Pembangkit Listrik Tenaga Angin

BAB I

PENDAHULUAN

1.1    Latar Belakang

Pada zaman sekarang kebutuhan energi listrik di Indonesia semakin meningkat. Krisis listrik ini sudah sejak lama menjadi persoalan dan telah dipredikasi oleh banyak ahli energi di Indonesia sejak sepuluh tahun yang lalu. Kebutuhan energi dapat meningkat secara bertahap, baik ditinjau dari kapasitasnya, kualitasnya maupun ditinjau dari tuntutan distribusinya.

Konsumsi listrik di Indonesia setiap tahunnya terus meningkat sejalan dengan peningkatan pertumbuhan ekonomi nasional. Komsumsi listrik Indonesia yang begitu besar akan menjadi masalah bila dalam penyediaannya tidak sejalan dengan kebutuhan. Kebutuhan pasokan energi listrik yang terus-menerus dan berkualitas menjadi tuntutan yang harus dipenuhi oleh negara.

Pengembangan energi alternative baru dan terbarukan sedang digalakan melalui kebijakan-kebijakan pemerintah untuk mendorong dan memfasilitasi pemanfaatan sumber energi terbarukan. Dan juga untuk mengatasi krisis sumber energi dan pemanasan global yang di akibatkan dari penggunaan sumber energi fosil.

Energi terbarukan berasal dari proses alami dan kemungkinan tidak akan pernah habis. Energi terbarukan adalah energi dari sumber yang alami regenerasi dan hampir tidak terbatas, salah satunya adalah energi angin. Peningkatan penggunaan energi terbarukan bisa mengurangi pembakaran bahan bakar fosil (batubara, minyak bumi, dan gas alam) serta menghilangkan polusi udara yang terkait dengan emisi karbon dioksida, dan berkontribusi untuk kemandirian energi nasional, keamanan ekonomi dan politik.

1.2    Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah pada makalah ini adalah :

1.      Apa yang dimaksud dengan pembangkit listrik tenaga angin?

2.      Apa saja komponen pada pembangkit listrik tenaga angin?

3.      Bagaimana proses pembangkit listrik tenaga angin?

4.      Apa saja jenis pembangkit listrik tenaga angin?

5.      Apa kelebihan dan kekurangan dari pembangkit listrik tenaga angin?

6.      Bagaimana perkembangan pembangkit listrik tenaga angin di Indonesia dan dunia?

1.3    Tujuan Penulisan

Tujuan dari pembahasan makalah ini yaitu:

1.      Mengetahui pengertian dari pembangkit listrik tenaga angin.

2.      Mengetahui komponen-komponen pada pembangkit listrik tenaga angin.

3.      Mengetahui proses pembangkit listrik tenaga angin.

4.      Mengetahui jenis pembangkit listrik tenaga angin.

5.      Mengetahui apa kelebihan dan kekurangan pada pembangkit listrik tenaga angin.

6.      Perkembangan pembangkit listrik tenaga angin di Indonesia dan dunia

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Pembangkit listrik tenaga angin adalah suatu pembangkit listrik yang menggunakan angin sebagai sumber energi untuk menghasilkan energi listrik. Pembangkit ini dapat merubah energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.

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

Secara umum, sistem alat ini memanfaatkan tiupan angin untuk memutar motor. Hembusan angin ditangkap baling-baling, dan dari putaran baling-baling tersebut akan dihasilkan putaran motor yang selanjutnya diubah menjadi energi listrik.

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

Ket:     p = kerapatan angin pada waktu tertentu.

                   V = kecepatan angin pada waktu tertentu.

Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30%. Jadi rumus di atas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak.

2.2  Komponen-Komponen Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Gambar 2.1 Bagian Dalam Pada Turbin Angin

Sesuai susunan dan fungsi dari beberapa komponen penting dalam turbin pembangkit listrik tersebut, maka dapat diuraikan tugas dan fungsinya masing-masing :

1.      Blades (Bilah Kipas): Kebanyakan turbin angin mempunyai 2 atau 3 bilah kipas angin yang menghembus menyebabkan turbin tersebut berputar.

2.      Rotor: Bilah kipas bersama porosnya dinamakan rotor Tower (Menara): Menara bisa dibuat dari pipa baja, beton, ataupun rangka besi. Karena kencangnya angin bertambah dengan seiring dengan bertambahnya ketinggian, maka makin tinggi menara makin besar tenaga angin yang didapat.

3.      Pitch (Sudut Bilah Kipas): Bilah kipas dapat diatur sudutnya sesuai dengan kecepatan rotor yang dikehendaki. Tergantung kondisi angin yang terlalu rendah atau terlalu kencang.

4.      Brake (Rem): Suatu rem cakram yang dapat digerakkan secara mekanis dengan bantuan tenaga listrik atau hidrolik untuk menghentikan rotor atau saat keadaan darurat.

5.      Low-speed shaft (Poros Puutaran Rendah): Poros turbin yang berputar kira-kira 30-60 rpm.

6.      Gear box (Roda Gigi): Roda gigi menaikkan putaran dari 30-60 rpm menjadi sekitar 1000-1800 rpm. Ini merupakan tingkat putaran standar yang disyaratkan untuk memutar generator listrik.

7.      Generator: Generator pembangkit listrik, biasanya sekarang disebut alternator arus bolak-balik.

8.      Controller (Alat Pengontrol): Alat Pengontrol ini men-start turbin pada kecepatan angin kira-kira 12-25 km/jam, dan kemudian mematikannya pada kecepatan 90 km/jam. Turbin tidak beroperasi di atas 90 km/jam. Hal ini dikarenakan tiupan angin yang terlalu kencang dapat merusakkannya.

9.      Anemometer: Mengukur kecepatan angin dan mengirim data angin ke alat pengontrol.

10.  Wind vane (Tebeng Angin): Mengukur arah angin, berhubungan dengan penggerak arah yang memutar arah turbin disesuaikan dengan arah angin.

11.  Nacelle (Rumah Mesin): Rumah mesin ini terletak di atas menara . Di dalamnya berisi gearbox, poros putaran tinggi/rendah, generator, alat pengontrol, dan alat pengereman.

12.  High-speed shaft (Poros Putaran Tinggi): Berfungsi untuk menggerakkan generator.

13.  Yaw drive (Penggerak Arah): Penggerak arah memutar turbin ke arah angin untuk desain turbin yang menghadap angin. Untuk desain turbin yang mendapat hembusan angin dari belakang tak memerlukan alat ini.

14.  Yaw motor (Motor Penggerak Arah): Motor listrik yang menggerakkan Yaw drive.

15.  Tower (Menara): Menara yang terbuat dari baja tabung beton atau kisi baja. Karena kecepatan angin meningkat dengan tinggi, menara tinggi memungkinkan turbin untuk menangkap lebih banyak energi dan menghasilkan listrik lebih banyak.

2.3  Proses Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Suatu pembangkit listrik dari energi angin merupakan hasil dari penggabungan dari bebrapa turbin angin sehingga akhirnya dapat menghasilkan listrik.

Energi angin memutar turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan kipas angin (bukan menggunakan listrik untuk menghasilkan listrik, namun menggunakan angin untuk menghasilkan listrik). Kemudian angin akan memutar sudut turbin, lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin. Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori medan elektromagnetik, yaitu poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu di sekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.

2.4  Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Turbin angin memanfaatkan energi kinetik dari angin dan mengkonversinya menjadi energi listrik. Ada dua jenis turbin angin yang utama:

1.      Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH)

Turbin Angin Sumbu Horizontal Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling-baling angin (baling-baling cuaca) yang sederhana, sedangkan turbin berukuran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang digandengkan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gear box yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar. Sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan.

Turbulensi menyebabkan kerusakan struktur menara, dan realibilitas begitu penting, sebagian besar TASH merupakan mesin upwind (melawan arah angin). Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin downwind (menurut jurusan angin) dibuat karena tidak memerlukan mekanisme tambahan agar mereka tetap sejalan dengan angin, dan karena di saat angin berhembus sangat kencang, bilah-bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi wilayah tiupan mereka dan dengan demikian juga mengurangi resintensi angin dari bilah-bilah itu.

Gambar 2.2 Turbin Angin Sumbu Horizontal

a.         Kelebihan TASH :

·           Lebih mudah start dari kondisi diam dengan angin berkecepatan rendah.

·           Menghasilkan putaran per menit (RPM / Rotary Per Minute) yang lebih tinggi.

·           Lebih bisa memanfaatkan perbedaan kecepatan angin akibat perbedaan ketinggian karena perletakannya di atas tiang atau menara.

b.        Kelemahan TASH :

·           Torsi yang dihasilkan lebih kecil.

·           Memerlukan pengarah (yaw) agar permukaan bilah selalu menghadap arah datangnya angin.

·           Memerlukan tiang yang tinggi.

·           Sulit untuk membangun turbin berukuran besar, baik secara konstruksi maupun pengoperasiannya, sehingga nyaris tidak mungkin untuk diaplikasikan pada pembangkit daya besar.

·           Biaya konstruksi lebih mahal.

·           Tingkat kebisingan lebih tinggi.

·           Rentan terhadap badai, oleh sebab itu biasanya dipasangkan rem untuk mengurangi kecepatan putar saat angin bertipu sangat kencang.

2.      Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV)

Turbin angin sumbu vertikal memiliki bilah yang memanjang dari atas ke bawah. Turbin angin jenis ini yang paling umum adalah turbin angin Darrieus, dinamai sesuai dengan nama insinyur Perancis Georges Darrieus yang desainnya dipatenkan pada tahun 1931. Jenis turbin angin vertikal biasanya berdiri setinggi 100 meter dengan lebar 50 kaki.

Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan tenaga putaran yang berdenyut. Drag (gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat melalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat kincir berputar.

Karena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu tegak sering dipasang lebih dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap sebuah bangunan. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinggian yang rendah, sehingga yang tersedia adalah energi angin yang sedikit. Aliran udara di dekat tanah dan obyek yang lain mampu menciptakan aliran yang bergolak, yang bisa menyebabkan berbagai permasalahan yang berkaitan dengan getaran, diantaranya kebisingan dan bearing wear yang akan meningkatkan biaya pemeliharaan atau mempersingkat umur turbin angin. Jika tinggi puncak atap yang dipasangi menara turbin kira-kira 50% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik optimal bagi energi angin yang maksimal dan turbulensi angin yang minimal.

Gambar 2.3 Turbin Angin Sumbu Vertikal

a.         Kelebihan TASV :

·           Mempunyai torsi yang lebih besar.

·           Tidak memerlukan tiang atau menara yang tinggi.

·           Tidak memerlukan pengarah (yaw).

·           Karena konstruksinya yang dekat dengan tanah memungkinkan dibangun dalam skala besar dan memungkinkan pembangunan pembangkit berdaya besar.

·           Tingkat kebisingan lebih rendah.

·           Biaya konstruksi lebih murah.

·           Lebih tahan terhadap badai.

b.      Kelemahan TASV :

·           Lebih sulit start dari posisi diam, membutuhkan angin berkecepatan lebih tinggi.

·           Putaran per menit lebih rendah.

·           Efisiensi lebih kecil karena adanya hambatan pada bilah yang berlawanan.

·           Tidak bisa memanfaatkan perbedaan kecepatan angin akibat perbedaan ketinggian.

2.5    Kelebihan Dan Kekurangan Dari Pembangkit Listrik Tenaga Angin

1.        Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Angin

·           Sumber energi terbarukan. Angin merupakan salah satu sumber energi terbarukan. Dikatakan menjadi sumber energi terbarukan karena sumber energi angin tidak akan pernah habis, tidak seperti minyak bumi.

·           Tidak menimbulkan emisi. Listrik yang dihasilkan oleh angin tidak menimbulkan emisi yang bisa menyebabkan hujan asam ataupun gas rumah kaca. Seperti yang Anda ketahui penggunaan bahan bakar fosil dapat menyebabkan hujan asam. Hujan asam yang terjadi pun dapat mempengaruhi kehidupan di bumi, seperti ikan dan tumbuhan mati, besi berkarat dan lainnya.

·           Ramah lingkungan. Selain terbarukan, energi angin merupakan salah satu sumber energi alternatif yang jika digunakan tanpa mencemari lingkungan.

·           Menggunakan tempat yang lebih kecil. Jika dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya, energi angin hanya membutuhkan beberapa meter untuk membentuk pondasi turbin angin. Tentu saja tanah di sekitar turbin dapat digunakan untuk keperluan lainnya, salah satunya yaitu untuk pertanian.

2.        Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Angin

·           Tidak mudah untuk diprediksi. Sama seperti pembangkit listrik tenaga surya, pembangkit listrik tenaga angin juga tidak mudah untuk diprediksi. Meskipun sumber terbarukan, akan tetapi sumber energi angin kurang dapat diandalkan untuk ada terus menerus.

·           Memerlukan biaya yang tinggi. Seperti yang kita ketahui, biasanya pembangkit listrik yang satu ini dibangun di tempat yang jauh dari sumber beban. Dan tentu saja semua itu membutuhkan transmisi dengan biaya yang cukup tinggi.

·           Biaya perawatan tinggi. Selain itu, biaya perawatan atau cost maintenance turbin angin juga sangatlah tinggi. Hal ini dikarenakan turbin angin memiliki beberapa bagian yang mudah rusak seiring dengan berjalannya waktu.

·           Ancaman bagi kehidupan liar. Ini dikarenakan burung yang sedang terbang bebas dapat terbunuh ataupun terluka jika terbang menuju ke arah turbin angin tersebut.

·           Membutuhkan turbin angin yang banyak. Untuk menghasilkan listrik yang sama dengan pembangkit fosil. Dibutuhkan turbin angin yang banyak, dengan begitu dibutuhkan pula area yang luas.

2.6  Perkembangan Pembangkit Listrik Tenaga Angin di Indonesia dan Dunia

Pada saat ini, sistem pembangkit listrik tenaga angin mendapat perhatian yang cukup besar sebagai sumber energi alernatif yang bersih, aman, serta ramah lingkungan serta kelebihan-kelebihan lain yang telah disebutkan sebelumnya di atas. Turbin angin skala kecil mempunyai peranan penting terutama bagi daerah-daerah yang belum terjangkau oleh jaringan listrik. Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbaru yang paling berkembang saat ini.

Berdasarkan laporan tengah tahun 2012 The World Wind Energy Association (WWEA), total kapasitas pembangkit listrik tenaga angin diseluruh dunia telah mencapai 254.000 MW atau 254 GW. Jumlah tersebut sudah merupakan penambahan 16.546 MW selama enam bulan pertama tahun 2012. Hal ini menunjukkan 10 % lebih sedikit jika dibandingkan dengan periode yang sama tahun 2011, yaitu terdapat penambahan 18.405 MW. Amerika, Spanyol dan China merupakan negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin.

Gambar 2.4 Total Kapasitas Terpasang Turbin Angin Pada Tahun 2010 Sampai 2012 [MW]

Kapasitas global tumbuh sekitar 7 % dalam 6 bulan (2 % lebih sedikit dibandingkan dengan tahun 2011 untuk periode yang sama) dan 16,4 % dari basis tahunan (mid-2012 dibandingkan dengan mid-2011). Perbandingannya, pertumbuhan tahunan tahun 2011 adalah 20,3 %.

Berdasarkan laporan akhir tahun 2011 The World Wind Energy Association (WWEA), Indonesia menempati urutan ke 84 dalam kaitan total kapasitas  Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) serta penambahan kapasitas ditahun 2011. Peringkat ini merosot dari yang pada akhir tahun 2010 menempati peringkat 74. Di akhir tahun 2011, total kapasitas Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) yang dimiliki oleh Indonesia hanya 1,4 MW dan hal tersebut tidak ada penambahan kapasitas jika dibandingkan dengan tahun 2010.

Pada akhir tahun 2007 telah dibangun kincir angin pembangkit dengan kapasitas kurang dari 800 watt dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-masing satu unit. Kemudian, di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas masing-masing 80 kilowatt (kW) mulai dibangun. Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada tahun 2025.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

       Berdasarkan pembahasan di atas dapat kita simpulkan:

·         Pembangkit listrik tenaga angin adalah suatu pembangkit listrik yang menggunakan angin sebagai sumber energi untuk menghasilkan energi listrik.

·         Pembangkit listrik tenaga angin dapat merubah energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin.

·         Proses terbentuknya energi angin yaitu angin disebabkan oleh pemanasan sinar matahari yang tidak merata di atas permukaan bumi. Udara yang lebih panas akan mengembang menjadi ringan dan bergerak naik ke atas.

·         Komponen utama dari pembangkit listrik tenaga angin yaitu turbin angin (wind turbine) yang di dalamnya terdapat komponen-komponen seperti Blades (Bilah Kipas), Rotor, Pitch (Sudut Bilah Kipas), Brake (Rem), Low-speed shaft (Poros Puutaran Rendah), Gear box (Roda Gigi), Generator, Controller (Alat Pengontrol), Anemometer, Wind vane (Tebeng Angin), Nacelle (Rumah Mesin), High-speed shaft (Poros Putaran Tinggi), Yaw drive (Penggerak Arah), Yaw motor (Motor Penggerak Arah), Tower (Menara).

·         Cara kerja dari pembangkitan listrik tenaga angin ini yaitu awalnya energi angin memutar turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan kipas.  Kemudian angin akan memutar sudut turbin, lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin. Generator inilah yang akan menghasilkan energi listrik.

·         Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin adalah sifatnya yang terbarukan. Namun selain kelebihan yang ada, pembangkit ini juga memiliki kekurangan, antara lain membuat lebih buruk dampak visual, menyebabkan derau suara, beberapa masalah ekologi, dan keindahan.

3.2 Saran

Saran yang dapat diberikan terhadap pembahsan ini adalah agar sumber energi angin dapat lebih dimanfaatkan lagi dan pemerintah mau membangun turbin angin  sehingga krisis energi listrik di Indonesia dapat di optimalkan dengan baik, agar apabila nanti bahan bakar fosil sudah habis kita sudah membangun banyak turbin angin.

DAFTAR PUSTAKA

http://rezarizkiii.blogspot.co.id/2015/01/bab-i-pendahuluan-1.html

https://refiputrihandayani.wordpress.com/2015/10/04/makalah-pembangkit-listrik-tenaga-angin/

https://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin

http://lugiromadoni.blogspot.co.id/

http://sihunkorean.blogspot.co.id/2014/11/cara-kerja-pembangkit-listrik-tenaga_56.html

http://beritain.online/2017/01/10/mengenal-pembangkit-listrik-tenaga-bayu-bagian-1/