ALUR KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN (WIND TURBINE)
Disusun Oleh :
Fahmy Abdilah Arief 2102007 Anovada Wicaksono 2102009
Frysa Salsabila 21020020 Aprilia Anggraeni 21020021 Muhammad ‘Ainnurrofiq 21020022
Monica Laudiasari D. 21020034 Alvin Maulana 21020035 Denish Alindra 21020134 Siti Nur Aisah 21020135
INSTITUT TEKNOLOGI PETROLEUM BALONGAN INDRAMAYU
2023
ii KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kita panjatkan kepada Allah SWT, karena berkat rahmat dan hidayah-Nya kami selaku penyusun dapat menyelesaikan tugas mata kuliah agama yaitu Makalah yang berjudul “ALUR KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN (WIND TURBINE)”
Semoga makalah ini dapat memberikan manfaat kepada pembaca, serta dapat memberi manfaat kepada kita semua dan juga dapat memenuhi tugas yang di berikan
Tidak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu serta ikut terlibat dalam pembuatan makalah ini sehingga makalah ini dapat terselesaikan.
Sebagai penyusun kami menyadari bahwa makalah ini tidak luput dari kesalahan dan jauh dari kata sempurna, oleh karena itu kami mengharapkankritik dan saran yang membangun.
Indramayu, 04 Oktober 2023
Penyusun
iii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR………..………..…ii
DAFTAR ISI………..………....iii
DAFTAR GAMBAR……….iv
BAB I PENDAHULUAN………...1
1.1 Latar Belakang …………..……….………....1
1.2 Tujuan Kunjungan……….….2
BAB II PEMBAHASAN………..………...3
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Bayu………..…..3
2.2 Komponen Turbin Angin………...………..…..….4
2.3 Cara Kerja Turbin Angin………....…6
BAB III PENUTUP…….………..13
3.1 Kesimpulan………...13 DAFTAR PUSTAKA
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Komponen Turbin Angin………...4
Gambar 2.2 Alur Kerja Turbin Angin………6
Gambar 2.3 Process Flow Diagram Turbin Angin………6
Gambar 2.4 Baling-baling Turbin……….7
Gambar 2.5 Rotor, Shaft,Generator………..7
Gambar 2.6 Wind Vane & Velocity Swnsor………....8
Gambar 2.7 Sinyal dari Velocity sensor………8
Gambar 2.8 Sinyal dari Velocty sensor, merubah arah baling-baling………9
Gambar 2.9 Wind Transformer………...10
Gambar 2.10 Substation (Gardu)………11
Gambar 2.11 Power Grid (SUTET)………11
1 BAB I
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Peningkatan permintaan energi telah meningkat secara dramatis dalam beberapa dekade terakhir revolusi industri, dan juga akibat bertambahnya jumlah penduduk bumi. Saat ini yang paling banyak Sumber penggunaan energi yang dominan adalah bahan bakar fosil. Sumber daya tak terbarukan ini akan habis jika kita melanjutkan tren penggunaan energi kita pada abad mendatang. Selanjutnya pembakaran bahan bakar ini menghasilkan emisi gas rumah kaca ke lingkungan, sehingga berkontribusi terhadap pemanasan global. Sumber baru energi terbarukan harus dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan energi dunia. Terbarukan sumber energi sudah tersedia seperti angin, air, matahari, biomassa, dan banyak lagi.
Teknologi untuk memanen sumber-sumber ini telah dikembangkan selama bertahun-tahun dan kesadaran akan hal tersebut telah berkembang meningkat secara bertahap. Dalam dua dekade terakhir, banyak negara telah melakukan investasi besar-besaran dalam hal ini Peningkatan permintaan energi telah meningkat secara dramatis dalam beberapa dekade terakhir sumber.
Energi angin telah dipanen dan digunakan selama beberapa dekade. Contoh mesin itu mengubah energi tersebut menjadi energi mekanik adalah kincir angin.
Mereka telah dikembangkan untuk penggilingan biji-bijian, memompa air, dan kegunaan lainnya. Turbin angin telah digunakan untuk menghasilkan listrik melalui abad yang lalu, namun saat ini teknologinya telah maju ke tingkat di mana mereka dapat dipasang di lepas Pantai dan beroperasi dalam skala besar untuk memenuhi kebutuhan listrik suatu negara. Kita bisa melihat negara-negara terkemuka berjuang untuk sistem energi terbarukan sebagai cara untuk melestarikan planet kita. Laporan ini akan fokus pada angin energi dan bagaimana energi diubah menjadi listrik, serta berbagai jenis turbin angin konfigurasi, ekonomi dan pertumbuhan masa depan serta masalah lingkungan yang terkait dengannya.
2 2. Tujuan Penulisan
1. Mengetahui Komponen peralatan pada pembangkit listrik tenaga angin 2. Mengetahui cara kerja pembangkit listrik tenaga angin
3. Mengetahui pembangkit listrik tenaga angin
3 BAB II
PEMBAHASAN
1. Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (Angin)
PLTB adalah singaktan dari Pembangkit Listrik Tenaga Bayu yang pada hakikatnya mengkonversi energi dari pergerakan angin menjadi energi listrik melalui turbin angin atau kincir angin. Energi angin sendiri sebenarnya sudah lama digunakan sebagai sumber listrik pada beberapa negara di dunia, seperti Tiongkok, Amerika Serikat, dan negara-negara di Eropa.
Tak heran, karena angin adalah sumber daya energi yang terbarukan dan tidak pernah habis, sehingga dari segi keramahan lingkungan pembangkit listrik tenaga angin mampu menjadi terobosan baru untuk memasok energi dunia.
Di Amerika Serikat, semenjak tahun 2016 tercatat bahwa energi listrik yang dipasok dari PLTB adalah sebesar 2%. Angka ini termasuk kecil, tetapi persentase tersebut cukup untuk menerangi 5 juta rumah di AS. Angka tersebut juga diprediksi akan semakin besar karena beberapa wilayah AS telah menggunakan PLTB. Terlebih lagi, secara global, energi angin akan diprediksi bisa memasok energi dunia sebanyak 12%.
PLTB di Indonesia
Potensi dari PTLB yang begitu bermanfaat bagi masyarakat dan juga lingkungan menjadikan pembangkit listrik ini dilirik oleh pemerintah Indonesia.
Sebagai negeri dengan energi angin juga disebut energi bayu yang sangat potensial, Indonesia sudah membangun beberapa PLTB semenjak tahun 2018.
Salah satunya yang terbesar adalah pembangkit listrik tenaga angin atau bayu Sidrap (Sidenreng Rappang) di Sulawesi Selatan.
PLTB Sidrap merupakan PTLB pertama di Indonesia yang diresmikan oleh Presiden Joko Widodo pada tanggal 2 Juli di tahun 2018 lalu.
PLTB Sidrap memiliki 30 turbin angin dengan masing-masing kapasitas 2,5 MW, menjadikannya total keseluruhan 75 MW. PLTB ini telah memasok persediaan
4 listrik ke sebanyak 80.000 rumah pelanggan di daerah Sulawesi Selatan. Selain PLTB Sidrap, Indonesia juga memiliki PLTB Tolo yang resmi beroperasi pada tahun 2019 di provinsi yang sama.
Selain Sulawesi Selatan, beberapa provinsi lainnya seperti Papua, Maluku dan Kalimantan Selatan juga memiliki potensi untuk mengembangkan PLTB. Indonesia sendiri diproyeksi dapat menghasilkan energi listrik dari PLTB sebesar 60.547 MW.
2. Komponen Turbin Angin
Komponen-komponen ini bekerja sama untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik yang dapat digunakan untuk menghasilkan daya. Turbin angin tersedia dalam berbagai ukuran, mulai dari turbin kecil yang digunakan untuk aplikasi rumahan hingga turbin besar yang digunakan di ladang angin komersial. Semua komponen tersebut harus dirancang dan diintegrasikan dengan baik untuk mencapai kinerja yang optimal.
Gambar 2.1 Komponen Turbin Angin (Sumber : https://desmoisregister.com/)
Komponen Turbin Angin:
1. Rotor : Rotor terdiri dari baling-baling yang terpasang pada sebuah hub.
Baling-baling ini berbentuk seperti sayap pesawat dan menggunakan prinsip
5 angkat untuk mengubah energi angin menjadi energi mekanis. Baling-baling bisa panjangnya mencapai 150 kaki, setengah dari panjang lapangan sepak bola.
2. Pitch Drive : Baling-baling dapat diputar untuk mengurangi angkat ketika kecepatan angin menjadi terlalu besar.
3. Nacelle : Rotor terhubung ke nacelle, yang terletak di puncak menara dan melingkupi berbagai komponen.
4. Brake : Rem mekanis berfungsi sebagai cadangan untuk efek pengereman dari pitch drive baling-baling atau sebagai rem parkir untuk perawatan.
5. Low-Speed Shaft : Terhubung ke rotor.
6. Gearbox : Rotor memutar poros berkecepatan rendah dengan kecepatan mulai dari 20 putaran per menit (rpm) pada turbin besar hingga 400 rpm pada unit perumahan. Gigi transmisi meningkatkan kecepatan menjadi 1.200- 1.800 rpm yang dibutuhkan oleh sebagian besar generator untuk menghasilkan listrik. Beberapa turbin skala kecil menggunakan sistem penggerak langsung, menghilangkan kebutuhan akan gearbox.
7. High-Speed Shaft: Terhubung ke generator.
8. Generator : Mengubah energi mekanis yang dihasilkan oleh rotor menjadi listrik. Desain yang berbeda menghasilkan arus searah atau arus bolak-balik.
Listrik tersebut dapat digunakan oleh peralatan di sekitarnya, disimpan dalam baterai, atau dialirkan ke jaringan listrik.
9. Heat Exchanger : Penggunaan sistem pendinginan pada heat exchanger pada turbin angin dapat bervariasi tergantung pada desain dan lingkungan operasional turbin angin tersebut. Dua sistem pendinginan yang umum digunakan adalah water cooling dan air cooling.
10. Controller : Sistem komputer menjalankan tes diagnostik sendiri, menghidupkan dan mematikan turbin, dan membuat penyesuaian saat kecepatan angin berubah. Operator jarak jauh dapat menjalankan pemeriksaan sistem dan memasukkan parameter baru melalui modem.
11. Anemometer : Mengukur kecepatan angin dan meneruskannya ke pengendali.
6 12. Wind Vane : Mendeteksi arah angin dan meneruskannya ke pengendali, yang
mengatur "yaw" atau arah rotor dan nacelle.
13. Yaw Drive : Menjaga rotor menghadap angin.
14. Tower : Karena kecepatan angin meningkat dengan ketinggian, menara yang lebih tinggi memungkinkan turbin untuk menangkap lebih banyak energi.
3. Cara Kerja Turbin Angin
Turbin angin bekerja dengan mengubah energi kinetik dalam angin menjadi tenaga mekanik. Tenaga mekanik ini dapat digunakan untuk tugas-tugas tertentu (seperti menggiling biji-bijian atau memompa air), atau dapat diubah menjadi listrik oleh generator.
Gambar 2.2 Alur Kerja Turbin Angin
(Sumber : https://www.researchgate.net/figure/Figure-A6-Wind-Energy- process-flow-diagram_fig28_312589188/)
Gambar 2.3 Process Flow Diagram Turbin Angin (Sumber : Google)
A. Cara Kerja Pada Turbin Angin
7 Pada turbin angin terdapat 7 komponen penggerak utama, yaitu Baling-baling, rotor, shaft, Generator, Nacelle, Wind Vane, Velocity Sensor. Cara kerjanya yaitu :
1. Baling-Baling : Angin melewati baling-baling turbin, sehingga mengurangi tekanan udara di satu sisi baling-baling. Hal ini menyebabkan perbedaan tekanan udara di kedua sisi baling-baling, menciptakan gaya pada baling-baling. Sehingga baling-baling akan memutar menyesuaikan dengan kecepatan dan arah angin.
Gambar 2.4 Baling-baling Turbin
(Sumber : https://www.youtube.com/watch?v=y6fG- aIP_PU&ab_channel=Let%27sGrowUp/)
2. Rotor : Intensitas gaya ini memutar rotor, tetapi kecepatan rotasi lambat baling-baling tidak cukup untuk menghasilkan listrik.
Gambar 2.5 Rotor, Shaft, Generator
(Sumber : https://www.youtube.com/watch?v=y6fG- aIP_PU&ab_channel=Let%27sGrowUp/)
8 3. Shaft & Generator : Sebuah gearbox terhubung antara rotor dan
generator. Generator ini mengubah gaya aerodinamis menjadi listrik.
4. Nacelle : Housing yang menampung gearbox dan generator disebut
"nacelle," yang dapat bergerak sesuai dengan arah angin.
5. Wind Vane & Velocity Sensor : Jika arah angin berubah, sensor kecepatan yang terletak di bagian atas nacelle mengirimkan sinyal ke mekanisme yawing di dasar nacelle.
Gambar 2.6 Wind Vane & Velocity Sensor (Sumber : https://www.youtube.com/watch?v=y6fG-
aIP_PU&ab_channel=Let%27sGrowUp/)
Gambar 2.7 Sinyal dari Velocity sensor (Sumber : https://www.youtube.com/watch?v=y6fG-
aIP_PU&ab_channel=Let%27sGrowUp/)
Mekanisme ini kemudian menggerakkan baling-baling agar menghadap arah angin yang benar. Selain itu, baling-baling dapat berputar menggunakan mekanisme miring baling-baling untuk menyelaraskan
9 dirinya dengan sudut sayap yang benar. Dengan cara ini, turbin angin dapat mengubah energi angin menjadi listrik.
Gambar 2.8 Sinyal dari Velocity sensor, merubah arah baling- baling
(Sumber : https://www.youtube.com/watch?v=y6fG- aIP_PU&ab_channel=Let%27sGrowUp/)
B. Cara Kerja Distribusi Listrik
Energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin disalurkan melalui kabel- kabel ke Wind Transformer, kemudian dialirkan kembali ke Substation, lalu dialirkan lagi ke Power Grid yang kemudian dialirkan keseluruh bangunan yang ada di wilayah tersebut, dibawah ini adalah alur kerja secara rinci dari setiap komponennya :
1. Wind transformers, dalam konteks turbin angin (wind turbine), adalah perangkat yang penting untuk mengubah tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator turbin angin menjadi tegangan yang sesuai untuk transmisi atau distribusi ke jaringan listrik. Fungsi utama dari wind transformer adalah:
a) Penyesuaian Tegangan: Generator turbin angin menghasilkan tegangan listrik yang mungkin tidak sesuai dengan tegangan yang digunakan dalam jaringan listrik. Wind transformer digunakan untuk mengubah tegangan yang dihasilkan oleh generator menjadi tegangan yang sesuai dengan jaringan listrik. Ini biasanya
10 melibatkan peningkatan tegangan (step-up transformer) atau penurunan tegangan (step-down transformer), tergantung pada konfigurasi jaringan dan kebutuhan.
b) Pemisahan Sistem: Wind transformer juga berfungsi untuk memisahkan sistem generator turbin angin dari jaringan listrik utama. Ini penting karena generator turbin angin mungkin memiliki karakteristik operasional yang berbeda dan perubahan dalam produksi daya dapat mempengaruhi stabilitas jaringan listrik secara keseluruhan. Dengan menggunakan wind transformer, daya yang dihasilkan oleh turbin angin dapat diintegrasikan ke dalam jaringan listrik dengan lebih efisien dan terkendali.
c) Perlindungan dan Pengendalian: Wind transformer juga dapat berfungsi sebagai perangkat perlindungan dan pengendalian. Ini dapat membantu melindungi sistem turbin angin dari lonjakan tegangan atau gangguan lainnya dalam jaringan listrik yang dapat merusak peralatan. Selain itu, wind transformer dapat digunakan untuk mengendalikan aliran daya antara turbin angin dan jaringan listrik, sehingga dapat mengoptimalkan operasi turbin angin sesuai dengan kondisi jaringan yang berubah-ubah.
Gambar 2.9 Wind Transformer
(Sumber : https://tc-servicesinc.com/services/)
11 2. Substation (Gardu) : Substation pada turbin angin memiliki peran penting dalam mengintegrasikan energi yang dihasilkan oleh turbin angin ke dalam jaringan listrik yang lebih besar. Fungsi utama dari substation pada wind turbine adalah titik di mana energi listrik dari turbin angin bergabung dengan jaringan listrik utama. Ini memungkinkan energi yang dihasilkan oleh turbin angin untuk disalurkan ke konsumen akhir atau didistribusikan ke berbagai tempat dalam jaringan listrik.
Gambar 2.10 Substation (Gardu)
(Sumber : https://www.bajajelectricals.com/power-transmission/ehv- substations/)
3. Power Grid (SUTET): Fungsi power grid pada turbin angin secara adalah untuk menerima, mengintegrasikan, dan mendistribusikan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin ke jaringan listrik yang lebih besar, sehingga energi tersebut dapat digunakan oleh konsumen dan sistem listrik regional. Power grid memastikan energi angin yang dihasilkan dapat disalurkan dengan efisien, diatur, dan didistribusikan sesuai kebutuhan.
12 Gambar 2.11 Power Grid (SUTET)
(Sumber : https://www.verdict.co.uk/russia-uk-power-grid-hack/)
Secara Umum Itulah bagaimana turbin angin bekerja dari mengubah enargi kinetik menjadi energi listrik kemudian didistribusikan ke seluruh bangunan yang ada di wilayah tersebut.
13 BAB III
KESIMPULAN
Dari pembahasan tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa :
1. Komponen turbin angin, yang terdiri dari baling-baling, rotor, gearbox, generator, nacelle, anemometer, wind vane, yaw drive, dan tower.
2. Cara kerja turbin angin, yang mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik dan kemudian menjadi energi listrik melalui generator.
3. Cara kerja distribusi listrik, yang melibatkan wind transformer, substation, dan power grid untuk mengintegrasikan dan mendistribusikan energi listrik dari turbin angin ke jaringan listrik yang lebih besar.
4. Energi hijau seperti turbin angin sangat memiliki potensi yang besar bagi masyarakat dan lingkungan
5. Di Indonesia sudah ada PLTB (Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (Angin)), yaitu di PLTB Sidrap (Sidenreng Rappang) dan Tolo yang terletak di Provinsi Sulawesi Selatan
6. Dua sistem pendinginan yang umum digunakan adalah (pertanyaan eksan) : A. Water Cooling (Pendinginan dengan Air): Heat exchanger menggunakan
air atau cairan sebagai media pendingin. Air atau cairan tersebut mengalir melalui pipa atau saluran yang melilit komponen yang memerlukan pendinginan, seperti generator atau gearbox. Air yang panas mengambil panas dari komponen tersebut dan kemudian didinginkan, seringkali menggunakan pertukaran panas dengan air dingin yang lebih besar atau dengan bantuan kipas.
B. Air Cooling (Pendinginan dengan Udara): Heat exchanger menggunakan aliran udara untuk pendinginan. Pada desain ini, udara dingin diambil dari lingkungan sekitar dan digunakan untuk mendinginkan komponen turbin angin secara langsung. Ini dapat melibatkan kipas atau ventilator untuk meningkatkan aliran udara melalui heat exchanger.
14 Pilihan antara kedua sistem ini tergantung pada berbagai faktor, termasuk efisiensi, biaya, dan kondisi lingkungan tempat turbin angin beroperasi.
Sistem pendinginan dengan air cenderung lebih efisien dalam menghilangkan panas, tetapi memerlukan pasokan air yang dapat membatasi penggunaannya di daerah yang kering atau terpencil. Sementara sistem pendinginan dengan udara lebih sederhana dan cocok untuk lingkungan yang tidak memungkinkan penggunaan air dengan mudah. Keputusan desain akan tergantung pada kebutuhan spesifik dari turbin angin tertentu.
15 DAFTAR PUSTAKA
Barlas, T.K. Review of state of the art in smart rotor control research for wind turbines. Prog. Aerosp. Sci. 2012, 46, 1–30.
Burton, T.; Jenkins, N.; Sharpe, D.; Bossanyi, E. Wind Energy Handbook; John Wiley & Sons Ltd.: Chichester, UK, 2011.
Dominy, R.; Lunt, P.; Bickerdyke, A.; Dominy, J. Self-starting capability of a darrieus turbine. Proc. Inst. Mech. Eng. Part A J. Power Energy 2007, 221, 111–120.
Gasch, R.; Twele, J. Wind Power Plants; Solarpraxis: Berlin, Germany, 2002.
Gorban, A.N.; Gorlov, A.M.; Silantyev, V.M. Limits of the turbine efficiency for free fluid flow. J. Energy Resour. Technol. Trans. ASME 2001, 123, 311–317
Hau, E. Wind Turbines: Fundamentals, Technologies, Application, Economics;
Springer: Berlin, Germany, 2006
Holdsworth, B. Green Light for Unique NOVA Offshore Wind Turbine; Reinforced Plastics: London, UK
Kensche, C.W. Fatigue of composites for wind turbines. Int. J. Fatigue 2006, 28, 1363–1374
Schubel, P.J.; Crossley, R.J. Wind turbine blade design. Energies 2012, 5, 3425–
3449
Shokrieh, M.M.; Rafiee, R. Simulation of fatigue failure in a full composite wind turbine blade. Compos. Struct. 2006, 74, 332–342
Wind Turbines: Part 1: Design Requirements; BS EN 61400-1:2005; BSi British Standards: London, UK; January 2006
