1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Perkembangan kebutuhan masyarakat akan tenaga listrik terus mengalami
kenaikan. Saat ini kebutuhan akan tenaga listrik masih sangat bergantung pada energi
fosil. Energi fosil yang digunakan berupa minyak bumi dan batu bara yang mana
diketahui bahwa jumlahnya terus menipis dan menghasilkan polusi yang cukup
berbahaya bagi lingkungan. Hal ini menyebabkan sangat diperlukannya pengembangan
energi terbarukan dalam pembangkitan tenaga listrik. Salah satu energi terbarukan yang
dapat dikonversikan energinya menjadi energi listrik ialah energi angin.
Penggunaan kecepatan angin sebagai sumber energi listrik dilakukan dengan
memanfaatkan kecepatan angin tersebut untuk memutar kincir angin yang dapat
digunakan untuk memutar poros rotor dari generator. Konversi energi saat ini merupakan
suatu hal yang sangat diperlukan dalam mencari solusi tentang krisis energi di Indonesia
umumnya dan di Sumatera Utara khususnya kota Medan, di mana kota Medan
merupakan daerah yang sangat banyak angin [1].
Potensi angin kota Medan khususnya pada Daerah Medan Tuntungan dan
Sekitarnya dapat dilihat pada Tabel 1. Data kecepatan angin yang didapat merupakan data
kecepatan angin sejak Januari 2013 hingga Agustus 2015.
Tabel 1.1 Kecepatan Angin Rata-Rata Daerah Medan Tuntungan dan Sekitarnya (Dalam m/s)
Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agu Sep Okt Nov Des Bulan 2013 4,1 5,3 5,2 2,6 5,0 5,8 4,1 5,0 3,3 4,8 4,0 4,0
2014 3,1 3,3 2,1 2,7 2,7 2,4 2,9 3,5 4,4 4,3 4,1 4,8
Melalui tabulasi data angin di atas, maka dapat dilihat bahwa potensi angin
pada kota Medan sangatlah besar. Angin pada kota Medan terlihat berada pada
kisaran kecepatan 1-6 m/s dengan data kecepatan angin rata-rata umumnya berada
pada kisaran 3-4 m/s. Kecepatan angin pada kota Medan terbilang cukup stabil
dengan perubahan rata-rata tiap bulannya tidak bergeser secara ekstrim. Walaupun
terlihat bahwa terdapat pergeseran besaran pada suatu waktu, namun besaran itu
akan stabil pada beberapa saat, sehingga hanya perlu pengaturan beban ketika
kecepatan angin mengalami fluktuasi. Sedangkan perubahan pada spesifikasi
turbin angin tidak perlu dilakukan. Hal ini merupakan suatu keuntungan yang
dapat dimaksimalkan untuk pembangkitan listrik tenaga angin.
Kecepatan angin tersebut memiliki potensi untuk dibangun turbin angin
dengan besar daya keluaran 200 Watt tiap turbinnya. Turbin angin dapat dibangun
dengan memanfaatkan lokasi yang sudah ada, seperti pada atap bangunan,
halaman perumahan atau perkantoran dan pada trotoar jalanan yang tidak dilalui
orang.
Kecepatan angin ini sangatlah potensial untuk dijadikan cadangan daya
listrik dan sebagai tambahan dengan tujuan penghematan biaya pembangkitan
listrik dengan tenaga fosil. Terlebih dengan keuntungan pembangkit listrik tenaga
angin yang dapat dibangun secara terpisah setiap turbinnya akan memaksimalkan
lahan yang sudah ada dan tidak perlu membuka lahan pembangkit baru.
Daerah Sumatera Utara yang memiliki Rasio Elektrifikasi sebesar 90,25%
(Kondisi Mei 2014), dengan perincian Rasio Elektrifikasi PLN sebesar 87,80%
meningkatkan rasio tersebut pada sektor non PLN dengan memanfaatkan tenaga
angin. Pembangkit tenaga angin ini juga sangat potensial untuk meningkatkan
besaran rumah tangga yang teraliri listrik baik dengan pembangkit tenaga angin
pribadi ataupun dengan menggunakan jasa PLN.
Penambahan daya listrik sudah berada pada taraf sangat kritis dikarenakan
peningkatan kebutuhan listrik pada daerah Sumatera Utara berkisar 12% dengan
peningkatan ketenagalistrikan yang hanya 6-7%. Dengan demikian terlihat bahwa
terdapat peluang untuk menambahkan pembangkit tenaga angin sebagai tambahan
pada peningkatan ketenagalistrikan untuk membantu memenuhi kebutuhan listrik
yang terus naik.
Pemanfaatan energi angin untuk dikonversi menjadi energi listrik
membutuhkan perangkat yang bernama turbin angin. Turbin angin adalah
baling-baling yang disusun sedemikian rupa agar dapat menangkap energi angin dan
mengonversikannya menjadi putaran yang akan digunakan sebagai sumber energi
untuk memutar rotor generator untuk menghasilkan energi listrik. Keuntungan
dari penggunaan tenaga angin ini yang utama ialah polusi yang dihasilkan oleh
turbin angin sangat dapat diterima secara ekologis, dimana energi angin tidak
mencemari udara. Keuntungan lainnya adalah energi angin merupakan sumber
energi terbarukan yang tidak dapat habis seperti bahan bakar fosil dan relatif bisa
ditempatkan dimana saja untuk menghasilkan energi listrik yang dekat dengan
masyarakat yang membutuhkan.
Namun energi angin juga memiliki beberapa kelemahan, diantaranya
sudu-sudu turbin dengan frekuensi konstan akan menyebabkan timbulnya polusi udara.
Selain itu, estetika lansekap suatu daerah juga akan terpengaruh dengan
dipasangnya turbin angin di daerah tersebut. Fasilitas turbin angin juga sangat
perlu untuk direncanakan dengan hati-hati agar tidak melukai ataupun
mencelakakan burung atau kelelawar yang terbang di sekitar turbin angin.
Ketika membahas mengenai turbin angin, hal yang patut diwaspadai
adalah besarnya kecepatan angin yang tidak konstan. Dimana kecepatan angin
selalu berubah besarannya setiap saat dan menyebabkan daya yang dibangkitkan
menjadi fluktuatif. Kecepatan angin yang tidak konstan ini menimbulkan
kebutuhan untuk menambahkan alat kontrol pada turbin angin untuk menjaga
daya yang dihasilkan agar tetap maksimal pada tiap besaran angin yang sedang
berlangsung. Selain itu, kontrol pada turbin angin juga berfungsi untuk
memproteksi turbin angin dari kecepatan angin yang berlebihan, dimana ketika
kecepatan angin sangat tinggi, maka turbin angin perlu untuk berhenti beroperasi.
Pada tugas akhir ini, penulis akan melakukan penelitian tentang
pengaturan pitch angle turbin angin berbasis kendali logika fuzzy menggunakan
simulasi MATLAB. Dengan pengaturan pitch angle ini, diharapkan turbin angin
dapat menghasilkan daya secara maksimal dengan besaran angin yang
berubah-ubah sehingga pembangkitan energi listrik dengan memanfaakan energi angin
1.2 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah:
1. Melakukan pengaturan pitch angle pada turbin angin dengan
berbasis kendali logika fuzzy agar turbin angin bekerja maksimal.
2. Mengetahui perbandingan daya keluaran turbin angin dengan
pengaruh pengaturan pitch angle.
3. Mengetahui pengaruh pengaturan pitch angle turbin angin pada
performa kerja turbin angin.
1.3 Batasan Masalah
Adapun pembatasan masalah yang dilakukan dalam penulisan tugas akhir
ini adalah:
1. Tugas akhir ini berfokus kepada pengaturan pitch angle turbin
angin sebagai kontrol pada turbin angin dengan berbasis kendali
logika fuzzy.
2. Besaran kecepatan angin yang menjadi data pada tugas akhir ini
adalah kecepatan angin untuk daerah Kota Medan.
3. Tugas akhir ini membahas turbin angin fixed-speed yang dipasang
secara horizontal.
4. Tugas akhir ini membahas pengaruh variasi kecepatan angin
terhadap daya keluaran generator dengan pengaruh pengaturan
pitch angle.
5. Analisis dan pengujian disimulaskan dengan menggunakan
1.4 Manfaat
Dari penulisan tugas akhir ini diharapkan akan diketahui pengaruh yang
diharapkan akan dihasilkan dengan menambahkan pengaturan pitch angle pada
turbin angin dengan berbasis kendali logika fuzzy. Hasil penelitian ini diharapkan
menjadi bahan pertimbangan dalam pemilihan jenis pengendalian yang sesuai
untuk pemasangan turbin angin di suatu daerah.
1.5 Luaran Tugas Akhir
Dari kegiatan tugas akhir ini, penulis mengharapkan luaran sebagai berikut:
1. Jurnal penelitian yang dipublikasikan secara nasional dan internasional.
