Makalah Energi Bayu (Angin) PLTB [PDF]

Citation preview

MAKALAH KONVERSI ENERGI ENERGI BAYU (ANGIN)



DISUSUN OLEH : KELOMPOK I HAERUL GUNAWAN



03320200001



ABDAL AZIZUL SHAFA



03320200036



WAHYU IMAM HERYADI SUARDI



03320200037



ANDI AFIAT MABRUR TASRIH



03320200038



MAR’ATUNNISA



03320200040



NUR LUTHFIA HIDAYAH IDRUS



03320200041



YOVITA ATHALIA AUGUSTA YOMIR



03320200042



JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA MAKASSAR 2021



ENERGI BAYU (ANGIN) 1.



DEFINISI Salah satu energi alternatif untuk menghasilkan listrik adalah energi angin. Secara sederhana angin didefinisikan sebagai udara yang bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah atau dari suhu udara rendah ke suhu udara tinggi, yang terjadi akibat pemanasan matahari terhadap atmosfir dan permukaan bumi. Angin merupakan salah satu bentuk energi yang tersedia di alam yang diperoleh melalui konversi energi kinetik. Energi dari angin diubah menjadi energi kinetik atau energi listrik. Energi angin dapat memberikan kontribusi signifikan bagi pengurangan emisi karena tidak dihasilkan emisi CO2 selama produksi energi listrik oleh kincir angin. Bayu atau angin merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang terdapat di daerah dengan potensi hembusan angin yang besar. Pembangkit listrik energi bayu mengonversikan energi bayu menjadi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin sebagai generator.



2.



SEJARAN SINGKAT PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU (PLTB) Kincir angin pertama kali digunakan untuk membangkitkan listrik dibangun oleh P. La Cour dari Denmark diakhir abad ke-19. Setelah perang dunia I, layar dengan penampang melintang menyerupai sudut propeler pesawat sekarang disebut kincir angin type propeler' atau turbin. Eksperimen kincir angin sudut kembar dilakukan di Amerika Serikat tahun 1940, ukurannya sangat besar yang disebut mesin Smith-Putman, karena dirancang oleh Palmer Putman, kapasitasnya 1,25 MW yang dibuat oleh Morgen Smith Company dari York Pensylvania. Diameter propelernya 175 ft(55m) beratnya 16 ton dan menaranya setinggi 100 ft (34m).



3.



TABEL KONDISI ANGIN



Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Lebih daripada kelas 8 adalah angin yang bukan dapat dimanfaatkan, tetapi membawa bencana. 4.



PERKEMBANGAN PLTB DI DUNIA DAN DI INDONESIA



Pemanfaatan angin sebagai energi terbarukan pada tahun 2009 telah menghasilkan energi listrik sebesar 159 GW atau setara 2% konsumsi listrik dunia (World Wind Energy Association Report/WWEA 2010). Angka tersebut diharapkan akan meningkat menjadi 200



GW pada tahun 2010. Amerika, China, Jerman dan Spanyol merupakan negara paling besar yang memanfaatkan energi angin, baik onshore maupun offshore. Kapasitas energi listrik yang di hasilkan dari satu kincir angin dengan baling-baling berdiameter 127 meter di Belanda yang berada di offshore mencapai sekitar 6 MW (ECN, Factsheet Wind Energy). Saat ini sedang dikembangkan baling-baling dengan diameter 150 meter yang diharapkan dapat membangkitkan listrik dengan kapasitas sekitar 10 MW. Indonesia yang memiliki pantai sepanjang 80.791,42 km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan PLTB. Kecepatan angin di Indonesia secara umum antara 4 m/detik hingga 5 m/detik. Namun di daerah-daerah tertentu seperti di pantai kecepatan anginnya dapat mencapai 10 m/detik. Dengan kecepatan tersebut, pembangunan pembangkit listrik tenaga angin masih kurang ekonomis. Namun, jika dibangun dengan ketinggian tertentu dan diameter baling-baling yang besar dapat dihasilkan energi listrik dengan potensi kapasitas 10-100 kW. Pada tahun 2009, kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin di seluruh Indonesia mencapai 1,4 MW (WWEA 2010) yang tersebar di Pulau Selayar (Sulawesi Utara), Nusa Penida (Bali), Yogyakarta, dan Bangka Belitung. Melihat potensi wilayah pantai yang cukup luas, pemanfaatan tenaga angin sebagai sumber energi terbarukan di Indonesia sangat mungkin untuk dikembangkan lebih lanjut. 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 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. 



5.



KOMPONEN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU (PLTB)



Keterangan Gambar :



 Anemometer : Mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan angin ke pengontrol.



 Blades : Kebanyakan turbin baik dua atau tiga pisau/ bilah. Angin bertiup di atas menyebabkan pisau-pisau/ bilah-bilah tersebut berputar.



 Gear box : Gears menghubungkan poros kecepatan tinggi di poros kecepatan rendah dan meningkatkan kecepatan sekitar 30-60 rotasi per menit (rpm), sekitar 1000-1800 rpm, kecepatan rotasi yang diperlukan oleh sebagian besar generator untuk menghasilkan listrik.



 Brake : Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar. Alat ini perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja aman dalam pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrik maksimal pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan.



 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.



 Rotor : Pisau/ bilah dan terhubung bersama-sama disebut rotor



 Generator : Biasanya standar induksi generator yang menghasilkan listrik dari 60 siklus listrik AC.



 High-speed shaft : Drive generator, yang akan menutar poros generator.  Low-speed shaft : Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 rotasi per menit.  Nacelle : Nacelle berada di atas menara dan berisi gear box, poros kecepatan rendah dan tinggi, generator, kontrol, dan rem.



 Tower : Menara yang terbuat dari baja tabung, beton atau kisi baja.  Wind direction : Bagian Turbin yang beroperasi melawan angin.  Wind vane : Tindakan arah angin dan berkomunikasi dengan yaw drive untuk menggerakkan turbin dengan koneksi yang benar dengan angin.



 Yaw drive : Yaw drive yang digunakan untuk menjaga rotor menghadap ke arah angin sebagai perubahan arah angin.



 Yaw motor : Kekuatan dari drive yaw.  Penyimpan energi (Battery) : Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi sebagai back-up energi listrik dalam bentuk Battery. 6.



KINCIR ANGIN Secara umum kincir angin dapat dibagi menjadi 2, yaitu kincir angin yang berputar dengan sumbu horizontal, dan yang berputar dengan sumbu vertikal. Gambar 6.1 menunjukan jenis-jenis kincir angin berdasarkan bentuknya. Sedangkan gambar 6.2 menunjunkan karakteristik setiap kincir angin sebagai fungsi dari kemampuannya untuk mengubah energi kinetic angin menjadi energi putar turbin untuk setiap kondisi kecepatan angin. Dari gambar 6.2 dapat disimpulkan bahwa kincir angin jenis multi-blade dan Savonius cocok digunakan untuk aplikasi PLTB kecepatan rendah. Sedangkan kincir angin tipe Propeller, paling umum digunakan karena dapat bekerja dengan lingkup kecepatan angin yang luas.



Gambar 6.1. Jenis Kincir Angin



Gambar 6.2. Karakteristik Kincir Angin 7.



CARA KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU (PLTB) Cara kerja dari pembangkit listrik tenaga angin akan dimulai ketika ada pergerakan angin yang memutar turbin. Perlu diketahui pula, turbin angin ini prinsip kerjanya berbeda dengan kipas angin. Energi angin akan menggerakkan blade dan secara otomatis akan memutar rotor yang terletak pada generator. Kemudian, generator akan mengubah energi gerak dari angin tersebut menjadi energi listrik yang terjadi karena medan elektromagnetik.  Pada bagian poros yang ada di dalam generator sebenarnya terdapat material ferromagnetik permanen. Saat turbin berputar, poros akan turut berputar sehingga akan



membuat perubahan fluks magnetik pada stator yang adalah kumparan kawat berbentuk loop. Di situlah dihasilkan tegangan dan arus listrik, kemudian energi listrik tersebut akan tersimpan di dalam baterai. 8.



ESTIMASI BIAYA INVESTASI TURBIN ANGIN PLTB Biaya investasinya memang cukup mahal. Harga satu unit kincir angin yang diberi nama EGRA (Energi Gratis) ini sekitar 60 juta rupiah. Sangat besar memang. Tapi jika kita berhitung secara ekonomis, ternyata menguntungkan. Karena memakai kincir angin, maka tidak ada pengeluaran untuk bahan bakar lagi. Biaya pemeliharaan pun cukup murah. Hanya 500.000 rupiah. Bandingkan jika memakai mesin diesel. Untuk biaya solar saja menghabiskan 132.000 rupiah per hari, yang artinya 132.000 x 365 = 48.180.000 per tahun. Belum termasuk biaya pemeliharaan mesin. Jadi hanya dalam waktu 2 tahun, manfaat dari kincir angin ini sudah terasa.



9.



KELEBIHAN DAN KEKURANGAN ENERGI BAYU KELEBIHAN ENERGI ANGIN /BAYU 1. Energi angin adalah sumber energi terbarukan dan bisa dikatakan sumber energi yang tak pernah habis. 2. Energi dibangkitkan tanpa mencemari lingkungan. 3. Energi angin memiliki potensi yang sangat besar untuk dibuat dalam skala yang besar 4. Seperti juga energi matahari dan energi air, energi angin memanfaatkan sumber energi yang alami. 5. Listrik dihasilkan oleh energi angin tanpa menimbulkan emisi yang bisa menyebabkan hujan asam atau gas rumah kaca. 6. Pada daerah remote, energi angin dapat digunakan sebagai sumber energi yang besar. 7. Dengan kombinasi bersama energi matahari, maka energi angin dapat menyediakan suplai listrik yang steady dan handal. 8. Turbin angin menggunakan space yang lebih kecil dibanding pembangkit pada umumnya. Umumnya turbin angin hanya menggunakan beberapa meter persegi untk pondasinya, hal ini menyebabkan tanah disekitar turbin masih dapat digunakan untuk keperluan lainnya, misalnya untuk pertanian.



KEKURANGAN ENERGI ANGIN/BAYU 1. Energi angin memerlukan storage selama peak time untuk menampung energi, jika akan digunakan untuk keperluan di luar peak time. 2. Sumber energi angin kurang dapat diandalkan untuk ada terus menerus dan tidak mudah diprediksi. 3. Terdapat efek estetika dan permasalahan visual pada wilayah pembangunan turbin angin. 4. Dibutuhkan area yang luas untuk membangun pusat pembangkit listrik tenaga angin. 5. Adanya polusi suara yang dihasilkan oleh energi angin. 6. Energi angin hanya dapat di gunakan pada daerah yang anginnya cukup kuat dan cuaca yang berangin pada sebagian besar waktu. 7. Biasanya, pembangkit listrik tenaga angin dibangun di tempat yang jauh dari sumber beban sehingga memerlukan transmisi yang dengan biaya yang tinggi. 8. Efisiensi rata-rata dari turbin angin sangat kecil jika dibandingkan dengan pembangkit fosil. Dibutuhkan turbin angin yang banyak untuk menghasilkan listrik dengan impact yang sama dengan pembangkit fosil. 9. Turbin angin dapat menjadi ancaman bagi kehidupan liar. Burung dapat terbunuh atau terluka jika terbang ke arah turbin. 10. Cost maintenance dari turbin angin cukup tinggi karena memiliki part yang dapat rusak oleh waktu. 10. JENIS-JENIS PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU BERDASARKAN POSISI SUMBU 1) Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) TASH adalah jenis turbin angin yang paling banyak digunakan. Turbin ini terdiri dari sebuah menara yang di puncaknya terdapat sebuah baling-baling yang berfungsi sebagai rotor dan menghadap atau membelakangi arah angin. Kebanyakan turbin angin jenis ini mempunyai dua atau tiga bilah baling-baling walaupun ada juga turbin bilah baling balingnya kurang atau lebih



Kelebihan TASH 



Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat di tempattempat yang memiliki geseran angin







Pitch sudu turbin dapat diubah-ubah.







Menara yang tinggi dapat memperileh angin yang lebih kencang.







Penggunaan menara menyebabkan turbin dapat ditempatkan di dataran yang tidak rata, atau bahkan di atas laut.







Dapat ditempatkan di atas garis pepohonan di hutan.



Kelebihan TASH 



Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit diangkut dan dipasang. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin.







Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilahbilah yang berat, gearbox, dan generator.







Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan mengganggu penampilan lansekap.







Berbagai varian downwind menderita kerusakan struktur yang disebabkan oleh turbulensi.







TASH membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan kincir ke arah angin



2) Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV)



a. Turbin Darrieus



Turbin Darrieus mula-mula diperkenalkan di Perancis pada sekitar tahun 1920-an. Turbin angin sumbu vertikal ini mempunyai bilah-bilah tegak yang berputar kedalam dan keluar dari arah angin.



b. Turbin Savonius



Turbin Savonius diciptakan pertama kali di negara Finlandia dan berbentuk S apabila dilihat dari atas. Turbin jenis ini secara umumnya bergerak lebih perlahan dibandingkan jenis turbin angin sumbu horizontal, tetapi menghasilkan torsi yang besar. Kelebihan TASV



 Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.  Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan mekanisme yaw.  Sebuah TASV bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagianbagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.



 TASV memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah balingbaling yang terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.



 TASV memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada TASH. Biasanya TASV mulai menghasilkan listrik pada 10 km/jam (6 mph)



 TASV yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan dari berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju angin (seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak bukit) Kekurangan TASV  Kebanyakan TASV memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi TASH karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.  TASV tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di elevasi yang lebih tinggi.  Kebanyakan TASV mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.