua tipe, yaitu:

(1) tipe dorong

Terjadi bila TSR<1 artinya lebih banyak bagian blade yang mengalami gaya dorong,

seperti pada mangkuk anemometer dan Savonius. Memiliki bentuk yang bervariasi,

seperti ember, dayung, layar, tangki. Rotornya berbentuk S (bila dilihat dari atas).

Kecepatan maksimum blade yang dihasilkan hampir sama dengan kecepatan angin.

Ujung blade tidak pernah bergerak lebih cepat daripada kecepatan angin, sehingga

pada ujungnya nilai TSR £ 1. Turbin jenis ini memiliki efisiensi daya yang rendah.

(2) tipe angkat

Terjadi bila TSR>1 artinya lebih banyak bagian blade yang mengalami gaya angkat,

seperti pada turbin Darrius. Masing-masing blade memperlihatkan momen gaya angkat

maksimum hanya dua kali setiap putaran dan daya keluarannya berbentuk sinusoida.

Ukuran blade relatif besar dan tinggi, sehingga menimbulkan getaran. Biasanya

memakai dua atau tiga blade. Turbin jenis ini menghasilkan lebih banyak daya

output dan memiliki efisien tinggi.

Keunggulan turbin sumbu vertikal :

· generator berada di tanah, sehingga tidak perlu membebani tower.

· tidak diperlukan mekanisme yaw untuk menyejajarkan rotor dengan arah angin.

Kelemahan :

· kecepatan rotor rendah

· efisiensi total rendah

· mesin tidak dapat mulai berjalan sendiri, perlu dorongan awal (atau perlu motor).

· mesin perlu kawat lentur untuk menjaganya berdiri tegak, sehingga tidak praktis.

Turbin jenis VAWT tipe angkat Eole C, 4200 kW dengan diameter 100 m di Quebec,

Kanada (terbesar di dunia) dioperasikan tahun 1997.

Bahan blade

Bahan blade yang dipilih harus memenuhi aspek fisis yang meliputi kekuatan, elastisitas,

dan ketahanan. Disain blade harus memperhatikan pula kejadian mendadak seperti kemungkinan

adanya angin taufan. Bahan blade yang biasa dipilih umumnya relatif ringan

seperti kayu (murah, tapi tidak tahan lama), tetapi lebih diutamakan yang terbuat dari bahan

komposit GRP (glass-reinforced plastics) seperti vinilester dan epoksi, karena memiliki

aspek fisis yang handal walaupun lebih mahal. Bahan logam tidak pernah dipakai

karena terlalu berat dan mudah mengalami deformasi (ketahanannya jelek). Blade dengan

diameter sekitar 25 m, bila memakai bahan dari komposit kayu-epoksi memiliki berat sekitar

500 kg, untuk bahan GRP sekitar 700 kg, untuk bahan logam sekitar 1700 kg. Blade

yang sangat berat akan menjadi kendala yang besar pada disain turbin, sehingga perlu dicari

alternatif lain misalnya fiber karbon. Bahan komposit Kevlar dan titanium telah diusulkan

dan terbukti lebih handal dan ringan, tetapi jauh lebih mahal.

Konsep jumlah blade

Jumlah blade pada rotor turbin angin bervariasi, dan tidak ada tinjauan teoritis yang benar

sebagai konsep terbaik, tetapi lebih ditentukan oleh jenis penggunaannya, misalnya untuk

pembangkit listrik atau pompa air, serta kecepatan angin saat rotor mulai berputar.

· Konsep satu blade, sulit setimbang, membutuhkan angin yang sangat kencang untuk

menghasilkan gaya angkat memutar, dan menghasilkan noise di ujungnya. Konsep ini

telah dikembangkan sukses di Jerman.

· Konsep dua blade, mudah untuk setimbang, tetapi kesetimbangannya masih mudah

bergeser. Disain blade harus memiliki kelengkungan yang tajam untuk dapat

menangkap energi angin secara efektif, tetapi pada kecepatan angin rendah (sekitar 3

m/s) putarannya sulit dimulai.

· Konsep tiga blade, lebih setimbang dan kelengkungan blade lebih halus untuk dapat

menangkap energi angin secara efektif. Konsep ini paling sering dipakai pada turbin

komersial.

· Konsep multi blade (misalnya 12 blade), justru memiliki efisiensi rendah, tetapi

dapat menghasilkan momen gaya awal yang cukup besar untuk mulai berputar, cocok

untuk kecepatan angin rendah walaupun dioperasikan dengan transmisi gear sampai

1:10. Memiliki profil blade yang tipis, kecil, kelengkungan halus, dan konstruksi

yang solid. Konsep ini banyak dijumpai pada turbin angin untuk keperluan memompa

air, menggiling biji-bijian, karena murah dan mampu bekerja pada kecepatan angin

rendah sehingga tower tidak perlu terlalu tinggi dan air dapat dipompa secara kontinu.

Konsep dua dan tiga blade membutuhkan momen gaya awal yang cukup untuk mulai

proses putaran dan dapat menjadi kendala bila mesin memiliki rasio transmisi gear lebih

dari 1:5 pada kecepatan angin rendah. Pada turbin angin skala besar, diperlukan mesin

(disel) untuk memulai berputar (sebagai motor) sampai rotor memiliki daya yang cukup

untuk mengimbangi beban mekanik dan beban induksi generator.

Memperkirakan Kecepatan Angin dengan Mudah

 19 November 2009 jam 8:49

Untuk memperkirakan kecepatan angin di lokasi, dapat dipergunakan 2 teknik. Teknik pertama menggunakan alat yang disebut Anemometer, sedangkan teknik kedua menggunakan pengamatan visual berdasarkan Beaufort Scale.

Menggunakan anemometer
Anemometer adalah alat untuk mengukur kecepatan angin. Anemometer terbagi menjadi dua kelompok, pengukur kecepatan angin dan pengukur tekanan angin. Namun karena antara kecepatan dan tekanan saling berhubungan, anemometer jenis apapun dapat memberikan informasi kecepatan dan tekanan sekaligus.

Dari berbagai jenis anemometer yang ada (cup, windmill, hot-wire, laser Doppler, sonic, ping-pong ball, plate, tube) kita dapat membaca hasil pengukuran dalam satuan meter per detik (m/s), kaki per menit (ft/min), kilometer per jam (km/h dan knots. 1 knots = 1.852 km/h.

Contoh Anemometer :

Menggunakan Beaufort Scale
Jika kita tidak memiliki alat ukur seperti anemometer, sebenarnya kecepatan angin juga bisa kita perkirakan dengan menggunakan Beaufort Scale.

Dengan menggunakan Beaufort Scale, kita dapat memperkirakan kecepatan angin berdasarkan kondisi visual yang terdapat di daratan atau lautan.

Ada tiga objek yang dapat kita pakai sebagai barometer perkiraan, yaitu : asap, bendera dan pepohonan.eaufort Scale

Konsep Dasar

Turbin angin (wind turbine) atau generator listrik tenaga angin merupakan perangkat yang merubah energi kinetik dari angin menjadi energi listrik.

Terdapat dua jenis teknologi dasar turbin angin yang sampai saat ini umum dipergunakan, yaitu : turbin angin sumbu horizontal (HAWT = Horizontal Axis Wind Turbine) dan turbin angin sumbu vertikal (VAWT = Vertical Axis Wind Turbine). Kedua teknologi ini masing-masing mempunyai keunggulan dan kelemahannya masing-masing.

Beberapa contoh Turbin Angin Sumbu Vertikal (VAWT) dan Sumbu Horizontal (HAWT)

Optimalisasi Ekstraksi Energi Angin Kecepatan Rendah di Indonesia dengan Aplikasi Konverter Boost

Energi angin merupakan salah satu potensi energi terbarukan yang dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap kebutuhan energi listrik domestik, khususnya wilayah terpencil. Pembangkit energi angin yang biasa disebut Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) ini bebas polusi dan sumber energinya yaitu angin tersedia di mana pun, maka pembangkit ini dapat menjawab masalah lingkungan hidup dan ketersediaan sumber energi. Dibandingkan dengan sumber energi alternatif lainya ekstraksi energi dari angin memiliki carbon footprint yang relatif rendah[1]. Carbon footprint yang dimaksud di sini adalah emisi CO2 yang dihasilkan dari keseluruhan proses produksi turbin sampai dengan operasi pemanfaatan sumber energi tersebut. Untuk Sistem Konversi Energi Angin (SKEA) carbon footprint meliputi proses pembuatan turbin, generator, konstruksi, dan operasi dari SKEA. Perbandingan carbon footprint dari SKEA dibandingkan dengan sistem konversi energi lainya dapat dilihat pada gambar 1 di bawah ini.

Pembangkitan energi angin terjadi berdasarkan prinsip perubahan energi kinetik angin sebelum dan setelah melewati turbin angin. Ketika melewati turbin angin, angin mengalami pengurangan energi kinetik (yang ditandai dengan berkurangnya kecepatan angin). Energi kinetik yang “hilang” ini dikonversikan menjadi energi mekanik yang memutar turbin angin, turbin angin ini terhubung dengan rotor dari generator. Generator mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

Besar daya mekanik yang dihasilkan oleh turbin angin didefinisikan dalam persamaan 1 di bawah ini:

Di mana ρ adalah massa jenis air (kg/m3), Cp koefisien performansi turbin angin, A luas daerah sapuan turbin angin (m2), dan v1 adalah kecepatan angin sebelum melewati turbin angin (m/s).

Dari persamaan 1 di atas dapat disimpulkan bahwa daya yang dapat dikonversikan oleh SKEA sangat bergantung pada kecepatan angin (kubik dari kecepatan). Misalkan untuk suatu SKEA tertentu yang memiliki daya nominal atau sering juga disebut daya rating (Prated) 1000 watt pada kecepatan angin nominal atau rating (Vrated) 10 m/s ketika angin yang berada di daerah SKEA memiliki kecepatan (V) 9 m/s, maka daya yang dihasilkan oleh SKEA tersebut dapat didefinisikan sebagai

Sehingga untuk V= 9 m/s, maka daya yang dihasilkan oleh turbin angin adalah 0.729 kali P_rated yang dalam kasus ini bernilai 729 W. Dari kasus ini dapat disimpulkan bahwa besar kecepatan angin memiliki peran yang sangat besar dalam pembangkitan energi oleh SKEA.

Secara umum, skema SKEA yang umum diaplikasikan digambarkan dalam gambar 2 di bawah ini:

Secara umum, skema SKEA yang umum diaplikasikan digambarkan dalam gambar 2 di bawah ini:

Gambar.2.  Skema Sistem Konversi Energi Angin (SKEA)

Angin adalah sumber energi yang tidak dapat dikendalikan keberadaanya dan memiliki fluktuasi yang dapat didekati dengan pendekatan probalistik. Untuk memprediksi keberadaan angin di suatu daerah dilakukan pengumpulan data kecepatan angin di suatu daerah, dan data-data tersebut setelah diolah dapat didekati dengan menggunakan distribusi Weibull. Secara umum distribusi Weibull adalah distribusi peluang yang digambarkan pada gambar 3.

Dari gambar 2 dapat dapat disimpulkan bahwa kecepatan angin dapat bernilai sangat besar atau sangat kecil, dan setiap nilai kecepatan memiliki peluang untuk terjadi. Umumnya dalam perancangan turbin angin, terdapat beberapa parameter yang patut diperhitungkan, yaitu kecepatan cut-in (Vcut), kecepatan rating (Vrated), dan kecepatan cut-off (Vcutoff) . Kecepatan cut-in adalah besar kecepatan angin ketika turbin angin mulai berputar, kecepatan rating adalah kecepatan rating, dan kecepatan cut-off adalah batas kecepatan di mana turbin angin belum mengalami kerusakan. Berdasarkan kecepatan angin yang ada, besar daya yang dihasilkan oleh turbin angin dapat dikelompokkan dalam 3 daerah, yaitu: (3)

Gambar.4 Pembagian Daerah Kerja Turbin Angin

Pada prakteknya, untuk mencegah kerusakan turbin angin, maka turbin angin dirancang agar memiliki kecepatan maksimal (cutoff) yang relatif besar untuk mengantisipasi kecepatan angin yang besar, yang meskipun digambarkan oleh kurva distribusi Weibull memiliki peluang terjadi kecil, namun tetap memiliki kemungkinan untuk terjadi. Secara mekanik, kompensasi dari perancangan turbin angin dengan nilai kecepatan maksimal (V_cutoff) adalah V_cut dan V_rated yang relatif besar pula.

Hubungan antara kecepatan putar SKEA dengan tegangan keluaran generator dapat dirumuskan dengan melihat teori konversi energi mekanik menjadi elektrik pada generator sinkron. Di mana pada generator sinkron besar tegangan yang diinduksikan oleh rangkaian medan (field) pada jangkar (armature).

Adapun data kecepatan rata-rata angin di Indonesia dapat dilihat pada Gambar di bawah ini yang didapat dari NASA.

>

Gambar.5 Data Kecepatan Angin Rata-rata Indonesia

Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa daerah yang memiliki kecepatan angin rata-rata terbesar adalah daerah Nusa Tenggara, 5,5-6,5 m/s. Sedangkan pulau-pulau besar di Indonesia, seperti Sumatera, Kalimantan, Jawa, Sulawesi dan Papua hanya memiliki kecepatan angin rata-rata antara 2,7 – 4,5 m/s. Kecepatan angin pada daerah-daerah di Indonesia memang relatif lebih kecil dari daerah-daerah konsumen energi angin seperti Finlandia, Belanda, dan Amerika Serikat.

Sesuai dengan skema SKEA pada gambar 2, turbin angin menggerakkan generator listrik. Generator listrik mengkonversi energi mekanik (dari turbin angin) menjadi energi listrik. Prinsip dasar rangkaian elektrik adalah arus listrik mengalir dari elemen bertegangan tinggi ke elemen yang bertegangan lebih rendah, seperti di

Pada desain SKEA konvensional generator dirancang agar memiliki tegangan generator (V_G) yang lebih besar dari tegangan beban (V_B), dan untuk mencapai tegangan nominal, generator harus diputar pada kecepatan nominal. Ketika kecepatan putar tidak mencapai kecepatan nominal maka tegangan keluaran generator akan lebih kecil dari tegangan beban maka tidak terjadi aliran daya dari generator ke beban, sehingga pada keadaan tersebut energi angin tidak dapat terekstraksi.

Gambar.7. Ekstraksi Daya pada SKEA Konvensional

Sistem SKEA konvensional tidak dapat mengekstraksikan energi angin saat kecepatan angin lebih kecil dari kecepatan tertentu, besar kecepatan tertentu ini ditentukan oleh karakteristik turbin angin dan generator. Hal yang umum dilakukan untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menaikkan putaran rotor generator dengan memanfaatkan gear (gigi) yang terkopel dengan sumbu turbin angin dan rotor generator. Namun, penggunaan gear ini menyebabkan rugi-rugi mekanik yang cukup besar. Untuk mengatasi hal ini diusulkan SKEA dengan menggunakan konverter daya DC-DC tipe boost. Konverter ini mampu meningkatkan ekstraksi energi angin pada SKEA.

Skema dasar konverter yang digunakan dalam sistem SKEA yang diusulkan digambarkan pada gambar 6 di bawah ini. Konverter yang diungakan terdiri atas penyearah dioda tiga fasa (bila generator yang digunakan adalah generator arus searah bolak-balik (ABB) tiga fasa) dan konverter DC-DC Tipe Boost. Adapun cara kerja konverter tipe ini telah dipaparkan pada artikel sebelumnya pada blog ini. Dalam Gambar 6 baterai melambangkan beban. 

Secara umum hubungan antara tegangan masukan konverter boost (Vs) dan tegangan keluarannya dapat dinyatakan dalam persamaan di bawah ini,

Di mana D adalah duty cycle yang merupakan perbandingan antara waktu saklar ON (t_on) terhadap perioda kerja saklar (T).

Konverter daya di atas memastikan bahwa tegangan keluaran generator selalu lebih besar dari tegangan yang dibutuhkan beban, walaupun memang tetap ada keterbatasan berkaitan dengan rugi-rugi pada generator dan rugi-rugi generator. Namun dengan adanya konverter ini, maka aliran daya dapat terjadi pada kecepatan angin yang lebih rendah dibandingkan dengan sistem konvensional. Sehingga ekstraksi energi angin lebih optimal dibanding dengan sistem konvensional. Peningkatan ekstraksi energi ini digambarkan pada gambar 7 di bawah ini:

Gambar.9. Ekstraksi daya Sistem SKEA dengan Boost Converter

Dengan membandingkan Gambar 7 dan gambar 9, dapat disimpulkan bahwa sistem SKEA yang diusulkan dapat mengekstrasi energi angin pada kecepatan generator yang lebih rendah. Pada gambar di atas, daya keluaran sistem konvensional digambarkan oleh grafik dengan garis putus-putus. Pada kecepatan yang sama, sistem SKEA yang diusulkan mampu menghasilkan transfer daya yang lebih besar, sehingga didapatkan peningkatan ekstraksi energi angin, yang dilambangkan dengan daerah pada Gambar 9 yang diarsir warna merah. Dampak dari aplikasi boost converter ini sangat signifikan di Indonesia karena rata-rata kecepatan Indonesia yang rendah (3 -6 m/s), berbeda dengan negara-negara produsen teknologi SKEA (9-12 m/s), akibatnya aplikasi teknologi SKEA produksi negara-negara tersebut tidak optimal di Indonesia. Pada kenyataanya, secara mekanis, perancangan turbin angin dengan kecepatan rendah membutuhkan biaya yang besar.

Secara umum, aplikasi SKEA dengan boost converter adalah dengan Gambar 8 di bawah ini.

Gambar.10. Sistem SKEA dengan Boost Converter

Untuk aplikasi pada turbin angin dengan karakteristik kecepatan angin rendah umumnya di gunakan Generator Sinkron Permanen Magnet (GSMP). Dengan mengukur tegangan hasil keluaran penyearah dioda tiga-fasa maka sistem kendali melakukan pengaturan duty cycle konverter boost untuk memastikan bahwa tegangan keluaran konverter lebih besar dari tegangan beban (dalam Gambar 8 diwakili oleh Baterai 48 V).

Jadi, dengan pengaplikasian konverter DC-DC Boost pada SKEA di Indonesia, ekstraksi energi angin dapat terjadi pada kecepatan yang relatif lebih rendah dari sistem konvensional. Dampak dari penggunaan konverter ini akan semakin maksimal dengan memadukannya dengan generator yang mampu bekerja optimal pada kecepatan angin rendah (contohnya generator sinkron magnet permanen fluksi aksial) dan sistem kendali Maximum Power Point Tracker (MPPT). Penggunaan teknologi ini dapat meminimalkan penggunaan gear (gigi) yang memiliki rugi-rugi mekanis relatif besar.

Dengan teknologi ini, ekstraksi energi angin di Indonesia yang memiliki kecepatan angin relatif rendah dapat dilakukan lebih optimal. Teknologi ini diharapkan dapat mendorong masyarakat Indonesia untuk memanfaatkan energi angin yang ramah lingkungan dan terbarukan untuk mewujudkan energy 

Dengan meningkatnya kesadaran dan penggunaan tenaga angin, daerah pemukiman mulai melihat lebih banyak turbin angin. Meningkatnya biaya energi dan meningkatnya kesadaran lingkungan di seluruh dunia adalah membuka jalan bagi penggunaan tenaga angin residentially.

Hari ini, negara-negara sedang mengembangkan energi agresif kebijakan yang lebih baik memanfaatkan energi angin, dan ekonomi lokal melihat keuntungan dari skala kecil mempekerjakan tenaga angin.

Banyak perusahaan dan pabrik-pabrik tenaga angin menjual perlengkapan hunian yang mudah digunakan dan dimengerti. Meskipun kit ini dapat biaya hingga ribuan dolar, pembangun dapat secara signifikan menyelamatkan jika mereka membeli kit perumahan tenaga angin langsung dari pabrik dan mengumpulkan mereka sendiri.
Dengan menggunakan tenaga angin, pemilik hunian bisa berharap untuk mengurangi tagihan mereka antara lima puluh dan sembilan puluh persen. Dalam kasus-kasus di mana turbin angin yang terletak di lokasi ideal, pemilik rumah bahkan dapat menghasilkan keuntungan pada generasi energi. Konsep mudah.
Ketika energi yang dihasilkan adalah lebih dari energi yang digunakan, perusahaan utilitas lokal secara otomatis membeli kelebihan energi. Selama periode waktu yang lama, penggunaan tenaga angin perumahan dapat secara signifikan lebih kecil dari tenaga angin yang dihasilkan menyebabkan cukup banyak keuntungan bagi si pemilik.
Pada dasarnya, seorang tenaga angin hunian kit yang terinstal (baik oleh perusahaan atau pemilik), dan turbin angin terletak di atas struktur tinggi (kemungkinan besar menara).
Menara mengumpulkan energi dari angin dan mengubahnya menjadi sumber energi bisa digunakan yang kompatibel dengan sistem rumah. Dalam kasus-kasus yang khas, tempat tinggal yang didukung oleh kombinasi energi angin dan membeli listrik dari perusahaan utilitas lokal. Selama kecepatan angin kondusif untuk pembangkit listrik, kediaman tetap didukung oleh tenaga angin perumahan kit.
Ketika penurunan kecepatan angin dan listrik tidak diproduksi, kediaman diaktifkan oleh energi dibeli. Untuk tempat tinggal di daerah berangin khususnya, mungkin produksi energi secara signifikan lebih tinggi daripada energi yang dihasilkan dalam waktu kurang berangin daerah.
Pemilik rumah tertarik untuk membeli perumahan tenaga angin kit harus berkonsultasi dengan pemerintah daerah untuk peraturan daerah dan informasi tentang pembangkit listrik angin di daerah tertentu.
Pembangun harus juga berkonsultasi dengan US Department of Energy untuk efisiensi perkiraan dan informasi tentang ukuran turbin angin yang akan sangat diperlukan bagi daerah.
Pada akhirnya, banyak pemilik rumah telah menemukan manfaat ekonomis produksi energi angin yang akan menguntungkan. Dengan meningkatnya biaya energi dan transportasi, ide investasi ini dapat menjadi keduanya menguntungkan dan praktis untuk pemilik rumah dengan cukup waktu, kesabaran, dan pengetahuan untuk mewujudkannya.

Bagaimana Wind Power Works

Sebagai harga energi meningkat, banyak orang yang beralih ke lebih ekonomis dan ramah lingkungan energi alternatif. Pasar energi angin telah melihat peningkatan sekitar empat puluh lima persen tahun lalu.
Perkiraan untuk 2008 adalah kira-kira sama. Produksi tenaga angin di Amerika Serikat meliputi lebih dari tiga puluh lima negara bagian, dengan Midwest cukup memegang bagian dari bangsa-bangsa turbin angin. Banyak tempat tinggal dan usaha kecil beralih ke tenaga angin untuk memenuhi kebutuhan energi skala kecil.
Bahkan, banyak pemilik rumah sedang membangun sistem tenaga angin sendiri. Hal ini relatif sederhana untuk memahami bagaimana tenaga angin bekerja.
Pada dasarnya, energi kinetik dari partikel angin bergerak dengan cepat ditangkap oleh turbin angin.
Baling-baling turbin ini dirancang sedemikian rupa sehingga memungkinkan untuk melakukannya. Baling-baling memutar dan memutar poros dari turbin.
Poros mengarah ke generator dan generator mengubah energi rotasi menjadi listrik. Memahami bagaimana tenaga angin dapat bekerja lebih mudah bila disederhanakan. Generator konversi energi dalam satu bentuk yang lain.
Turbin angin pada dasarnya memiliki tiga bagian: rotator blades, poros, dan generator. Kerja bilah untuk menangkap angin, seperti layar. Memaksa angin baling ke dalam gerakan.
Poros terhubung ke pusat baling. Sebagai pusat berputar, poros berputar dan transfer energi dari angin bertiup ke generator. Generator menggunakan induksi elektromagnetik untuk mengubah energi rotasi menjadi tegangan listrik.
Ini adalah proses yang paling rumit bagaimana tenaga angin bekerja.
Beberapa turbin angin menghasilkan lebih banyak energi daripada yang lain. Turbin angin di lokasi prima dapat mengubah keuntungan yang besar dan kuat bagi investor. Karena sifat tentang bagaimana tenaga angin bekerja, beberapa lokasi yang dianggap lebih baik bagi tenaga angin produksi daripada yang lain. Turbin angin di lapangan terbuka atau di dekat laut secara signifikan dapat menghasilkan lebih banyak energi dari turbin angin di daerah perkotaan atau tempat-tempat yang biasanya terhalang.
Teknologi angin modern dapat menjadi sedikit lebih rumit ketika melihat itu dari perspektif yang rinci. Selama beberapa dekade terakhir, pemerintah Amerika Serikat telah menawarkan kredit pajak dan insentif untuk penelitian dan pengembangan di pasar energi angin. Sementara kebanyakan program insentif pajak ditetapkan untuk berakhir pada akhir tahun, maka diperkirakan bahwa pemerintah akan memperbaharui atau insentif saat ini mengembangkan suatu sistem baru untuk membantu mempromosikan teknologi angin. Energi angin pasar yang berkembang yang membantu untuk mengatasi krisis energi saat ini.

Selama ratusan tahun, masyarakat telah menggunakan tenaga kincir angin untuk memenuhi kebutuhan energi mereka. Dari yang sederhana kincir angin poros vertikal dari Persia kuno ke modern generator listrik masyarakat kontemporer, penggunaan kincir angin berkembang.

Turbin angin adalah desain modern kincir angin. Dengan meningkatnya kesadaran lingkungan dan penggunaan tenaga angin untuk memenuhi kebutuhan energi, perumahan daerah mulai membawa tenaga angin rumah dan melihat lebih banyak turbin angin ..
Meningkatnya biaya energi paving jalan bagi penggunaan tenaga angin residentially.
Penggunaan pertama dari kincir angin kekuasaan tanggal untuk tulisan-tulisan awal abad ketujuh, meskipun tanggal anekdot masih bisa diperdebatkan. Meskipun demikian, pabrik angin paling awal digunakan enam hingga dua belas layar dari buluh atau bahan kain.
Kekuasaan itu digunakan untuk menggiling jagung atau pompa air. Pada abad kedua belas, kincir angin kekuasaan dan estetika yang berkembang di Eropa. Selama abad ketiga belas, orang Cina menggunakan kekuatan kincir angin untuk mengairi tanaman.
Basis angin pabrik menjadi lebih kecil dan bulat, dan komunitas yang memperluas penggunaan energi angin. Meskipun teknologi masih belum sempurna, pompa bensin dan grinds sedang digunakan untuk berbagai barang. Jenis-jenis pabrik dan angin menggunakan kincir angin kekuasaan sangat bervariasi di seluruh generasi dan daerah.
Penggunaan tenaga angin berkembang sebagai bertahan berabad-abad. Hari ini, peradaban adalah tenaga angin membawa rumah dan menggunakannya untuk lebih dari pompa dan grinds.
Dengan menggunakan tenaga angin, rumah pembangun bisa berharap untuk mengurangi tagihan mereka secara keseluruhan antara lima puluh dan sembilan puluh persen.
Dalam kasus-kasus di mana turbin angin yang terletak di lokasi ideal, pemilik rumah bahkan dapat menghasilkan keuntungan pada generasi energi. Konsep mudah. Ketika energi yang dihasilkan adalah lebih dari energi yang digunakan, perusahaan utilitas lokal secara otomatis membeli kelebihan energi.
Selama periode waktu yang lama, penggunaan tenaga angin dapat secara signifikan lebih kecil dari tenaga angin yang dihasilkan cukup menyebabkan keuntungan bagi pemiliknya.
Pada dasarnya, seorang tenaga angin rumah hunian kit dibeli dan diinstal. Sebuah turbin angin terletak di atas menara tinggi, sekitar delapan puluh meter di udara. Menara mengumpulkan energi dari angin dan mengubahnya menjadi sumber energi yang bisa digunakan yang kompatibel dengan sistem rumah tenaga angin. Dalam kasus-kasus yang khas, tempat tinggal yang didukung oleh kombinasi energi angin dan membeli listrik dari perusahaan utilitas lokal. Selama kecepatan angin kondusif untuk pembangkit listrik, kediaman tetap didukung oleh tenaga angin rumah kit. Ketika penurunan kecepatan angin dan listrik tidak diproduksi, kediaman diaktifkan oleh energi dibeli. Untuk tempat tinggal di daerah berangin khususnya, mungkin produksi energi secara signifikan lebih tinggi daripada energi yang dihasilkan dalam waktu kurang berangin daerah.
Berkat teknologi yang telah berubah selama ratusan tahun, pemilik rumah mulai mengambil keuntungan dari yang ekonomis dan praktis pasokan energi. Salah satu yang sangat terbarukan dan berkelanjutan selama bertahun-tahun yang akan datang.

Fakta Menarik Energi Angin

Siapa pun yang berpikir bahwa energi angin tidak layak harus melihat pada beberapa fakta menarik energi angin tentang produksi di seluruh dunia. Kenyataannya adalah bentuk energi alternatif di sini dan popularitasnya sedang meningkat.

Wind energy facts that support the notion that this form of alternative energy production isn'ta fleeting fancy include: Energi angin fakta-fakta yang mendukung gagasan bahwa bentuk produksi energi alternatif sekilas isn'ta mewah meliputi:
* The worldwide production – Wind energy is estimated to supply about 1 percent of the world's power at the present. * Produksi di seluruh dunia - energi Angin diperkirakan untuk memasok sekitar 1 persen dari kuasa dunia saat ini. This number is anticipated to grow. Nomor ini diantisipasi untuk tumbuh.
* Denmark's dominance – Of all the countries in the world, this Scandinavian nation is the one that has embraced wind power with the widest open of arms. * Denmark dominasi - Dari semua negara di dunia, negara Skandinavia ini adalah salah satu yang telah memeluk tenaga angin dengan terbuka terluas senjata.
It is estimated that nearly 20 percent of Denmark's energy comes from wind power. Diperkirakan bahwa hampir 20 persen dari energi denmark berasal dari tenaga angin.
* The rest of Europe's interest – European countries fall only a small amount behind Denmark when it comes to production and use of wind power. * Sisanya kepentingan Eropa - negara-negara Eropa jatuh hanya sedikit di belakang denmark ketika datang untuk produksi dan penggunaan tenaga angin. Countries here that rely rather heavily on wind power include Spain, Portugal and Germany. Negara di sini yang mengandalkan agak berat pada tenaga angin meliputi Spanyol, Portugal dan Jerman.
* The US is picking up steam – As of 2007, about 1 percent of energy production in the United States came from wind farms. * The US adalah mengambil uap - Seperti tahun 2007, sekitar 1 persen dari produksi energi di Amerika Serikat berasal dari angin.
The state of Texas takes the lead with 4,356 MW of energy production. Negara bagian Texas mengambil memimpin dengan 4.356 MW dari produksi energi. California, Minnesota, Iowa and Washington trail Texas as leaders in this movement. California, Minnesota, Iowa dan Washington Texas jejak sebagai pemimpin dalam gerakan ini.
* Increase of manufacturing facilities – An estimated 14 new facilities to manufacture wind power related equipment were announced in 2007. * Peningkatan fasilitas manufaktur - Diperkirakan 14 baru fasilitas untuk memproduksi peralatan terkait tenaga angin diumumkan pada tahun 2007.
* General Electric's dominance – The company that has electricity in its name is the one that leads production of wind power equipment. * General Electric dominasi - Perusahaan yang telah listrik dalam namanya adalah salah satu yang menyebabkan produksi peralatan tenaga angin. The wind energy facts related to GE include its ownership of some 45 percent of the market for new systems installed and its longevity in the field – some two decades plus. Energi angin fakta-fakta yang terkait dengan kepemilikan GE mencakup dari sekitar 45 persen dari pasar sistem yang baru diinstal dan umur panjang di lapangan - sekitar dua dekade plus.
* The increase in production in the US * Peningkatan produksi di AS
. . – Of all the interesting wind energy facts, this one could be the most exciting for American environmentalists. - Dari semua fakta-fakta menarik energi angin, yang satu ini bisa menjadi yang paling menarik bagi lingkungan Amerika. It is estimated that the US Diperkirakan bahwa AS
. . expanded its capacity to produce wind power by 45 percent in the year 2007 alone. mengembangkan kemampuan untuk menghasilkan tenaga angin sebesar 45 persen pada tahun 2007 saja. A total of 5,422 megawatts of wind energy production capacity was added in this year. Sebanyak 5.422 megawatt kapasitas produksi energi angin ini ditambahkan dalam tahun ini. The US anticipates its wind farms will create some 48 billion kilowatt-hours of power in 2008. US mengantisipasi dengan angin akan membuat beberapa 48 billion kilowatt-jam kekuasaan tahun 2008. This is enough energy to fuel an estimated 4.5 million homes. Ini cukup energi untuk bahan bakar sekitar 4,5 juta rumah.
* The origins of wind energy – The first mention of wind power dates back to the first century AD. * Asal-usul energi angin - Yang pertama dari tenaga angin menyebutkan tanggal kembali ke abad pertama Masehi. Windmills are known to have been in fairly common use by the seventh century AD. Kincir angin diketahui telah berada di cukup umum digunakan oleh abad ketujuh Masehi.
Wind energy facts show that this environmental trend does have a great deal of merit. Energi angin fakta menunjukkan bahwa tren lingkungan ini memang memiliki banyak manfaat. With countries all over the world turning to this renewable resource, it is anticipated that growth in production will only continue. Dengan negara-negara di seluruh dunia beralih ke sumber daya terbarukan ini, itu adalah diantisipasi bahwa pertumbuhan produksi hanya akan berlanjut.

Energy Angin dan Potensinya

Dari artikel-artikel sebelumnya, banyak yang membahas mengenai pembangkit listrik tenaga angin, terutama sistem konversinya, generator yang digunakan, rangkaian elektronika dayanya, dan dampak yang dihasilkan. Dalam artikel ini saya akan mencoba mengajak pembaca untuk lebih mengenal apa itu angin, bagaimana terjadinya, penyebarannya, dan pemanfaatannya

Sejarah Pemanfaatan Angin

Manusia telah menggunakan energi angin selama setidaknya 5.500 tahun. Para nelayan menggunakan angin untuk menggerakkan kapalnya untuk mencari ikan ke tengah laut. Pedagang, penjajah dan bahkan misionaris menggunakan angin untuk menggerakkan kapal yang membawa mereka ke seluruh belahan dunia demi Glory, Gold, and Gospel. Arsitek pada masa dahulu menggunakan angin alami sebagai sirkulasi udara dalam suatu bangunan. Hammurabi, Raja Babilonia menggunakan energy angin untuk sistem irigasi pada abad ke-17 sebelum Masehi. Suku asli Sri Lanka, Sinhala, menggunakan angin muson dalam peleburan logam. Kincir angin pertama kali didirikan di Sistan, Afghanistan sejak abad ke-7. Kincir ini digunakan untuk menggiling jagung, biji-bijian, mengalirkan air, dan pada industri tebu. Kincir angin yang digunakan merupakan kincir angin dengan poros vertikal, dan tiap-tiap kipas berbentuk segi-empat yang dilapisi dengan bahan kain. Kincir angin dengan poros horizontal pertama kali ditemukan di Eropa untuk menggiling gandum.

Energi angin dapat dikonversikan menjadi energi mekanik, seperti pada penggilingan biji, ataupun untuk memompa air. Pada perkembangannya, energi angin dikonversikan menjadi energi mekanik, dan dikonversikan kembali menjadi energi listrik. Dalam bentuknya sebagai energi listrik, maka energi dapat ditransmisikan dan dapat digunakan untuk mencatu peralatan-peralatan elektronik.

Proses Terjadinya Angin

Penyebab timbulnya angin adalah matahari. Bumi menerima radiasi sinar matahari secara tidak merata. Dengan demikian, daerah khatulistiwa akan menerima energi radiasi matahari lebih banyak daripada di daerah kutub, atau dengan kata lain, udara di daerah khatulistiwa akan lebih tinggi dibandingkan dengan udara di daerah kutub. Pertukaran panas pada atmosfer akan terjadi secara konveksi. Berat jenis dan tekanan udara yang disinari cahaya matahari akan lebih kecil dibandingkan jika tidak disinari. Perbedaan berat jenis dan tekanan inilah yang akan menimbulkan adanya pergerakan udara. Pergerakan udara ini merupakan prinsip dari terjadinya angin. Secara ilmiah, pada abad ke-17, seorang fisikawan Itali, Evangelista Torricelli, mendeskripsikan bahwa angin dihasilkan karena adanya perbedaan suhu udara, dan juga perbedaan kepadatan (akibat perbedaan suhu udara), di antara dua daerah.

Apabila kita asumsikan bahwa Bumi tidak berotasi, permukaan yang datar, dan udara yang lebih hangat terjadi pada daerah khatulistiwa dibandingkan pada kutub, maka sirkulasi udara pada Bumi dapat diperkirakan pada Gambar 1.

Dampak Lingkungan Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil. Oleh karenanya tenaga angin dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia di masa depan. Tenaga angin juga merupakan sumber energi yang ramah lingkungan, dimana penggunaannya tidak mengakibatkan emisi gas buang atau polusi yang berarti ke lingkungan.

Penetapan sumber daya angin dan persetujuan untuk pengadaan ladang angin merupakan proses yang paling lama untuk pengembangan proyek energi angin. Hal ini dapat memakan waktu hingga 4 tahun dalam kasus ladang angin yang besar yang membutuhkan studi dampak lingkungan yang luas.

Emisi karbon ke lingkungan dalam sumber listrik tenaga angin diperoleh dari proses manufaktur komponen serta proses pengerjaannya di tempat yang akan didirikan pembangkit listrik tenaga angin. Namun dalam operasinya membangkitkan listrik, secara praktis pembangkit listrik tenaga angin ini tidak menghasilkan emisi yang berarti. Jika dibandingkan dengan pembangkit listrik dengan batubara, emisi karbon dioksida pembangkit listrik tenaga angin ini hanya seperseratusnya saja. Disamping karbon dioksida, pembangkit listrik tenaga angin menghasilkan sulfur dioksida, nitrogen oksida, polutan atmosfir yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan pembangkit listrik dengan menggunakan batubara ataupun gas. Namun begitu, pembangkit listrik tenaga angin ini tidak sepenuhnya ramah lingkungan, terdapat beberapa masalah yang terjadi akibat penggunaan sumber energi angin sebagai pembangkit listrik, diantaranya adalah dampak visual , derau suara, beberapa masalah ekologi, dan keindahan.

Dampak visual biasanya merupakan hal yang paling serius dikritik. Penggunaan ladang angin sebagai pembangkit listrik membutuhkan luas lahan yang tidak sedikit dan tidak mungkin untuk disembunyikan. Penempatan ladang angin pada lahan yang masih dapat digunakan untuk keperluan yang lain dapat menjadi persoalan tersendiri bagi penduduk setempat. Selain mengganggu pandangan akibat pemasangan barisan pembangkit angin, penggunaan lahan untuk pembangkit angin dapat mengurangi lahan pertanian serta pemukiman. Hal ini yang membuat pembangkitan tenaga angin di daratan menjadi terbatas. Beberapa aturan mengenai tinggi bangunan juga telah membuat pembangunan pembangkit listrik tenaga angin dapat terhambat. Penggunaan tiang yang tinggi untuk turbin angin juga dapat menyebabkan terganggunya cahaya matahari yang masuk ke rumah-rumah penduduk. Perputaran sudu-sudu menyebabkan cahaya matahari yang berkelap-kelip dan dapat mengganggu pandangan penduduk setempat.

Efek lain akibat penggunaan turbin angin adalah terjadinya derau frekuensi rendah. Putaran dari sudu-sudu turbin angin dengan frekuensi konstan lebih mengganggu daripada suara angin pada ranting pohon. Selain derau dari sudu-sudu turbin, penggunaan gearbox serta generator dapat menyebabkan derau suara mekanis dan juga derau suara listrik. Derau mekanik yang terjadi disebabkan oleh operasi mekanis elemen-elemen yang berada dalam nacelle atau rumah pembangkit listrik tenaga angin. Dalam keadaan tertentu turbin angin dapat juga menyebabkan interferensi elektromagnetik, mengganggu penerimaan sinyal televisi atau transmisi gelombang mikro untuk perkomunikasian.

Penentuan ketinggian dari turbin angin dilakukan dengan menganalisa data turbulensi angin dan kekuatan angin. Derau aerodinamis merupakan fungsi dari banyak faktor seperti desain sudu, kecepatan perputaran, kecepatan angin, turbulensi aliran masuk. Derau aerodinamis merupakan masalah lingkungan, oleh karena itu kecepatan perputaran rotor perlu dibatasi di bawah 70m/s. Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa penggunaan skala besar dari pembangkit listrik tenaga angin dapat merubah iklim lokal maupun global karena menggunakan energi kinetik angin dan mengubah turbulensi udara pada daerah atmosfir.

Pengaruh ekologi yang terjadi dari penggunaan pembangkit tenaga angin adalah terhadap populasi burung dan kelelawar. Burung dan kelelawar dapat terluka atau bahkan mati akibat terbang melewati sudu-sudu yang sedang berputar. Namun dampak ini masih lebih kecil jika dibandingkan dengan kematian burung-burung akibat kendaraan, saluran transmisi listrik dan aktivitas manusia lainnya yang melibatkan pembakaran bahan bakar fosil. Dalam beberapa studi yang telah dilakukan, adanya pembangkit listrik tenaga angin ini dapat mengganggu migrasi populasi burung dan kelelawar. Pembangunan pembangkit angin pada lahan yang bertanah kurang bagus juga dapat menyebabkan rusaknya lahan di daerah tersebut.

Ladang angin lepas pantai memiliki masalah tersendiri yang dapat mengganggu pelaut dan kapal-kapal yang berlayar. Konstruksi tiang pembangkit listrik tenaga angin dapat mengganggu permukaan dasar laut. Hal lain yang terjadi dengan konstruksi di lepas pantai adalah terganggunya kehidupan bawah laut. Efek negatifnya dapat terjadi seperti di Irlandia, dimana terjadinya polusi yang bertanggung jawab atas berkurangnya stok ikan di daerah pemasangan turbin angin. Studi baru-baru ini menemukan bahwa ladang pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai menambah 80 – 110 dB kepada noise frekuensi rendah yang dapat mengganggu komunikasi ikan paus dan kemungkinan distribusi predator laut. Namun begitu, ladang angin lepas pantai diharapkan dapat menjadi tempat pertumbuhan bibit-bibit ikan yang baru. Karena memancing dan berlayar di daerah sekitar ladang angin dilarang, maka spesies ikan dapat terjaga akibat adanya pemancingan berlebih di laut.

Dalam operasinya, pembangkit listrik tenaga angin bukan tanpa kegagalan dan kecelakaan. Kegagalan operasi sudu-sudu dan juga jatuhnya es akibat perputaran telah menyebabkan beberapa kecalakaan dan kematian. Kematian juga terjadi kepada beberapa penerjun dan pesawat terbang kecil yang melewati turbin angin. Reruntuhan puing-puing berat yang dapat terjadi merupakan bahaya yang perlu diwaspadai, terutama di daerah padat penduduk dan jalan raya. Kebakaran pada turbin angin dapat terjadi dan akan sangat sulit untuk dipadamkan akibat tingginya posisi api sehingga dibiarkan begitu saja hingga terbakar habis. Hal ini dapat menyebarkan asap beracun dan juga dapat menyebabkan kebakaran berantai yang membakar habis ratusan acre lahan pertanian. Hal ini pernah terjadi pada Taman Nasional Australia dimana 800 km² tanah terbakar. Kebocoran minyak pelumas juga dapat teradi dan dapat menyebabkan terjadinya polusi daerah setempat, dalam beberapa kasus dapat mengkontaminasi air minum.

Meskipun dampak-dampak lingkungan ini menjadi ancaman dalam pembangunan pembangkit listrik tenaga angin, namun jika dibandingkan dengan penggunaan energi fosil, dampaknya masih jauh lebih kecil. Selain itu penggunaan energi angin dalam kelistrikan telah turut serta dalam mengurangi emisi gas buang.

Penggunaan inovasi dalam teknologi, bagaimanapun selalu memunculkan permasalahan baru yang memerlukan pemecahan dengan terknologi baru lagi. Oleh karena itu kita sebagai orang-orang yang bergerak di bidang science dan teknologi haruslah dapat terus mengembangkan teknologi yang lebih ramah lingkungan yang memiliki efek negatif sekecil mungkin.

Sumber :

Pembangkit Listrik Masa Depan Indonesia

Kadek Fendy Sutrisna ST. dan Ardha Pradikta Rahardjo

1.      Pendahuluan

Setelah pulih dari krisis moneter pada tahun 1998, Indonesia mengalami lonjakan hebat dalam konsumsi energi. Dari tahun 2000 hingga tahun 2004 konsumsi energi primer Indonesia meningkat sebesar 5.2 % per tahunnya. Peningkatan ini cukup signifikan apabila dibandingkan dengan peningkatan kebutuhan energi pada tahun 1995 hingga tahun 2000, yakni sebesar 2.9 % pertahun. Dengan keadaan yang seperti ini, diperkirakan kebutuhan listrik indonesia akan terus bertambah sebesar 4.6 % setiap tahunnya, hingga diperkirakan mencapai tiga kali lipat pada tahun 2030. Seperti terlihat pada Gambar 1. [ER Indonesia]

Tentunya pemerintah pun tidak tinggal diam dalam menghadapi lonjakan kebutuhan energi, terutama energi listrik. Salah satu langkah awal yang pemerintah lakukan adalah dengan membuat blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2006 – 2025 (Keputusan Presiden RI nomer 5 tahun 2006). Secara garis besar, dalam blueprint tersebut ada dua macam solusi yang dilakukan secara bertahap hingga tahun 2025, yaitu peningkatan efisiensi penggunaan energi (penghematan) dan pemanfaatan sumber-sumber energi baru (diversifikasi energi). Mengingat rasio elektrifikasi yang masih relatif rendah, yaitu 63 % pada tahun 2005, sedangkan Indonesia menargetkan rasio elektrifikasi 95 % pada tahun 2025, maka pembahasan pada artikel ini akan lebih diarahkan pada pemanfaatan sumber energi primer sebagai pembangkit listrik.

2. Latar Belakang

Indonesia adalah negara yang memiliki sumber daya energi yang berlimpah dan beragam baik yang bersumber dari fosil seperti minyak bumi, batubara dan gas bumi. Ataupun sumber energi alternatif dan terbarukan lainnya seperti tenaga surya, tenaga angin, tenaga air, geothermal, biomasa dan lain-lain. Meskipun potensi sumber energi yang dimiliki berlimpah, Indonesia sampai saat ini tetap belum bisa memenuhi kebutuhan energi dalam negerinya sendiri.

Diversifikasi energi (bauran sumber energi) merupakan suatu konsep / strategi yang dapat dipergunakan sebagai alat (tools) untuk mencapai pembangunan energi dan ekonomi yang berkelanjutan.  Kebijakan bauran energi (energy mix) menekankan bahwa Indonesia tidak boleh hanya tergantung pada sumber energi berbasis fosil, namun harus juga mengembangkan penggunaan energi terbarukan. Kebijakan bauran energi di Indonesia perlu dikembangkan dengan memperjelas strategi, sasaran penggunaan, jumlah pemanfaatandan pengelolaan energi nasional, dengan mempertimbangkan potensi energi, permintaan energi, infrastruktur energi serta faktor lainnya seperti harga energi, teknologi, pajak, investasi dan sebagainya.

Pada tahun 2005, sumber utama pasokan energi Indonesia adalah minyak bumi ( 54.78 % ), disusul gas bumi ( 22,24 % ), batubara ( 16.77 % ), Air ( 3.72 %) dan geothermal ( 2.46 % ). Sasaran pemerintah pada tahun 2025, diharapkan terwujudnya bauran energi yang lebih optimal, yaitu : minyak bumi ( < 20 % ), gas bumi ( > 30 %), batubara ( > 33 % ), biofuel ( > 5 % ), panas bumi ( > 5 % ), Energi terbarukan lainnya ( > 5 % ) dan batubara yang dicairkan ( > 2 % ) [BluePrint]

Artikel ini akan mengkaji kelebihan dan kekurangan masing-masing sumber energi di Indonesia. Dengan memaparkan kelebihan dan kekurangan ini, diharapkan dapat memberikan pemahaman kepada masyarakat untuk mendukung program pemerintah dalam mengembangkan energi di Indonesia berdasarkan blueprint pengelolaan energi nasional (Presidential degree 5, 2006). Artikel ini merupakan salah satu upaya dan kontribusi nyata dari penulis (insinyur atau para ahli di perguruan tinggi) untuk dapat membangun negara dan bangsa Indonesia yang lebih bermartabat karena mampu mandiri di bidang energi.

3.  Kriteria Pemilihan Pembangkit

Meskipun Indonesia memiliki banyak potensi energi yang dapat dikembangkan menjadi pembangkit listrik, namun kenyataannya proses realisasinya tidak semudah membalik telapak tangan. Pemilihan pembangkit listrik bukanlah hal yang mudah. Banyak hal yang harus dipertimbangkan secara matang, seperti: prediksi pertumbuhan beban per tahun, karakteristik kurva beban, keandalan sistem pembangkit, ketersediaan dan harga sumber energi primer yang akan digunakan, juga isu lingkungan, sosial dan politik.

3.1   Karakteristik Beban

Hingga saat ini tidak ada satu alat pun yang dapat menyimpan energi listrik dalam kapasitas yang sangat besar. Untuk itu besarnya listrik yang dibangkitkan harus disesuaikan dengan kebutuhan beban pada saat yang sama. Apabila melihat kurva beban harian pada Gambar 3, sebagai contoh kurva beban listrik di Pulau Jawa, terlihat bahwa beban yang ditanggung PLN berubah secara fluktuatif setiap jamnya.

Secara garis besar ada 3 tipe pembangkit listrik berdasarkan waktu beroperasinya. Tipe base untuk menyangga beban-beban dasar yang konstan, dioperasikan sepanjang waktu dan memiliki waktu mula yang lama. Tipe intermediate biasanya digunakan sewaktu-waktu untuk menutupi lubang-lubang beban dasar pada kurva beban, memiliki waktu mula yang cepat dan lebih reaktif. Tipe peak/puncak, hanya dioperasikan saat PLN menghadapi beban puncak, umumnya pembangkit tipe ini memiliki keandalan yang tinggi, namun tidak terlalu ekonomis untuk digunakan terus-menerus.

Melihat kurva diatas pula, maka kebijakan mengenai pembangunan pembangkit baru juga harus merefleksikan kurva beban sesuai dengan proyeksi kebutuhan listrik dimasa depan. Maka nantinya akan terlihat berapa pembangkit yang harus menjadi pembangkit tipe base dan berapa yang menjadi pembangkit mendukung beban intermediate dan beban puncak.

3.2  Keandalan Pembangkit

Salah satu hal penting dari penyediaan pasokan energi listrik adalah isu keandalan. Keandalan kapasitas pembangkit didefenisikan sebagai persesuaian antara kapasitas pembangkit yang terpasang terhadap kebutuhan beban. Artinya pasokan energi diharuskan selalu tersedia untuk melayani beban secara kontinyu.

Banyak faktor yang menjadi parameter keandalan dan kualitas listrik. Diantaranya : (i) Ketidakstabilan frekuensi (ii) Fluktuasi tegangan (iii) interupsi atau pemadaman listrik. Untuk parameter pertama dan kedua, umumnya permasalahannya muncul di sektor transmisi atau distribusi. Sedangkan parameter ketiga lebih banyak pada sektor pembangkitan, karena terkait masalah pemenuhan kapasitas pasokan terhadap beban.

Metoda yang biasa digunakan untuk menentukan indeks itu adalah dengan metoda LOLP (Loss Of Load Probability) atau sering dinyatakan sebagai LOLE (Loss Of Load Expectation). Probabilitas kehilangan beban adalah metode yang dipergunakan untuk mengukur tingkat keandalan dari suatu sistem pembangkit dengan mempertimbangkan kemungkinan terjadinya peristiwa sistem pembangkit tidak dapat mensuplai beban secara penuh.

Banyak kegagalan pembangkit terjadi akibat tidak tersedianya sumber energi primer. Permasalahan ketersediaan ini seringkali menimpa pembangkit-pembangkit berbahan bakar fosil. Di Indonesia sendiri banyak pembangkit berbahan bakar gas yang harus dioperasikan dengan bahan bakar minyak karena langkanya ketersediaan gas untuk konsumsi pembangkit Indonesia. Atau bisa juga karena masalah distribusi yang tersendat, seperti masalah kapal batu bara yang tidak bisa merapat, terganggu akibat faktor cuaca. Sedangkan pada kebanyakan pembangkit listrik energi terbarukan, ketersediaanya memang bisa dibilang cukup menjanjikan, karena semuanya memang sudah tersedia di alam dan tinggal dimanfaatkan saja.

3.3  Aspek Ekonomi

Pertimbangan aspek ekonomi pembangkit umumnya meliputi 3 lingkup besar, yaitu: (i) biaya investasi awal; (ii) biaya operasional; (iii) biaya perawatan pembangkit. Sifat ekonomis sebuah sistem pembangkit listrik dapat dilihat dari harga jual listrik untuk setiap kWh (kilo watt kali jam). Salah satu faktor yang mempengaruhi bahwa pembangkit listrik-ekonomis (harga jual listrik serendah mungkin untuk setiap kWh) adalah biaya bahan bakar. Secara umum, biaya bahan bakar untuk pembangkit berbahan bakar fosil adalah 80 % dari biaya pembangkitan dan untuk pembangkit nuklir adalah 50 % dari biaya pembangkitan.

3.4 Aspek Lingkungan dan Geografis

Sistem harus sesuai dengan kondisi geografis dan hubungan antarnegara. Sebuah pembangkit dibangun mengacu pada letak geografis dan pengaruhnya terhadap negara tetangga atau negara lain. Misalkan sebuah PLTU dioperasikan dan mengeluarkan gas CO₂ ke udara. Pengontrolan terhadap pengeluaran gas CO₂ perlu di lakukan juga oleh negara tetangga atau negara lain. Di dalam hal ini, kerja sama internasional sangat diperlukan untuk menjamin sistem berkeselamatan andal dan ramah lingkungan.

3.5   Aspek Sosial dan Politik

Sistem harus sesuai dengan program penelitian dan pengembangan negara itu serta terbentuknya kerja sama yang harmonis antara pemerintah dan masyarakat untuk menjamin tingkat keselamatan sistem yang tinggi dan andal. Kebutuhan masyarakat dan kebijakan pemerintah tentang program penelitian dan pengembangan bidang energi harus sesuai / searah untuk menjamin perencanaan energi nasional di masa depan berlangsung dengan baik.

Energi nasional seharusnya dapat direncanakan dan diprediksi secara jangka pendek maupun jangka panjang dengan berdasarkan 5 kriteria pemilihan/kompatibilitas pembangkit. Hal ini untuk menjamin sebuah sistem pembangkit yang mendukung program energi nasional dapat beroperasi dengan baik dan berkeselamatan. Andal agar lingkungan tidak tercemari dan hubungan kerja sama internasional tetap berlangsung dengan baik. Berdasarkan kriteria tersebut, perencanaan bauran energi nasional sangat diperlukan untuk menghilangkan ketergantungan teknologi kepada salah satu jenis pembangkit, serta menjamin keberlangsungan kebutuhan energi di masa depan.

4  Jenis-Jenis Pembangkit

Krisis energi dunia yang terjadi pada tahun 1973 dan tahun 1979 memberikan pengalaman berharga kepada Indonesia khususnya tentang masalah dan dampak yang terjadi akibat ketergantungan pada satu jenis energi yang diimpor yaitu minyak bumi. Kenaikan harga minyak dunia mempengaruhi stabilitas ekonomi Indonesia. Hal ini menyebabkan terjadinya permintaan untuk pusat-pusat pembangkit tenaga listrik yang dapat mempergunakan jenis bahan bakar lain. Pada saat ini terdapat 5 jenis bahan bakar untuk pembangkitan tenaga listrik skala besar, yaitu : minyak, gas, batubara, hidro dan nuklir. Kemudian berkembang tuntutan-tuntutan lain, yaitu keperluan peningkatan efisiensi pembangkitan dan perlunya teknologi yang lebih bersahabat lingkungan. Perkembangan pembangkit listrik energi terbarukan, biomasa dan geothermal juga menjadi suatu sasaran yang penting.

4.1   Pembangkit Listrik Berbahan Bakar Minyak

Terminologi pembangkit listrik berbahan bakar minyak pada umumnya diidentikkan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Walau pada kenyataannya bahan bakar minyak juga terkadang digunakan pada PLTG (akan dibahas pada 2.2). Prinsip kerja PLTD adalah dengan menggunakan mesin diesel yang berbahan bakar High Speed Diesel Oil (HSDO). Mesin diesel bekerja berdasarkan siklus diesel. Mulanya udara dikompresi ke dalam piston, yang kemudian diinjeksi dengan bahan bakar kedalam tempat yang sama. Kemudian pada tekanan tertentu campuran bahan bakar dan udara akan terbakar dengan sendirinya. Proses pembakaran seperti ini pada kenyataannya terkadang tidak menghasilkan pembakaran yang sempurna. Hal inilah yang menyebabkan efisiensi pembangkit jenis ini rendah, lebih kecil dari 50 %. Namun apabila dibandingkan dengan mesin bensin (otto), mesin diesel pada kapasitas daya yang besar masih memiliki efisiensi yang lebih tinggi, hal ini dikarenakan rasio kompresi pada mesin diesel jauh lebih besar daripada mesin bensin.

Keuntungan utama penggunaan pembangkit listrik berbahan bakar minyak atau sering disebut dengan PLTD adalah dapat beroperasi sepanjang waktu selama masih tersediannya bahan bakar. Kehandalan pembangkit ini tinggi karena dalam operasinya tidak bergantung pada alam seperti halnya PLTA. Mengingat waktu start-nya yang cepat namun ongkos bahan bakarnya tergolong mahal dan bergantung dengan perubahan harga minyak dunia yang cenderung meningkat dari tahun ke tahun, PLTD disarankan hanya dipakai untuk melayani konsumen pada saat beban puncak saja.

Investasi awal pembangunan PLTD yang relatif murah, kebutuhan energi di daerah-daerah terisolasi yang mendesak dan kebutuhan energi daerah-daerah yang belum terlalu besar, pemerintah Indonesia berinisiatif membangun PLTD yang berfungsi sebagai base-supply untuk memenuhi kebutuhan listrik di daerah-daerah ini, untuk mengurangi biaya transmisi dan rugi-rugi jaringan dalam menyalurkan energi listrik dari kota terdekat.

Dengan digunakannya bahan bakar konvensional maka adanya kemungkinan pembangkit ini akan sulit dioperasikan di masa depan karena persediaan minyak bumi dunia yang semakin menipis. Harga minyak yang terus meningkat menjadi pertimbangan utama dalam menggunakan pembangkit ini. Harga minyak yang mahal diakibatkan karena pasar minyak dunia yang tidak stabil dan ongkos transportasi untuk membawa minyak tersebut ke daerah yang dituju. Padahal di sisi beban, PLN dipaksa menjual dengan harga murah. Inilah yang menyebabkan PLN rugi besar.

Penulis berpendapat bahwa dengan memperhatikan alasan utama masalah ketersediaan minyak bumi nasional yang semakin sedikit, maka akan lebih bijaksana apabila tingkat konsumsi pembangkit listrik berbahan bakar minyak dikurangi. Dengan cara seperti itu diharapkan akan mempercepat Indonesia menjadi negara yang mandiri energi, tidak terpengaruh dengan krisis energi global. Oleh karena itu, upaya bauran energi nasional pembangkit listrik di Indonesia harus segera direalisir menjadi tindakan yang konkret dan menjadi komitmen bersama.

4.2   Pembangkit Listrik Berbahan Bakar Gas

Turbin gas kini memegang peran penting di dalam pengembangan pusat-pusat pembangkit tenaga listrik yang baru. Peran itu tampaknya masih akan terus berlanjut memasuki abad ke-21 yang akan datang. Dominasi ini disebabkan karena efisiensi termal yang dimiliki turbin gas yang relatif tinggi bila dibandingkan dengan pembangkit berbahan bakar lainnya. Perkembangan yang cepat dari teknologi turbin gas dimulai dari awal 1990-an, dengan mempergunakan gas bumi sebagai bahan bakar akan meningkatkan efisiensi pusat listrik siklus kombinasi (combine cycle) mendekati 60 %. Diprediksi bahwa efisiensi ini masih akan terus meningkat dalam beberapa tahun mendatang.

Pada Gambar 4 dijelaskan tentang cara kerja pembangkit listrik berbahan bakar gas. Prinsip kerja PLTG adalah dengan mamanfaatkan tekanan aliran udara ungtuk menggerakkan turbin. Pertama-tama udara dinaikkan tekanannya dengan menggunakan kompresor dan kemudian dibakar di ruang pembakaran untuk meningkatkan energinya. Pembakaran dilakukan dengan menggunakan bahan bakar gas (bisa juga digunakan MFO atau HSDO, tapi dengan efisiensi yang lebih rendah). Udara yang sudah bertekanan tinggi kemudian dialirkan melalui turbin dan menggerakkan generator, sehingga dihasilkanlah listrik. Keuntungan lain menggunakan PLTG adalah gas yang dipakai bisa dibilang lebih mudah untuk disiapkan daripada uap, sehingga PLTG bisa mulai berproduksi dengan cepat dari keadaan ‘dingin’ dalam hitungan menit, jauh lebih cepat daripada PLTU.

Satu hal yang menarik pada PLTG adalah gas yang keluar dari turbin biasanya masih ‘cukup panas’. Cukup panas disini dalam artian bila di sebelah PLTG ada sebuah PLTU, maka gas hasil proses di PLTG masih dapat digunakan untuk memanaskan boiler kepunyaan PLTU. Inilah kemudian yang dikenal dengan sebutan siklus kombinasi, sebuah pembangkit yang terdiri dari PLTG dan PLTU. Keuntungan dari pembangkit listrik gabungan ini, PLTGU (gas – uap), harga jual listriknya relatif lebih murah bila dibandingkan dengan harga jual listrik PLTU-batubara.

Apabila Indonesia mampu mengolah dengan baik penggunaan cadangan gas bumi nasionalnya sehingga diperoleh pemasokan gas bumi untuk pembangkit dengan harga yang lebih rendah, maka biaya listrik dari pengoperasian PLTGU akan bisa lebih murah lagi. Selain pembangkitan listrik yang murah, keuntungan lain dari pembangkit listrik berbahan bakar gas bumi adalah emisi CO₂ yang sangat rendah. PLTGU sering disebut sebagai bahan bakar yang ‘bersih’ sehingga mengakibatkan pencemaran lingkungan yang minimal.

Indonesia : dalam hal ini PT PLN (Persero), sekarang ini telah banyak mengoperasikan PLTGU. Dapat dikemukakan bahwa pada saat ini perusahaan Amerika GE (General Electric) berusaha untuk meningkatkan efisiensi PLTGU yang dapat melampaui 60 % dengan mempergunakan siklus kombinasi Kalina, yang mempergunakan suatu campuran dari air (H₂O) dan amonia (NH₃) sebagai fluida kerja. Teknologi kogenarsi, yang membangkitkan energi listrik dan panas dapat menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi lagi bahkan hingga 90 %. Teknologi ini juga sudah dimanfaatkan di beberapa pabrik di Indonesia.

Namun kendala utama perkembangan pembangkit ini di Indonesia adalah pada proses penyediaan bahan bakar gas itu sendiri. Pemeriksaan BPK menemukan bahwa jumlah kebutuhan gas bumi untuk sejumlah pembangkit PLN di Jawa dan Sumatera sebanyak 1.459 juta kaki kubik per hari, sedangkan pasokan gas yang disediakan oleh para pemasok sebanyak 590 juta kaki kubik per hari. Dengan demikian terjadi kekurangan pasokan gas sebanyak 869 juta kaki kubik per hari

Menurut data Departemen ESDM, gas bumi di Indonesia di perkirakan hanya mencukupi untuk 61 tahun kedepan. Kemudian cadangan batubara diperkirakan habis dalam waktu 147 tahun lagi, sedangkan cadangan minyak bumi hanya cukup untuk 18 tahun kedepan. Agar mampu mengembangkan PLTGU di Indoneia, permasalahan persaingan penggunaan gas bumi : untuk transportasi, pembangkit listrik-industri dan konsumsi publik (program pemerintah : PT. Pertamina yang menyarankan konversi minyak tanah ke bahan bakar gas untuk memasak dan lain-lain), hal ini harus dapat diatur dengan jelas penyediaannya agar tidak menjadi dua hal yang saling kompetitif.

4.3   Pembangkit Listrik Berbahan Bakar Batubara

Secara global, fakta menyebutkan bahwa lebih banyak energi listrik dibangkitkan dengan batubara dibandingkan dengan bahan bakar lain. Situasi ini tampaknya masih akan terus berlanjut, hal ini disebabkan karena cadangan batubara yang besar. Namun di lain pihak, masalah utama pembangkit listrik berbahan bakar batubara adalah pembangkitan listrik ini merupakan salah satu kontributor pencemaran gas CO₂ yang terbesar. Karena alasan tersebut berbagai usaha dilakukan untuk mengurangi masalah pencemaran itu, yang sering dinamakan dengan teknologi batubara bersih.

Gambar 5 menunjukan cara kerja pembangkit listrik berbahan bakar batubara. Pertama-tama batubara dari luar dialirkan ke penampung batubara dengan conveyor, kemudian dihancurkan dengan pulverized fuel coal sehingga menjadi tepung batubara. Kemudian batubara halus tersebut dicampur dengan udara panas oleh forced draught fan sehingga menjadi campuran udara panas dan batubara. Dengan tekanan yang tinggi, campuran udara panas dan batubara disemprotkan ke dalam boiler sehingga akan terbakar dengan cepat seperti semburan api. Kemudian air dialirkan ke atas melalui pipa yang ada di dinding boiler, air tersebut akan dimasak menjadi uap dan uap tersebut dialirkan ke tabung boiler untuk memisahkan uap dari air yang terbawa. Selanjutnya uap dialirkan ke superheater untuk melipatgandakan suhu dan tekanan uap hingga mencapai suhu 570° C dan tekanan sekitar 200 bar yang meyebabkan pipa akan ikut berpijar menjadi merah.

Untuk mengatur turbin agar mencapai set point, kita dapat men-setting steam governor valve secara manual maupun otomatis. Uap keluaran dari turbin mempunyai suhu sedikit di atas titik didih, sehingga perlu dialirkan ke condenser agar menjadi air yang siap untuk dimasak ulang. Sedangkan air pendingin dari condenser akan di semprotkan kedalam cooling tower. Hal inilah yang meyebabkan timbulnya asap air pada cooling tower. Kemudian air yang sudah agak dingin dipompa balik ke condenser sebagai air pendingin ulang. Sedangkan gas buang dari boiler diisap oleh kipas pengisap agar melewati electrostatic precipitator untuk mengurangi polusi dan kemudian gas yg sudah disaring akan dibuang melalui cerobong.

Teknologi gasifikasi merupakan pemecahan yang kini mulai dipandang sebagai teknologi batubara yang dapat memenuhi keperluan akan pembangkitan tenaga listrik yang bersih dan efisien (teknologi batubara bersih). Diperkirakan bahwa pada awal abad ke-21, PLTU-batubara dengan teknologi gasifikasi akan mengeluarkan 99 % lebih sedikit sulfur dioksida (SO₂) dan abu terbang, serta 90 % kurang nitrogen oksida (NO_x) dari PLTU-batubara masa kini. PLTU-batubara gasifikasi juga diperkirakan akan menurunkan emisi karbon dioksida (CO₂) dengan 35 – 40 %, menurunkan buangan padat dengan 40 – 50 % dan menghasilkan penghematan biaya daya 10 – 20 %. Teknologi gasifikasi digabung dengan teknologi turbin gas maju akan memegang peran utama dalam pusat-pusat pembangkit gasifikasi terpadu.

Gasifikasi batubara maupun minyak residu sudah terjadi memanfaatkan kayu buangan atau bagas tebu juga menjanjikan. Dengan meningkatnya tuntunan-tuntunan lingkungan, kemungkinan besar teknologi gasifikasi akan menyebabkan batubara akan dapat mempertahankan posisi utamanya sebagai bahan bakar untuk pembangkitan tenaga listrik. Karena memiliki cadangan batubara yang cukup besar, terutama yang berupa lignit, teknologi gasifikasi akan menjadi sangat penting bagi Indonesia di masa mendatang. Di Amerika Serikat telah ada bebarapa proyek demontrasi siklus kombinasi gas terpadu (Integrated Gas Combined Cycle, IGCC), antara lain Wabash River Repowering Project di Indiana dengan daya 262 MWdan Camden Clean Energy Demonstration Project di New Jersey dengan daya 480 MW.

Teknologi pencairan batubara masih banyak terganggu oleh biaya yang tinggi. Negara yang paling maju dalam bidang ini adalah Afrika Selatan. Negara ini memiliki beberapa pabrik yang memproduksi batubara cair. Pabrik pertama adalah “Sasol One” terletak dekat kota Sasolburg, yang sejak pertengah 1950an telah berproduksi. Pabrik kedua, ‘Sasol Two’, terletak di kota Secunde berproduksi sejak tahun 1980, dan pabrik ketiga, ‘Sasol Three’, berproduksi sejak tahun 1982.

Walaupun teknologi pengolahan batubara sebagai bahan bakar primer sudah jauh berkembang dan cadangan nasional batubara cukup tinggi, sayangnya pembangkit listrik ini membuang energi dua kali lipat dari energi yang dihasilkan. Setiap 1000 megawatt yang dihasilkan dari pembangkit listrik bertenaga batubara akan mengemisikan 5,6 juta ton CO₂ per tahun. CO₂ merupakan salah satu gas yang paling menyebabkan global warming atau efek rumah kaca. Bagaimanapun teknologi batubara bersih yang digunakan, Penulis masih menganggap bahwa proses gasifikasi / batubara cair ‘belum’ bisa mengurangi emisi gas karbondioksida dan ‘belum’ bisa meningkatkan efisiensi bahan bakar. Terlalu banyak energi yang dibuang selama proses pengolahan dari batubara ‘mentah’ menjadi batubara cair/gas. Walaupun PLTU dengan teknologi batubara bersih mampu mengurangi 90 % gas buangan dan abu terbangnya pada saat beroperasi, namun polutan selama proses pembuatan batubara cair / gas yang dihasilkan masih cukup tinggi.

  Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) mengalami beberapa perkembangan yang sangat signifikan, terutama perkembangan di pembuatan desain sedemikian hingga PLTN generasi berikutnya menjadi lebih andal, aman, ekonomis serta lebih mudah untuk dioperasikan. Peningkatan keandalan dan keamanan diperoleh pada penyederhanaan sistem pipa primer, perbaikan pada mekanisme batang kendali dan optimasi dari pendinginan inti dalam keadaan darurat.

Peningkatan kemudahan operasi dan pemeliharaan diupayakan dengan cara perbaikan sistem instrumentasi dan pengendalian, sedangkan penurunan biaya konstruksi dan operasi diharapkan dapat meningkatkan unjuk kerja secara ekonomis. Pengembangan teknologi PLTN juga meliputi penurunan jumlah dari limbah radioaktif yang dihasilkan. Perkembangan terpesat PLTN kini terjadi di RRC, yang diperkirakan akan memiliki 20 GW daya terpasang PLTN pada tahun 2010. PLTN yang banyak terpasang adalah PWR (Pressurized Water Reactor), diperkirakan juga akan berkembang PLTN Candu (Canadian Deuterium Uranium), teknologi dari Kanada.

Cara kerja PLTN jenis PWR dan BWR ditunjukkan pada Gambar 6 : yang berbeda dari PLTN adalah mesin pembangkit uapnya, yaitu berupa reaktor nuklir. Dalam reaktor nuklir, reaksi fisi berantai dipertahankan kontinuitasnya dalam bahan bakar sehingga bahan bakar menjadi panas. Panas ini kemudian ditransfer ke pendingin reaktor yang kemudian secara langsung atau tak langsung digunakan untuk membangkitkan uap. Pembangkitan uap langsung dilakukan dengan membuat pendingin reaktor (biasanya air biasa, H₂O) mendidih dan menghasilkan uap. Pada pembangkitan uap tak langsung, pendingin reaktor (disebut pendingin primer) yang menerima panas dari bahan bakar disalurkan melalui pipa ke perangkat pembangkit uap. Pendingin primer ini kemudian memberikan panas (menembus media dinding pipa) ke pendingin sekunder (air biasa) yang berada di luar pipa perangkat pembangkit uap untuk kemudian panas tersebut mendidihkan pendingin sekunder dan membangkitkan uap.

Pada umumnya tipe reaktor nuklir dalam PLTN dibedakan berdasarkan komposisi, konstruksi dari bahan moderator neutron dan bahan pendingin yang digunakan, sehingga digunakan sebutan seperti reaktor gas, reaktor air ringan, reaktor air berat (air ringan (H₂O) dan air berat (D₂O) ; D adalah salah satu isotop hidrogen, yaitu deuterium 2H₁). Selain itu, faktor kondisi air pendingin juga menjadi pertimbangan penggolongan tipe reaktor nuklir dalam PLTN. Jika air pendingin dalam kondisi mendidih disebut reaktor air didih, jika tak mendidih (atau tidak diizinkan mendidih, dengan memberi tekanan secukupnya pada pendingin) disebut reaktor air tekan. Reaktor nuklir dengan temperatur pendingin sangat tinggi (di atas 800^o C) disebut reaktor gas temperatur tinggi. Kecepatan neutron rata-rata dalam reaktor yang dihasilkan dari reaksi fisi juga dipakai untuk menggolongkan tipe reaktor. Berdasarkan kecepatan neutron rata-rata dalam teras, ada reaktor cepat dan reaktor termal (neutron dengan kecepatan relatif lambat sering disebut sebagai neutron termal).

Terdapat beberapa tipe Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), yaitu : (i) Reaktor Air Tekan (Pressurized Water Reactor, PWR); (ii) Reaktor Air Tekan Rusia (VVER); (iii) Reaktor Air Didih (Boiling Water Reactor, BWR); (iv) Reaktor Air Berat Pipa Tekan (CANDU); (v) Reaktor Air Berat Pembangkit Uap (Steam Generating Heavy Water Reactor, SGHWR); (vi) Reaktor Pendingin Gas (Gas Cooled Reactor, GCR); (vii) Reaktor Gas Maju (Advanced Gas Reactor, AGR); (viii) Reaktor Gas Suhu Tinggi (High Temperatur Gas Reactor, HTGR); (ix) Reaktor Moderator Grafit Pendingin Air Didih (RBMK); (x) Reaktor Pembiak Cepat (Fast Breeder Reactor, FBR).

Reaktor Air Ringan (Light Water Reactor, LWR) : Diantara PLTN yang masih beroperasi di dunia, 80 % adalah PLTN tipe Reaktor Air Ringan (LWR). Reaktor ini pada awalnya dirancang untuk tenaga penggerak kapal selam angkatan laut Amerika. Dengan modifikasi secukupnya dan peningkatan daya seperlunya kemudian digunakan dalam PLTN. PLTN tipe ini dengan daya terbesar yang masih beroperasi pada saat ini (tahun 2003) adalah PLTN Chooz dan Civaux di Perancis yang mempunyai daya 1500 MWe, dari kelas N-4 Perancis. Reaktor Air Ringan dapat dibedakan menjadi dua golongan yaitu Reaktor Air Didih dan Reaktor Air Tekan (pendingin tidak mendidih), kedua golongan ini menggunakan air ringan sebagai bahan pendingin dan moderator. Pada tipe reaktor air ringan sebagai bahan bakar digunakan uranium dengan pengayaan rendah sekitar 2 – 4 % (bukan uranium alam karena sifat air yang menyerap neutron). Kemampuan air dalam memoderasi neutron (menurunkan kecepatan / energi neutron) sangat baik, maka jika digunakan dalam reaktor (sebagai moderator neutron dan pendingin) ukuran teras reaktor menjadi lebih kecil (kompak) bila dibandingkan dengan reaktor nuklir tipe reaktor gas dan reaktor air berat.

Reaktor Air Tekan (Pressurized Water Reactor, PWR) : Pada PLTN tipe PWR, air sistem pendingin primer masuk ke dalam bejana tekan reaktor pada tekanan tinggi dan temperatur lebih kurang 290^o C. Air bertekanan dan bertemperatur tinggi ini bergerak pada sela-sela batang bahan bakar dalam perangkat bahan bakar ke arah atas teras sambil mengambil panas dari batang bahan bakar, sehingga temperaturnya naik menjadi sekitar 320^o C. Air pendingin primer ini kemudian disalurkan ke perangkat pembangkit uap (lewat sisi dalam pipa pada perangkat pembangkit uap), di perangkat ini air pendingin primer memberikan energi panasnya ke air pendingin sekunder (yang ada di sisi luar pipa pembangkit uap) sehingga temperaturnya naik sampai titik didih dan terjadi penguapan. Uap yang dihasilkan dari penguapan air pendingin sekunder tersebut kemudian dikirim ke turbin untuk memutar turbin yang dikopel dengan generator listrik. Perputaran generator listrik akan menghasilkan energi listrik yang disalurkan ke jaringan listrik. Air pendingin primer yang ada dalam bejana reaktor dengan temperatur 320^o C akan mendidih jika berada pada tekanan udara biasa (sekitar 1 atm). Agar pendingin primer ini tidak mendidih, maka sistem pendingin primer diberi tekanan hingga 157 atm. Karena adanya pemberian tekanan ini maka bejana reaktor sering disebut sebagai bejana tekan atau bejana tekan reaktor. Pada reaktor tipe PWR, air pendingin primer yang membawa unsur-unsur radioaktif dialirkan hanya sampai ke pembangkit uap, tidak sampai turbin, oleh karena itu pemeriksaan dan perawatan sistem sekunder (komponen sistem sekunder: turbin, kondenser, pipa penyalur, pompa sekunder dan lain-lain) menjadi mudah dilakukan. Konstruksi bejana reaktor tipe PWR ditunjukkan pada Gambar 6.

Pada prinsipnya PWR yang dikembangkan oleh Rusia (disebut VVER) sama dengan PWR yang dikembangkan oleh negara-negara barat. Perbedaan konstruksi terdapat pada bentuk penampang perangkat bahan bakar VVER (berbentuk segi enam) dan letak pembangkit uap VVER (horisontal). Pada reaktor tipe PWR, seperti yang banyak beroperasi saat ini, peralatan sistem primer saling dihubungkan membentuk suatu untai (loop). Jika peralatan sistem primer dihubungkan oleh dua pipa penghubung utama yang diperpendekdan kemudian dimasukkan dalam bejana reaktor maka sistem seperti ini disebut reaktor setengah terintegrasi (setengah modular). Tetapi jika seluruh sistem primer disatukan dan dimasukkan ke dalam bejana reaktor maka disebut reaktor terintegrasi (modular), lihat. Reaktor setengah modular ataupun modular tidak dikembangkan untuk PLTN berdaya besar.

Reaktor Air Didih (Boiling Water Reactor, BWR) : Karakteristika unik dari reaktor air didih adalah uap dibangkitkan langsung dalam bejana reaktor dan kemudian disalurkan ke turbin pembangkit listrik. Pendingin dalam bejana reactor berada pada temperatur sekitar 285^o C dan tekanan jenuhnya sekitar 70 atm. Reaktor ini tidak memiliki perangkat pembangkit uap tersendiri, karena uap dibangkitkan di bejana reaktor. Karena itu pada bagian atas bejana reaktor terpasang perangkat pemisah dan pengering uap, akibatnya konstruksi bejana reaktor menjadi lebih rumit. Konstruksi reaktor BWR diperlihatkan pada Gambar 6.

Reaktor Air Berat (Heavy Water Reactor, HWR) : Dalam hal kemampuan memoderasi neutron, air berat berada pada urutan berikutnya setelah air ringan, tetapi air berat hampir tidak menyerap neutron. Oleh karena itu jika air berat dipakai sebagai moderator, maka dengan hanya menggunakan uranium alam (tanpa pengayaan) reaktor dapat beroperasi dengan baik. Bejana reaktor (disebut kalandria) merupakan tangki besar yang berisi air berat, di dalamnya terdapat pipa kalandria yang berisi perangkat bahan bakar. Tekanan air berat biasanya berkisar pada tekanan satu atmosferdan temperaturnya dijaga agar tetap di bawah 100^o C. Akan tetapi pendingin dalam pipa kalandria mempunyai tekanan dan temperatur yang tinggi, sehingga konstruksi pipa kalandria berwujud pipa tekan yang tahan terhadap tekanan dan temperatur yang tinggi.

Reaktor Air Berat Tekan (Pressurized Heavy Water Reactor, PHWR) : CANadian Deuterium Uranium Reactor (CANDU) adalah suatu PLTN yang tergolong pada tipe reaktor pendingin air berat tekan dengan pipa tekan. Reaktor ini merupakan reaktor air berat yang banyak digunakan. Bahan bakar yang digunakan adalah uranium alam. Kanada menjadi pelopor penyebaran reaktor tipe ini di seluruh dunia.

Reaktor Air Berat Pendingin Gas (Heavy Water Gas Cooled Reactor, HWGCR) : HWGCR atau sering dibalik GCHWR adalah suatu tipe reaktor nuklir yang menggunakan air berat sebagai bahan moderatornya, sehingga pemanfaatan neutronnya optimal. Gas pendingin dinaikkan temperaturnya sampai pada tingkat yang cukup tinggi sehingga efisiensi termal reaktor ini dapat ditingkatkan. Tetapi oleh karena persoalan pengembangan bahan kelongsong yang tahan terhadap temperatur tinggi dan paparan radiasi lama belum terpecahkan hingga sekarang, maka pada akhirnya di dunia hanya terdapat 4 reaktor tipe ini. Di negara Perancis reaktor tipe ini dibangun, tetapi sebagai bahan kelongsong tidak digunakan berilium melainkan stainless steel.

Reaktor Air Berat Pembangkit Uap (Steam Generated Heavy Water Reactor, SGHWR) : Reaktor ini sering disebut Light Water Cooled Heavy Water Reactor (LWCHWR) dan hanya ada di Pusat Penelitian Winfrith Inggris. Reaktor berdaya 100 MWe ini merupakan prototipe reaktor pembangkit daya tipe SGHWR dan beroperasi dari tahun 1968 sampai tahun 1990. Pada waktu itu reaktor SGHWR sempat menjadi suatu fokus pengembangan di Inggris, tetapi oleh karena persoalan ekonomi maka tidak dikembangkan lebih lanjut. Sementara itu Jepang mengembangkan reaktor air berat yang disebut Advanced Thermal Reactor (ATR). Jepang membangun reaktor ATR Fugen berdaya 165 MWe. Keunikan dari reaktor ATR ini adalah, bahan bakar dapat terbuat dari uranium dengan pengayaan rendah atau uranium alam yang diperkaya dengan plutonium. Pada saat bahan bakar terbakar, penyusutan plutonium di bahan bakar sedikit sekali. Reaktor prototipe Fugen dioperasikan sejak tahun 1979, tetapi karena terjadi perubahan kebijakan dari pemerintah, sampai saat ini reaktor ATR komersial belum pernah terwujud. Reaktor Fugen beroperasi hingga tahun 2002 dan pada tahun berikutnya direncanakan untuk didekomisioning.

Reaktor Grafit Pendingin Gas (Gas Cooled Reactor, GCR) : Grafit sebagai bahan moderator sudah digunakan oleh ilmuwan Enrico Fermi sejak reaktor nuklir pertama Chicago Pile No.1 (CP 1). Grafit terkenal murah dan dapat diperoleh dalam jumlah besar. Plutonium (Pu-239) yang digunakan pada bom atom yang dijatuhkan pada saat Perang Dunia II dibuat di reaktor grafit. Setelah perang dunia berakhir reaktor GCR adalah salah satu tipe reaktor yang didesain-ulang di Inggris maupun Perancis. Reaktor ini menggunakan bahan bakar logam uranium alam, moderator grafit pendingin gas karbondioksida. Bahan kelongsong terbuat dari paduan magnesium (Magnox), oleh karena itu reaktor ini disebut sebagai reaktor Magnox. Reaktor Magnox mempunyai pembangkitan daya listrik cukup besar dan efisiensi ekonomi yang baik. Raktor tipe modifikasi Magnox pernah dibangun di Jepang pada tahun 1967 sebagai PLTN Tokai. Setelah beroperasi selama 30 tahun reaktor ini ditutup pada tahun 1998.

Reaktor Grafit Pendingin Gas Maju (Advanced Gas-cooled Reactor, AGR) : Di Inggris fokus pengembangan teknologi PLTN bergeser ke reaktor berbahan bakar uranium dengan pengayaan rendah, yang memiliki kerapatan daya dan efisiensi termal yang tinggi. Unjuk kerja reaktor ini terbukti dapat diperbaiki. Di Inggris reaktor ini hanya sempat dibangun sebanyak 14 buah saja, karena setelah pertengahan tahun 1980 kebijakan Pemerintah Inggris berubah.

Reaktor Grafit Pendingin Gas Suhu Tinggi (High Temperatur Gas-cooled Reactor, HTGR) : Reaktor ini menggunakan gas helium sebagai pendingin. Karakteristika menonjol yang unik dari reaktor HTGR ini adalah konstruksi teras didominasi bahan moderator grafit, temperature operasi dapat ditingkatkan menjadi tinggi dan efisiensi pembangkitan listrik dapat mencapai lebih dari 40 %. Terdapat 3 bentuk bahan bakar dari HTGR, yaitu dapat berupa: (a) Bentuk batang seperti reaktor air ringan (dipakai di reaktor Dragon dan Peach Bottom); (b) Bentuk blok, di mana di dalam lubang blok grafit yang berbentuk segi enam di masukkan batang bahan bakar (dipakai di reaktor Fort St. Vrain, MHTGR, HTTR); (c) Bentuk bola (peble bed), di mana butir bahan bakar bersalut didistribusikan dalam bola grafit (dipakai di reaktor AVR, THTR-300).

Reaktor Gafit Pipa Tekan Air Didih Moderator Grafit (Light Water Gas-cooled Reactor, LWGR) RBMK adalah reaktor tipe ini yang hanya dikembangkan di Rusia. Reaktor ini tidak menggunakan tangki kalandria (berisi air berat) seperti reaktor tipe SGHWR tetapi menggunakan grafit sebagai moderator, oleh karena itu dimensi reaktor menjadi besar. Sekitar 1700 buah pipa tekan menembus susunan blok grafit. Di dalam pipa tekan diisi batang bahan bakar di mana di sekelilingnya mengalir air ringan yang mengambil panas dari batang bahan bakar sehingga mendidih. Uap yang terbentuk dikirim ke turbin pembangkit listrik untuk memutar turbin dan membangkitkan listrik. Salah satu reaktor tipe ini yang terkenal karena mengalami kecelakaan adalah reaktor Chernobyl No.4 yang merupakan reaktor tipe RBMK-1000. Salah satu kegagalan desain pada reaktor tipe RBMK yang dianggap sebagai kambing hitam terjadinya kecelakaan Chernobyl adalah tidak tersedianya bejana pengungkung reaktor.

Reaktor Cepat (Fast Reactor, FR), Reaktor Pembiak Cepat (Liquid Metal Fast Breeder Reactor, LMFBR) : Seperti tersirat dalam nama tipe reaktor ini, neutron cepat yang dihasilkan dari reaksi fisi dengan kecepatan tinggi dikondisikan sedemikian rupa sehingga diserap oleh uranium-238 menghasilkan plutonium-239. Dengan kata lain di dalam reaktor dapat dibiakkan (dibuat) unsur plutonium. Rapat daya dalam teras reaktor cepat sangat tinggi, oleh karena itu sebagai pendingin biasanya digunakan bahan logam natrium cair atau logam cair campuran natrium dan kalium (NaK) yang mempunyai kemampuan tinggi dalam mengambil panas dari bahan bakar. Konstruksi reaktor pembiak cepat terdiri dari pendingin primer yang berupa bahan logam cair mengambil panas dari bahan bakar dan kemudian mengalir ke alat penukar panas-antara (intermediate heat exchanger), selanjutnya energi panas ditransfer ke pendingin sekunder dalam alat penukar panas-antara ini. Kemudian pendingin sekunder (bahan pendingin adalah natrium cair atau logam cair natrium) yang tidak mengandung bahan radioaktif akan mengalir membawa panas yang diterima dari pendingin primer menuju ke perangkat pembangkit uapdan memberikan panas ke pendingin tersier (air ringan) sehingga temperaturnya meningkat dan mendidih (proses pembangkitan uap). Uap yang dihasilkan selanjutnya dialirkan ke turbin untuk memutar generator listrik yang dikopel dengan turbin. Komponen sistem primer dari reaktor pembiak cepat terdiri dari bejana reaktor, pompa sirkulasi primer, alat penukar panas-antara. Komponen ini dirangkai oleh pipa penyalur pendingin membentuk suatu untai (loop), karena itu reaktor seperti ini digolongkan dalam kelas reaktor untai. Apabila seluruh komponen sistem primer di atas semuanya dimasukkan ke dalam bejana reaktor, maka reaktor pembiak cepat seperti ini digolongkan dalam kelas reaktor tangki atau reaktor kolam. Contoh reaktor pembiak cepat tipe reaktor untai adalah reaktor prototipe Monju di Jepang, sedangkan untuk tipe reaktor kolam adalah reaktor Super Phenix di Perancis yang sudah menjadi reaktor komersial. Reaktor Cepat Eropa (Europian Fast Reactor, EFR) yang secara intensif dikembangkan oleh negara-negara Eropa diharapkan akan mulai masuk pasar komersial pada tahun 2010.

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir selalu menggelitik para pendengar, pembaca atau pemirsa di media koran, televisi atau media lainnya. PLTN akan selalu memunculkan pro dan kontra di kalangan masyarakat awam terhadap teknologi tersebut, maupun di golongan ilmuwan yang mengerti secara umum terhadap perkembangan teknologi PLTN. Dalam pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir, jaminan terhadap keselamatan menjadi hal yang penting untuk memberikan rasa aman kepada masyarakat yang tinggal di sekitarnya. Untuk meningkatkan pemahaman dan kepercayaan masyarakat, perlu diberikan penjelasan tentang tata cara atau prosedur yang aman dalam pengoperasian suatu instalasi nuklir, sehingga akan terjadi saling pengertian antara masyarakat dengan pihak operator instalasi. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir dapat menjadi alternatif untuk menggantikan pembangkit tipe base (beban dasar) berbahan bakar fosil di masa yang akan datang.

Kompatibilitas dengan karakteristik angin di Indonesia

Letak geografis Indonesia sebagai negara tropis yang berada di garis khatulistiwa menyebabkan karakteristik angin di Indonesia sangat berbeda dengan karakteristik angin di negara-negara maju yang sudah banyak memanfaatkan tenaga angin sebagai pemasok energi listrik alternatifnya.
Beberapa karakteristik angin di Indonesia, antara lain :

1. Arah angin yang sering berubah-ubah
2. Sering terjadi turbulensi
3. Kecepatan rata-rata angin yang relatif rendah

Arah angin yang sering berubah-ubah

Rotor turbin angin tipe horizontal (HAWT) harus selalu berhadapan dengan datangnya angin, arah angin yang sering berubah-ubah akan mengganggu kesinambungan kerja turbin angin tipe ini sehingga diperlukan perangkat yaw controller yang cukup rumit.
Sebaliknya, turbin angin tipe vertikal (VAWT) sama sekali tidak terganggu oleh arah angin yang berubah-ubah karena rotornya bisa menerima angin dari arah 360 derajat.
Pada gambar terlihat bahwa dari arah manapun datangnya angin akan mampu menggerakkan rotor dari AEROSTELLAR.

Sering terjadi turbulensi

Pada turbin angin tipe horizontal, turbulensi angin yang terus menerus akan menyebabkan kelelahan material (fatigue) dan konstruksi turbin itu sendiri yang pada akhirnya akan menyebabkan kerusakan permanen. Pada turbin angin tipe sumbu vertikal (VAWT) seperti AEROSTELLAR turbulensi angin tidak mengganggu kinerjanya. Bahkan dalam beberapa kasus turbulensi angin ini dapat dimanfaatkan untuk mempercepat putaran rotor sehingga didapat energi listrik yang lebih besar.

Kecepatan rata-rata angin di Indonesia yang relatif rendah

Turbin angin tipe sumbu vertikal (VAWT) seperti AEROSTELLAR dapat mulai menghasilkan energi listrik pada kecepatan angin kurang dari 2 meter/detik, jauh lebih rendah daripada kecepatan angin yang diperlukan oleh turbin angin tipe horizontal untuk mulai menghasilkan energi listrik.
Desain aerodinamika bilah-bilah rotor (rotor blades / aero fins) AEROSTELLAR didasarkan pada kombinasi konsep desain lift-type dengan semidrag-type sekaligus.

Desain aerodinamika semidrag-type berfungsi untuk memberikan torsi awal pada rotor untuk mulai berputar walaupun kecepatan angin sangat rendah. Apabila rotor sudah mulai berputar, maka desain aerodinamika lift-type pada bilah rotor akan mempercepat putaran rotor bahkan lebih cepat dari kecepatan angin itu sendiri.
Kecepatan putaran rotor yang dihasilkan sudah cukup memadai untuk generator mulai menghasilkan listrik sehingga tidak diperlukan lagi gearbox untuk mempercepat putaran generator yang sekaligus akan menaikkan tingkat efisiensi turbin angin AEROSTELLAR.
[ Kesederhanaan konstruksi dan kemudahan dalam pemeliharaan ]

Turbin

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Langsung ke: navigasi, cari

Turbin uap zaman Perang Dunia I yang digunakan untuk pendorong kapal.

Sebuah turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Turbin tersederhana memiliki satu bagian yang bergerak, "asembli rotor-blade". Fluid yang bergerak bekerja kepada baling-baling untuk memutar mereka dan menyalurkan energi ke rotor. Contoh turbin awal adalah kincir angin dan roda air.
Sebuah turbin yang bekerja terbalik disebut kompresor atau pompa turbo.
Turbin gas, uap dan air biasanya memiliki "casing" sekitar baling-baling yang memfokus dan mengontrol fluid. "Casing" dan baling-baling mungkin memiliki geometri variabel yang dapat membuat operasi efisien untuk beberapa kondisi aliran fluid.
Energi diperoleh dalam bentuk tenaga "shaft" berputar.

[sunting] Penggunaan turbin

Penggunaan paling umum dari turbin adalah pemroduksian tenaga listrik. Hampir seluruh tenaga listrik diproduksi menggunakan turbin dari jenis tertentu.
Turbin kadangkala merupakan bagian dari mesin yang lebih besar. Sebuah turbin gas, sebagai contoh, dapat menunjuk ke mesin pembakaran dalam yang berisi sebuah turbin, kompresor, "kombustor", dan alternator.
Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga ("power density") yang luar biasa (berbanding dengan volume dan beratnya). Ini karena kemampuan mereka beroperasi pada kecepatan sangat tinggi. Mesin utama dari Space Shuttle menggunakan turbopumps (mesin yang terdiri dari sebuah pompa yang didorong oleh sebuah mesin turbin) untuk memberikan propellant (oksigen cair dan hidrogen cair) ke ruang pembakaran mesin. Turbopump hidrogen cair ini sedikit lebih besar dari mesin mobil dan memproduksi 70.000 hp 
Turbin juga merupakan komponen utama mesin jet.turbin

Definisi: (Tek) mesin atau motor yang roda penggeraknya berporos dengan sudu (baling-baling) yang digerakkan oleh aliran air, uap, atau udara