MAKALAH WORKSHOP EBT
“PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN”
Disusun oleh :
Ikke Dianita Sari NRP 3210151002
2 D4 SPE
D4 SISTEM PEMBANGKIT ENERGI
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA SURABAYA
PLTB 1. PENDAHULUAN
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.
Untuk mengatasi pemenuhan kebutuhan listrik ini, maka diperlukan sebuah sumber energi baru yang mampu memenuhi kebutuhan listrik nasional yang semakin besar. Angin, sebagai sumber yang tersedia di alam dapat dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi listrik. Angin merupakan sumber energi yang tidak ada habisnya sehingga pemanfaatan sistem perubahan energi angin akan berdampak positif terhadap lingkungan.
Hal ini dirasa sangat perlu untuk mengetahui lebih dalam mengenai angin dan pembangkit listrik tenaga angin ini. Selain itu juga perlu diketahui proses pembangkitan listrik tenaga angin ini sehingga dapat dianalisa kelebihan dan kekurangannya dibandingkan dengan sistem pembangkit listrik lain.
2. PROSES PEMBANGKITAN ENERGI LISTRIK TENAGA ANGIN
Cara kerja dari turbin angin itu sendiri adalah ketika angin kecepatan tertentu yang mengenai sudu, maka sudu tersebut berputar. Dan berputarnya sudu tersebut menyebabkan rotor generator pada turbin angin bergerak.
Jenis generator yang digunakan adalah magnet permanen. Generator magnet permanen merupakan jenis generator sinkron yang menggunakan magnet permanen pada rotornya, rotor yang terdapat magnet ini diletakkan seporos dengan main rotor. Magnet permanen biasanya menggunakan bahan ferro magnetic.
Setelah pada rotor berputar terjadi perubahan fluks pada stator yang menimbulkan GGL, dan stator tersebut menghasilkan tegangan AC 3 fasa. Tegangan tersebut kemudian dihubungkan ke Rectifier untuk disearahkan menjadi tegangan DC.
yang membutuhkan daya sekitar 6 kW, tetapi untuk saat ini, mesin balok dalam kondisi tidak beroperasi sehingga turbin angin yang dioperasikan beberapa secarabergantian dari total 21 unit.
3. KLASIFIKASI
Berdasarkan komponen yang digunakan PLTB diklasifikasikan menjadi: 3.1.Desain Turbin
Banyak jenis mesin turbin yang telah dikembangkan, tetapi secara garis besar dapat dibedakan menjadi dua tipe, yaitu:
1.HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine)
Mempunyai ciri 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.
a. Mesin upwind: rotor berhadapan dengan angin. Rotor didesain tidak fleksibel, dan diperlukan mekanisme yaw untuk menjaga rotor agar tetap berhadapan dengan angin.
b.Mesin downwind: rotor ditempatkan di belakang tower. Rotor dapat dibuat lebih fleksibel, tanpa menggunakan mekanisne yaw, sehingga mengurangi berat, lebih ringan daripada mesin upwind. Kelemahannya adalah bahwa angin harus melewati tower terlebih dulu sebelum sampai pada rotor, sehingga menambah beban (fatigue load) pada turbin
2.VAWT (Vertical Axis Wind Turbine)
Vertical Axis Wind Turbine memiliki ciri sumbu putar vertikal terhadap tanah. Turbin jenis ini jarang dipakai untuk turbin komersial. Rotornya berputar relatif pelan (di bawah 1000rpm), tetapi memiliki momen gaya yang kuat, sehingga dapat dipakai untuk menggiling biji-bijian, 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:
Pada tipe dorong terjadi bila TSR<1 artinya lebih banyak bagian blade yang mengalami gaya dorong, Seperti pada mangkuk anemometer. 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. Turbin jenis ini memiliki efisiensi daya yang rendah.
b. Tipe angkat
Pada 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. Turbin jenis ini memiliki efisiensi daya yang lebih tinggi.
3.2 Generator
Berdasarkan arus yang dihasilkan. Generator dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu generator AC dan generator DC. Generator AC menghasilkan arus bolak-balik (AC) dan generator DC menghasilkan arus searah (DC). Baik arus bolak-balik maupun searah dapat digunakan untuk penerangan dan alat-alat pemanas.
Transformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (sekunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Prinsip kerja dari sebuah transformator, ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber teganngan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah.
Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns>Np).
Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Np>Ns).
4. BAGIAN DAN FUNGSI
Pembangkit Listrik Tenaga Angin yang mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin.
4.1 Turbin Angin
Turbin angin yang digunakan pembangkit listrik tenaga bayu / angin (PLTB) tersusun dari berbagai komponen.
1. Blades
Kebanyakan turbin baik dua atau tiga pisau. Angin bertiup di atas menyebabkan pisau-pisau untuk mengangkat dan berputar.
2. Rotor
Pisau dan terhubung bersama-sama disebut rotor. 3. Pitch
Untuk mengontrol kecepatan rotor dan menjaga rotor berputar dalam angin yang terlalu tinggi atau terlalu rendah untuk menghasilkan listrik.
4. Brake
Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar
5. Low Speed Shaft
Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 rotasi per menit 6. Gear Box
Gearbox adalah bagian mahal (dan berat) dari turbin angin dan insinyur generator mengeksplorasi direct-drive yang beroperasi pada kecepatan rotasi yang lebih rendah dan tidak perlu kotak gigi.
7. Generator
Berfungsi mengkonversi energi putar menjadi energi listrik. 8. Controller
Pengontrol mesin mulai dengan kecepatan angin sekitar 8-16 mil per jam (mph) dan menutup mesin turbin sekitar 55 mph. tidak beroperasi pada kecepatan angin sekitar 55 mph di atas, karena dapat rusak karena angin yang kencang.
9. Anemometer
Mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan angin ke pengontrol. 10. Wind Vane
Tindakan arah angin dan berkomunikasi dengan yaw drive untuk menggerakkan turbin dengan koneksi yang benar dengan angin
11. Nacelle
12. High speed Shaft Drive generator
Poros yang berhubungan langsung dengan rotor generator. 13. Yaw Drive
Yaw drive yang digunakan untuk menjaga rotor menghadap ke arah angin sebagai perubahan arah angin.
14. Yaw Motor
Kekuatan dari drive yaw 15. Tower
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.
5. TINJAUAN ASPEK
5.1 Lingkungan
Secara umum tempat-tempat yang baik untuk pemasangan turbin angin antara lain:
1. Celah di antara gunung. Tempat ini dapat berfungsi sebagai nozzle, yang mempercepat aliran angin.
2. Dataran terbuka. Karena tidak ada penghalang yang dapat memperlambat angin, dataran terbuka yang sangat luas memiliki potensi energi angin yang besar.
3. Pesisir pantai. Perbedaan suhu udara di laut dan di daratan menyebabkan angin bertiup secara terus menerus.
Pada prakteknya, penentuan tempat pemasangan sistem konversi energi angin dapat ditentukan dengan cara:
• Pilih Tempat. Tempat ditentukan sesuai kebutuhan, kemudian potensi energi angin dikaji dari data yang didapat. Cara ini mempertimbangkan:
− aksesibilitas baik untuk pekerjaan konstruksi maupun perawatan, − kondisi sosial budaya setempat,
− kepentingan lain
• Pilih Potensi. Pemilihan tempat berdasarkan besarnya potensi energi angin yang tersedia. Semakin besar kecepatan angin rata-rata di suatu tempat akan semakin baik. Semakin tinggi potensi energi yang tersedia akan memberikan keuntungan berupa ukuran sistem konversi energi angin yang semakin kecil dan tidak perlu terlalu efisien sehingga pembuatannya akan lebih mudah dan murah.
Hal-hal lain yang harus diperhatikan dalam pemasangan sistem konversi energi angin, antara lain:
o Untuk kegunaan elektrikal jarak tempat pemasangan harus cukup dekat dengan beban pengguna agar tidak ada kerugian yang berlebih. Pengurangan tegangan lebih dari 5% sudah dianggap sangat besar untuk sistem tegangan 12 VDC dan 24 VDC. Jarak lebih dari 300 m harus dihindari kecuali jika digunakan tegangan tinggi 220 VAC.
o Tempat pemasangan harus dilindungi atau dipagari agar terhindar dari aksi perusakan. Sebaiknya lokasi pemasangan harus dapat dipantau dengan mudah dari jalan atau tempat beban pengguna. Tempat-tempat di mana terdapat kecepatan angin yang sangat kencang dan dapat merusak pada waktu-waktu tertentu tidak direkomendasikan.
daerah pantai, padang rumput, dan tempat-tempat dengan tumbuh-tumbuhan dan bangunan yang tidak terlalu tinggi.
o Turbin angin yang digunakan untuk keperluan pengisian batere biasanya ditempatkan di perahu, bangunan atau rumah. Lokasi pemasangan harus diperhatikan agar aliran yang datang pada sistem konversi energi angin ini tidak turbulen atau tidak berbalik arah di bagian belakang. Untuk hal ini ada aturan atau konvensi bahwa turbin angin harus lebih tinggi sekitar 10 m dari pohon atau bangunan tertinggi di tempat tersebut. Lokasi pemasangan juga setidaknya harus berjarak minimal sekitar 10 kali dari diameter rotor terhadap hambatan atau rintangan terdekat.
5.2 Pertimbangan Aerodinamik
Rancangan aerodinamik yang sangat baik akan meningkatkan efisiensi sudu dan efisiensi rotor. Hal yang harus diperhatikan di sini adalah bahwa optimisasi antara biaya perancangan aerodinamik dengan peningkatan daya yang dihasilkan harus cukup rasional. Perhitungan efisiensi rotor kadang kala membutuhkan komputasi dengan biaya tinggi dan waktu yang lama. Hal ini tentu tidak perlu dilakukan jika peningkatan efisiensinya tidak sebanding.
Sudu yang dirancang dengan pertimbangan aerodinamik yang sangat baik biasanya menghasilkan geometri sudu yang kompleks. Bentuk geometri yang kompleks tentu akan mempertinggi tingkat kesulitan dan juga biaya pembuatan.
Dengan demikian pertimbangan aerodinamik yang tepat diharapkan dapat memberikan rekomendasi bentuk sudu dan rotor yang tepat yang memiliki efisiensi cukup untuk suatu kegunaan tertentu (baik mekanikal maupun elektrikal), sehingga tidak menghabiskan biaya tinggi untuk desain dan pembuatan.
Secara ideal bentuk airfoil sudu harus mempunyai efisiensi aerodinamik yang paling tinggi. Tetapi pembuatannya secara teknis cukup sulit dan membutuhkan biaya yang tinggi. Untuk penerapan yang praktis ekonomis, biasanya dipilih rancangan aerodinamik yang optimal.
Efisiensi aerodinamik yang dimaksud di sini adalah perbandingan antara gaya angkat dan gaya hambat dari profil airfoil sudu. Contoh dari efisiensi aerodinamik untuk pelat datar dan airfoil NACA series (44xx dan 230xx), pada bilangan Reynold 105 dan 1.5x105 diperlihatkan masing-masing pada Gambar 1.10-Gambar 1.12 di bawah ini.
5.3 Pertimbangan Struktur
Rancangan struktur yang baik dan komprehensif sangat menentukan usia dan kekuatan konstruksi terhadap beban-beban yang bekerja. Struktur juga harus dirancang untuk dapat menahan beban dari kejutan angin (gust wind load).
Perhitungan struktur dapat dilakukan dengan mempertimbangkan semua gaya maksimum yang bekerja lalu menganalisisnya untuk setiap bagian atau komponen struktur. Dari analisis struktur kemudian dirancang dimensi sudu, rotor dan sistem pendukung seperti turn mechanism, ekor pengarah dan tiang.
6. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN 6.1 Kelebihan
Ramah lingkungan
Berasal dari sumber energi terbarukan
Dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia di masa depan
6.2 Kekurangan
Tidak meratanya ketersediaan angin di tiap daerah Biaya instalasi masih relatif tinggi
Dipengaruhi oleh faktor alami/cuaca
7. PENELITIAN
7.1 Tujuan
Mengetahui Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu Tipe Horisontal
7.2 Prosedur
7.3 Alat dan Bahan
1. Multimeter untuk mengukur tegangan dan arus.
2. Tachometer untuk mengukur kecepatan putaran mesin (rotor generator). 3. Anemometer sebagai pengukur kecepatan angin.
4. EmergencyLED dengan nameplate6volt,4,5A sebagai beban. 5. Transformator step-Up untuk menaikan tegangan outputgenerator. 6. Kunci Ring, Pass, Obeng, Tang untuk perakitan alat.
7.4 Kesimpulan
DAFTAR PUSTAKA
Desriansyah, 2006, Analisis Teknis Sudu Kincir Angin Tipe Sumbu Horizontal Dari
Bahan Fibreglass, Indralaya.
Muhammad Hasan Ashari widodo, 2011, Modifikasi Generator Sebagai Penghasil
Listrik Untuk PLTB Tipe Vertikal Axis, Surakarta.
Nugroho Armunanto, 1997, Pengetahuan Dan Perbaikan Kelistrikan Mobil, Semarang, Penerbit Dahara Prize.
Pudjanarsa Astu, 2006, Mesin Konversi Energi, Yogyakarta, Penerbit ANDI.
Setiono Puji, 2006, Pemanfaatan Alternator Mobil Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga
Angin, Semarang.
Y. Daryanto, 2007, Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu, Yogyakarta.
Yudhi Prasetyo, 2011, Pemanfaatan Turbin Vertical AxisTipe H Pada Pembangkit
Listrik Tenaga Bayu (PLTB) Dalam Skala Kecil, Surakarta.
