Modul PLTB-2B PDF [PDF]

Citation preview

MODUL MK PENDALAMAN 2 TEKNIK ENERGI SURYA DAN ANGIN (2)



Program Pendidikan Profesi Guru (PPG)



Perencanaan Sistem Mekanik PLTB Tim Penyusun: Dr. Bambang Trisno,MSIE Dr. I Wayan Ratnata, ST., M.Pd.



KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI KEMENTERIANPENDIDIKAN DANKEBUDAYAAN JAKARTA, 2017



9



MODUL 2:



Perencanaan Sistem Mekanik PLTB



1 0



A. Pendahuluan Mata kegiatan ini membahas konsep, teori, aturan, dan implementasi Pembangkit Listrik Tenaga Angin (Bayu) (PLTB) yang meliputi studi kelayakan potensi angin, perencanaan sistem mekanik PLTB, pemasangan unit PLTB, perencanaan dan pemasangan sistem kelistrikan PLTB seta pengoperasian PLTB. Materi dalam kegiatan ini cukup luas, karena itu peserta dituntut dapat belajar mandiri berdasarkan prinsip pembelajaran mandiri (self regulated learning). Di akhir mata kegiatan



ini,



peserta



diharapkan



dapat



mengimplementasikannya



pada



pembelajaran di SMK Program Keahlian Akomodasi Teknik Energi terbarukan dengan baik. Materi dalam bahan ajar ini cukup banyak dan perlu diselesaikan dalam beberapa kali tatap muka agar dosen dapat membagi materi sesuai alokasi waktu yang ada, dosen perlu membuat perencanaan pembelajaran. Komponen perencanaan pembelajaran tersebut paling tidak mempunyai lima aspek, yaitu: 1) Perumusan tujuan pembelajaran; 2) Pemilihan dan pengorganisasian materi ajar; 3) Pemilihan model pembelajaran dan kegiatan pembelajaran; 4) Pemilihan sumber belajar/mediapembelajaran; dan 5) Penilaian hasil belajar. B. Petunjuk Penggunaan Bahan Ajar Agar kita berhasil dengan baik dalam mempelajari bahan ajar ini berikut beberapa petunjuk yang dapat Anda ikuti : 1. Bacalah dengan cermat bagian pendahuluan bahan ajar ini



sampai anda



memahami secara tuntas, untuk apa, dan bagaimana mempelajarinya. 2. Tangkaplah makna dari setiap konsep yang dibahas dalam bahan ajar ini melalui pemahamam sendiri dan tukar pikiran dengan teman anda. 3. Upayakan untuk dapat membaca sumber-sumber lain yang relevan untuk menambah wawasan Anda menjadikan perbandingan jika pembahasan dalam bahan ajar ini masih dianggap kurang. 4. Mantapkan pemahaman anda dengan latihan dalam bahan ajar dan melalui kegiatan Diskusi dengan mahasiswa atau dosen.



1 1



C.



Capaian Pembelajaran Mata Pelajaran



Setelah menempuh Program Pendidikan Profesi Guru Program (PPG) Studi Teknik Energi Terbarukan (Teknik Energi Angin ) ini peserta pelatihan diharapkan memiliki capaian pembelajaran mata pelajaran meliputi SIKAP, PENGETAHUAN DAN KETERAMPILAN: Aspek sikap yaitu bertakwa kepada Tuhan Yang Maha Esa dan mampu menunjukkan sikap religius, menjunjung tinggi nilai kemanusiaan dalam menjalankan tugas berdasarkan agama, moral, dan etika, berkontribusi dalam peningkatan mutu kehidupan bermasyarakat, berbangsa, bernegara, dan kemajuan peradaban berdasarkan Pancasila, berperan sebagai warga negara yang bangga dan cinta tanah air, memiliki Nasionalisme serta rasa tanggung jawab pada negara dan bangsa, menghargai keaneka ragaman budaya, pandangan, agama, dan kepercayaan, serta pendapat atau temuan orisinal orang lain, bekerjasama dan memiliki kepekaan sosial serta kepedulian terhadap masyarakat dan lingkungan, taat hukum dan disiplin dalam kehidupan bermasyarakat dan bernegara; menginternalisasi nilai, norma, dan etika akademik, menginternalisasi nilai, norma, dan etika akademik, menunjukkan sikap bertanggung



jawab



atas



pekerjaan



dibidang



keahliannya



secara



mandiri,



menginternalisasi semangat kemandirian, kejuangan, dan kewirausahaan, menunjukkan perilaku yang sesuai dengan kode etik guru Indonesia, mempunyai ketulusan, komitmen, kesungguhan hati untuk mengembangkan sikap, nilai, dan kemampuan peserta didik dengan dilandasi oleh nilai-nilai kearifan lokal dan ahlak mulia serta memiliki motivasi untuk berbuat bagi kemaslahatan peserta didik dan masyarakat pada umumnya, dan menunjukkan sikap terpercaya (berintegritas), Tanggungjawab (responsi), profesional (profesional) sesuai dengan Kode etik dan berkepribadian Bangsa Indonesia. Aspek pengetahuan dan keterampilan yaitu memiliki pengetahuan dan ketarmpilan dalam melakukan studi kelayakan potensi angin, merencanakan sistem mekanik pembangkit listrik tenaga angin (PLTB), memasang unit PLTB, merencanakan dan memasang sistem kelistrikan PLTB serta bias mengoperasikan unit PLTB.



D. Sub Capaian Pembelajaran Mata Pelajaran Setelah mempelajarti kegiatan belajar ini diharapkan pembelajar dapat mengetahui dan memahami : 1. Penempatan turbin angin 2. Memilih Turbin Angin 3. Merancang komponen utama turbin angin 4. Membaca karakteristik turbin skala besar 5. Membaca karakteristik turbin skala besar



E. Pokok-Pokok Materi Melalui modul studi kelayakan potensi angin diharapkan peserta perkuliahan ini dapat memahami materi-materi terkait dengan. 1.



Penempatan turbin angin



2.



Pemilihan Turbin Angin



3.



Merancang komponen utama turbin angin



4.



Membaca karakteristik turbin skala besar



5.



Membaca karakteristik turbin skala besar



F. Uraian Materi Modul 2. 2. Perencanaan Sistem Mekanik PLTB 2.1. Penempatan Turbin Angin 2.1.1. Ketinggian Ketinggian penempatan turbin angin di suatu wilayah sangat berpengaruh pada daya yang dihasilkan. Gambar berikut menunjukkan pengaruh ketinggian terhadap daya yang akan dihasilkan oleh suatu turbin.



Gambar 2.1-1. Pengaruh ketinggian terhadap daya turbin. (Permana, 2007) 2.2. Batasan lahan dan jarak dengan lingkungan sekitar. Lakukan pemeriksaan apakah ada peraturan batasan jarak pemasangan tiang dengan bangunan atau lahan milik umum, perumahan pribadi dari pemerintah daerah setempat dan juga dari lingkungan sekitarnya. Selain faktor keamanan, kondisi penempatan turbin angin akan sangat mempengaruhi kondisi angin yang dapat diekstraksi untuk dapat menghasilkan energi. Tabel berikut memberikan data koefisien kekasaran angin pada berbagai kondisi tempat penempatan turbin angin.



Tabel 2.1. Data koefisien kekasaran angin pada berbagai kondisi tempat penempatan turbin angin. (Ethelbert, 2013) Roughnes 1 s Length 0.5 Zo (m) 0.3 0.2 0.1 0.05 0.03 0.01 0.005 0.001 0.0003 0.0001



Surface Types Urban, forest Suburban Open development Trees / bushes Open agriculture with close field Open agriculture with wide field Field with many small building, trees, etc. Airports, runway, grassland Open plain Snow (halus) Sand (halus) Water



2.3. Persyaratan/izin Turbin angin kecil sekalipun memerlukan tiang yang cukup tinggi untuk mendapatkan angin yang kecepatannya lebih tinggi dan untuk menghindari turbulensi yang bersumber dari topografi, pohon dan lain-lain di sekelilingnya. Periksalah peraturanperaturan wilayah yang berlaku yang mungkin dapat membatasi seseorang untuk memasang tiang yang sesuai dengan turbin. Perlu diketahui bahwa tinggi tiang, seperti halnya juga ukuran turbin dan kecepatan angin, akan menentukan berapa besar daya yang dapat dihasilkan. Hal-hal lain seperti kebisingan dan rasa aman juga perlu diperhatikan.



Gambar 2.2. Penempatan turbin angin pada rumah pribadi (Permana, 2007)



2.4. Batasan ketinggian tiang Lakukan pemeriksaan apakah ada batasan ketinggian pemasangan tiang dari pemerintah daerah setempat dan juga dari lingkungan sekitarnya. Secara teori, semakin tinggi tiang adalah semakin bagus, tetapi faktor lain perlu juga diperimbangkan seperti ijin, transportasi, instalasi, biaya dan keamanan dari bencana. 2.5. Pertimbangan biaya dan instalasi Lakukan perhitungan biaya pembelian dan instalasi turbin angin, terutama mengenai akses jalan dan transportasi. Apakah memungkinkan untuk transport dan pemasangannya. 2.6. Pemilihan Turbin Angin 2.6.1 Penentuan Ukuran Turbin Ukuran turbin yang diperlukan tergantung pada keadaan angin di lokasi turbin akan dipasang dan tergantung pula pada seberapa besar daya yang diinginkan. Produsen turbin biasanya memberikan kurva daya atau kurva energi yang menunjukkan output daya atau produksi energi yang dapat dihasilkan oleh turbin pada berbagai kecepatan angin. Perlu diketahui bahwa kurva daya tidaklah distandarkan dan hanya memberikan taksiran seberapa banyak energi listrik dapat dihasilkan. Secara umum, semakin besar daerah sapuan rotor maka akan semakin besar daya yang akan dihasilkan oleh turbin pada kecepatan angin tertentu.



Gambar 2.2-1. Contoh kurva energi yang akan diproduksi oleh turbin angin 200 W



1) Kalikanlah konsumsi listrik tahunan anda dalam kW-jam (kWh) dengan persentase yang ingin dipenuhi oleh turbin. Dari sini dapat diketahui berapa besar kWh tahunan yang harus dipenuhi oleh turbin. 2) Gunakan data kecepatan angin rata-rata tahunan di lokasi turbin akan dipasang dan lihatlah spesifikasi turbin agar ada gambaran turbin mana yang akan



dipilih.



Bandingkan unjuk kerja turbin dengan kebutuhan daya puncak dan kebutuhan listrik tahunan. 3) Tentukan peralatan-peralatan listrik apa yang harus dipenuhi oleh turbin yang akan dipasang. Angin merupakan sumber energi yang selalu berubah-ubah, sehingga perlu dipertimbangkan opsi-opsi lain. Untuk sistem off-grid (tidak terhubung dengan listrik PLN) biasanya dilengkapi dengan batere/aki atau dikombinasikan dengan penggunaan sumber-sumber alternatif pembangkit listrik lain. Untuk lokasi yang sudah terhubung dengan listrik PLN (on-grid), maka penggunaan turbin angin sebagai pembangkit listrik merupakan back-up, atau dapat juga sebagai upaya mengurangi penggunaan listrik PLN. 2.6.2 Rekam jejak (track record) unjuk kerja. 1. Sudah berapa lama produsen turbin angin tersebut telah berproduksi ? 2. Sudah berapa lama merek dan model turbin tersebut ada di pasaran ? 3. Adakah track record dan unjuk kerja turbin tersebut ? 4. Apakah kecepatan angin rata-rata di lokasi anda jauh di atas cut-in wind speed turbin tersebut ? 5. Dapatkah proteksi terhadap kecepatan angin yang berlebihan bekerja dengan baik ? 6. Bagaimana tingkat kebisingan turbin saat beroperasi ? 2.6.3 Parameter teknis Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam mendesain dan mementukan pilihan untuk spesifikasi sistem tenaga angin, diantaranya adalah: 1). Tipe atau model turbin angin; 2). Daya nominal (rated power)  dalam watt atau kW 3). Rotor: posisi, diameter, arah putaran, jumlah sudu, profil airfoil sudu, rasio



kecepatan ujung, bahan sudu, kecepatan rotor, kontrol sudu, sudut angkat (tilt angel); 4). Roda gigi: tipe, jenis dan rasio perbandingan kecepatan (rasio tranmisi); 5). Generator : tipe, daya, sistem listrik, tegangan, fasa dan frekuensi; 6). Nasel : berat dan kontruksi; 7). Menara : tipe ( konikal, tubular atau berangka), konstruksi, tinggi; 8). Pondasi: tipe dan volume; 9). Kecepatan operasional : Cut –in, nominal (rated), cut-out, survival; 10). Mekanisme geleng (“yawing”); 11). Pengereman; 12). Berat total : nasel, roda-gigi, rotor, generator, menara; 13). Produksi energi tahunan: AKWH (Annual Kilo Watt Hour), Availabilitas; Umur pakai (life-time).



2.7. Komponen Utama Turbin Angin 2.7.1. Turbin angin skala besar Turbin angin berfungsi untuk merubah energi kinetic dari hembusan angin menjadi energi mekanis atau gerak. Pada artikel ini akan dijelaskan secara umum mengenai turbin angin sebagai pembangkit listrik. Bagan atau skema turbin angin dapat dilihat pada gambar berikut:



Gambar 2.3-1. Komponen pada (http://www.universenotes.com/2017)



sistem



turbin



angin



sumbu



horizontal



A. Anemometer Mengukur kecepatan angin dan memberikan data kecepatan tersebut kepada unit pengontrol B. Blades/Sudu-sudu Perubahan energi kinetic menjadi mekanis terjadi pada bagian ini. Angin yang berhembus akan menggerakkan sudu-sudu sehingga memutar poros utama. Sudut serang dari sudu-sudu ini dapat diatur secara otomatis berdasarkan kecepatan angin, hal ini bertujuan untuk menjaga kecepatan putar dari poros utama agar tidak terlalu lambat atau terlalu cepat. C. Brake/Rem Rem bertipe cakram atau piringan yang berfungsi menghentikan turbin seketika jika terjadi kondisi darurat atau berbahaya. D. Controller/Unit Pengendali Unit pengendali berfungsi untuk mengatur kerja dari turbin berdasarkan informasi berupa data kecepatan angin yang diterima dari anemometer. Unit pengendali akan memerintahkan turbin untuk bekerja ketika angin berhembus dengan kecepatan rendah antara 13 km/jam – 26 km/jam. Sebaliknya akan menghentikan kerja turbin bila angin berhembus dengan kecepatan diatas 86 km/jam, karena dapat merusak turbin. E. Gear Box/Roda Gigi Berfungsi untuk meningkatkan putaran dari poros utama menjadi 1000-1800 putaran per menit yaitu kecepatan putar yang dibutuhkan bagi generator untuk membangkitkan listrik. F. Generator Mengubah energi mekanik putaran menjadi energi listrik. Arus yang dihasilkan adalah arus bolak-balik (AC) dengan frekuensi 50/60 Hz. G. High-speed Shaft Poros yang berputar dengan kecepatan putar lebih tinggi berfungsi untuk memutar generator.



H. Low-speed Shaft Disebut juga poros utama, yang terhubung dengan sudu-sudu dan berputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan putar sudu-sudu. Kecepatan putar poros ini antara 30-60 putaran per menit. I. Nacelle Nacelle berfungsi sebagai „rumah‟ bagi generator, gear box, poros, unit pengontrol, dan rem. J. Pitch Pitch adalah pengaturan kemiringan sudu-sudu terhadap arah hembusan angin yaitu untuk mengatur besaran sudut serang dari sudu-sudu. Jika kecepatan angin rendah, maka sudut serang dibuat lebih besar agar mampu memutar sudu-sudu lebih cepat. Sebaliknya jika hembusan angin lebih kencang maka sudut serang dibuat lebih kecil sehingga kecepatan putar sudu-sudu tidak terlalu tinggi. Jika kecepatan putar terlalu tinggi, akan menyebabkan listrik yang dibangkitkan terlalu besar serta dapat merusak sistem. K. Rotor Sudu-sudu dan poros yang terhubung disebut rotor/bagian yang berputar L. Tower Tower atau tiang pancang dibuat dari baja berbentuk pipa, beton, atau baja profil. Semakin tinggi tiang pancang maka energi yang dapat ditangkap semakin besar, karena kecepatan angin akan semakin besar di ketinggian. M. Wind direction Adalah arah datangnya angin yang akan memutar sudu-sudu. N. Wind vane/sirip Sirip ini berfungsi untuk mengetahui arah angin, dan memberikan informasi kepada unit pengendali agar memberikan perintah memutar arah turbin berlawanan dengan datangnya angin untuk mendapatkan energi yang maksimal. O. Yaw drive Unit penggerak untuk memutar arah turbin sesuai dengan arah angin. P. Yaw motor Motor listrik untuk menggerakkan Yaw drive.



2.7.2 Komponen turbin angin skala kecil



Kabel baja



Yaw mechanism



Gambar 2.3-2. Turbin angin kecil (Permana, 2007)



Komponen-komponen turbin angin kecil meliputi : A. Rotor Untuk karakteristik angin rendah umumnya rotor yang digunakan adalah 3 bilah dari bahan komposit atau fiber glass. Rotor jenis ini hampir tanpa perawatan dengan tingkat kebisingan rendah. B. Generator/Alternator Generator yang digunakan harus memiliki putaran rendah. Mengingat kecepatan angin dan putaran turbin yang rendah untuk daerah Indonesia. Jenis generator yang biasa digunakan adalah generator dengan magnet permanen. Generator jenis ini memungkinkan untuk menghasilkan listrik pada kecepatan rendah dengan efisiensi yang cukup tinggi sehingga tidak memerlukan gearbox atau pulley yang besar untuk mendapatkan kecepatan yang tinggi. Selain itu ada juga alternatif dengan menggunakan generator asinkron atau dengan generator DC. C. Ekor : Sebagai pengarah agar rotor selalu menghadap angin datang. D. Yaw mechanism : Agar unit turbin dapat berputar mengikuti arah angin datang (bersama-sama dengan fungsi ekor)



E. Tiang/tower : Umumnya berupa pipa baja.



Gambar 2.4-1. Turbin angin skala besar (Permana, 2007) 2.7.3. Karakteristik turbin skala besar Turbin angin skala besar saat ini menggunakan jenis sumbu horizontal dan umumnya mempunyai karakteristik-karakteristik sebagai berikut : a. Kecepatan rotor dan output daya ; Dapat dikendalikan melalui pengaturan sudut pitch bilah rotor terhadap sumbu longitudinalnya, disebut blade pitch control. Lagi pula, pengaturan sudut pitch bilah rotor merupakan cara yang paling efektif untuk membatasi putaran rotor, terutama pada saat terjadi angin yang sangat kencang. b. Menggunakan gearbox untuk menaikkan putaran poros. c. Bentuk bilah rotor dapat dibuat optimal secara aerodinamik dan telah terbukti bahwa efisiensi tertinggi dapat dicapai bila rasio lift terhadap drag dibuat maksimum. d. Jenis upwind, yaitu rotor selalu menghadap angin faktor (menggunakan sistem kendali). d. Keunggulan teknologi turbin angin jenis propeller ( sumbu horizontal ) merupakan factor yang sangat penting.



2.7.4. Karakteristik turbin angin skala kecil Pada turbin angin skala kecil dilakukan beberapa penyederhanaan, sehingga umumnya memiliki karakteristik sebagai berikut. a. Rotor langsung dihubungkan ke generator, disebut direct drive. b. Memiliki komponen berputar yang sesedikit mungkin, agar efisien dan perawatan menjadi minimal. c. Menggunakan ekor sebagai pengarah agar rotor selalu menghadap angin datang. d. Umumnya tidak memiliki sistem pengereman tersendiri. e. Proteksi terhadap kecepatan putar rotor yang terlalu besar, pada saat angin sangat kencang, menggunakan gerakan side furling. 2.7.5 Keluaran daya turbin angin Menurut Djodjodiharjo dan Jans Peter pada tahun 1983, daya suatu angin yang dihasilkan pada wilayah tertentu dipengaruhi oleh karakteristik angin di wilayah tersebut dan karakteristik dari turbin angin yang dipasang, selain itu karakteristik lanskap suatu wilayah juga dapat berpengaruh. Turbin angin yang dipasang harus memperhatikan karakteristik berikut ini: a)



Kecepatan cut in



b)



Kecepatan nominal



c)



Kecepatan shutdown



Turbin angin mulai mampu menghasilkan daya listrik dengan kecepatan awal yang ditentukan merupakan keceparan cut in. Turbin angin tidak akan menghasilkan daya listrik jika kecepatan angin tidak dapat mencapai ketentuan nilai kecepatan cut in yang dibutuhkan. Suatu nilai kecepatan yang dapat diterima oleh turbin angin telah melampaui batas dari nilai kecepatan cut in adalah kecepatan nominal. Kecepatan angin dimana kecepatan tersebut menjadi lebih besar dari kecepatan nominal yang dapat diterima pada rotor turbin angin merupakan kecepatan shutdown, sehingga mekanisme shutdown dilaksanakan guna mencegah terjadinya kerusakan pada turbin angin.



Menurut referensi dari Wind Energy System, parameter parameter untuk –



menentukan karakteristik kecepatan turbin angin adalah sebagai berikut: a)



Kecepatan cut in



= 0,7 . Vrata-rata



b)



Kecepatan nominal = 1,5 . Vrata-rata hingga 2 . Vrata-rata



c)



Kecepatan shutdown = 3 . Vrata- rata dan lebih



2.8. Turbin Angin 2.8.1. Turbin Angin James Manwell menyatakan pada tahun 2009 bahwa pada awalnya turbin angin merupakan alat bantu yang digunakan dalam bidang pertanian. Teknologi tenaga angin, sumber daya energi yang paling cepat berkembang di dunia, sepintas terlihat sederhana. Selain untuk pembangkitan listrik, turbin angin sangat cocok untuk mendukung kegiatan pertanian dan perikanan, seperti untuk keperluan irigasi, aerasi tambak ikan, dan sebagainya. Tenaga ditransfer melalui baling-baling kadang dioperasikan pada variabel kecepatan, lalu ke generator dan menghasilkan energi listrik untuk digunakan (Syamsul Bahari, 2015). Menurut James Manwell tahun 2009 pengetahuan tentang energi angin telah lama dipelajari dan digunakan, sehingga teknologi energi angin bukanlah teknologi yang baru ditemukan. Pada 200 tahun lalu sebelum masehi bangsa Persia telah menggunakan teknologi kincir angin. Kincir angin sumbu vertikal merupakan kincir angin pertama yang tercatat dalam sejarah, pada abad ke



–



7 kincir angin ini



dibangun pada perbatasan antara IranAfganistan-Pakistan. Bangsa Persia dulunya menggunakan teknologi energi angin untuk menggiling/menumbuk gandum dan bijibijian lainnya, dan juga mereka



memanfaatkannya



untuk memompa



air.



Perkembangan yang paling maju terjadi di Belanda dimana mulai banyak dikembangkannya bentuk dari kincir angin. Pada tahun 1920 di Amerika, teknologi tersebut mulai digunakan untuk membangkitkan listrik, yang dimana kincir angin untuk membangkitkan listrik dikenal dengan nama turbin angin. Kini turbin angin mulai banyak digunakan untuk mengakomodasikan kebutuhan listrik, dengan menggunakan konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbarui yaitu angin. Walaupun untuk saat ini pembangunan turbin angin belum mampu untuk menyaingi pembangkit energi konvensional (PLLTU, PLTD, dll). Turbin angin dikembangkan oleh ilmuwan karena dalam waktu dekat akan terjadi



kekurangan sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui seperti batu bara dan minyak bumi sebagai bahan utama pembangkit listrik saat ini. Umumnya daya efektif yang dapat diterima oleh turbin angin hanya sebesar 20%-30%. Oleh karenanya, pengembangan efisiensi turbin angin dengan menyempurnakan beberapa aspek di bawah ini (Ary Triwibowo, 2013) : a. Baling baling –



Baling lebih



–



baling berukuran panjang bias menangkap atau mengumpulkan



banyak



energi



dibandingkan



dengan



yang



berukuran



pendek.



Kelemahannya adalah baling-baling panjang cenderung lebih berat dan lebih mudah rusak. Fokus penelitian adalah untuk tetap mempertahankan panjang, kekuatan, ketebalan, namun dengan berat yang ringan. b. Kontrol Jika angin semakin kencang, semakin besar pula energi yang dihasilkan. Memang benar tapi tidak semudah itu. Karena baling-baling direncanakan akan berbobot ringan, angin kencang dapat dengan mudah menghancurkannya. Jika tidak ada mekanisme rem atau penurunan kecepatan baling-baling, angin dapat merusak konstruksi balingbaling, bahkan menerbangkannya dengan mudah. Rem merupakan faktor penting dalam pengendalian kecepatan putaran baling-baling itu yang masih terus dipelajari. 2.8.2 Mekanisme Turbin Angin Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik ke unit penyalur listrik. Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan didistribusikan ke rumah-rumah, kantor, sekolah dan sebagainya. Turbin angin dapat memiliki tiga buah bilah turbin. Jenis lain yang umum adalah jenis turbin dua bilah. Turbin angin dulunya digunakan untuk membantu usaha pertanian dan perikanan, digunakan para petani untuk irigasi, penggilingan gandum, aerasi tambak ikan dan sebagainya. Kini turbin angin digunakan untuk membangkitkan listrik dengan mengonversikan energi mekanis angin menjadi energi putar pada turbin, lalu putaran turbin digunakan untuk memutar generator, kemudian dapat menghasilkan listrik. Terdapat jenis-jenis turbin angin, turbin angin yang digunakan untuk pemakaian umum biasanya berukuran 50-750kW. Turbin angin skala kecil biasanya berkapasitas



50kW yang digunakan untuk perumahan atau pompa air. Sedangkan kapasitas skala industri adalah antara 1-4mW. Berikut adalah jenis-jenis dari turbin angin: a. Turbin angin propeller adalah jenis turbin angin dengan poros horizontal seperti baling-baling pesawat terbang pada umumnya. Turbin angin ini harus diarahkan sesuai arah angin yang paling tinggi kecepatannya. b. Turbin angin darrieus merupakan suatu sistem konversi energi angin yang digolongkan dalam jenis turbin angin berporos tegak. Keuntungan dari turbin angin jenis darrieus adalah tidak memerlukannya mekanisme orientasi pada arah angin sepeerti turbin angin propeller. 2.8.3 Desain Turbin Angin Turbin angin didesain untuk menangkap energi kinetik angin dan mengeksploitasi energi angin yang mengalir pada bilah turbin tersebut. Untuk membuat turbin angin digunakan yang aerodinamis dengan menentukan tinggi menara atau tower yang optimal, menentukan sistem kontrol, menentukan berapa jumlah dan bentuk bilah dari turbin, serta menentukan bentuk atau desain secara keseluruhan. Energi angin dapat dikonversi oleh turbin angin menjadi energi listrik. Tiga komponen utama pada sebuah turbin angin meliputi - Komponen rotor - Komponen generator - Komponen structural Sebuah turbin angin memiliki desain dan komponen didalamnya seperti pada gambar diatas. Turbin angin memiliki komponen penting untuk mendukung kinerjanya dalam mengonversi energi kinetik angin menjadi energi listrik. Berikut merupakan komponen yang terdapat pada turbin angin dan fungsinya masingmasing. Rotor adalah hub turbin dan bilah turbin. Pitch berfungsi sebagai pengendali kecepatan rotor dan mempertahankan rotor dari perubahan arah putar karena fluktuasi pada kecepatan dan arah angin. Brake adalah cakram yang dapat digunakan secara mekanik, dengan listrik, maupun hidrolik, untuk menghentikan rotor pada keadaan darurat. High & Low Speed Shaft berfungsi untuk mendistribusikan



gerakan rotasi dari bilah turbin yang berputar dalam generator. Gear box merupakan penghubung shaft antara kecepatan rendah, dengan yang berkecepatan tinggi yang berfungsi sebagai peningkat kecepatan hingga generator dapat menghasilkan daya listrik. Yaw drive berfungsi untuk mempertahankan posisi rotor agar tetap menghadap arah angin. Blades atau bilah pada turbin angin berfungsi untuk memberikan gerak rotasi dari angin yang bertiup melalui turbin ke generator. Generator berfungsi untuk mengonversi kecepatan putar menjadi energi listrik. Yaw motor merupakan rotor yang memberi tenaga pada yaw drive. Controller berfungsi untuk menjalankan mesin pada kecepatan tertentu, misal 1 6mil/jam akan menyala, dan akan mematikan mesin ketika kecepatan melebihi 55mil/jam. Anemometer merupakan alat pengukur kecepatan angin serta sebagai penyimpan data kecepatan angin ke sistem controller. Nacelle merupakan body dari turbin angin, yang melindungi atau membungkus komponen-komponen lain. Wind vane berfungsi untuk menentukan arah angin, dan berkomunikasi oleh yaw drive untuk menentukan orientasi turbin angin. Tower adalah bagian dari turbin angin yang memiliki fungsi sebagai penopang utama, tower terbuat dari baja atau beton untuk menopang kesuluran komponen turbin angin. 2.8.4 Tipe-tipe turbin angin Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak digunakan di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan windmill [3]. Kini 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 penggunaan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional (Co: PLTD, PLTU, dll), turbin angin hingga kini terus dikembangkan oleh para ilmuan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (Co: batubara dan minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik [3]. Turbin angin memiliki tipe yang berbeda-beda, ada dua jenis turbin angin yaitu turbin angin dengan sumbu horizontal dan turbin angin dengan sumbu vertikal. Turbin angin horizontal memiliki shaft rotor utama dan generator pada puncak



dari menara, dan diarahkan pada arah angin. Sedangkan turbin angin vertikal memiliki shaft rotor yang dipasang secara vertikal. Untuk perbedaan lebih jelas lihat pada gambar berikut :



Gambar 2.6 Tipe Turbin Angin (sumber : www.berpendidikan.com)



Secara umum turbin angin sumbu horizontal terbagi menjadi upwind dan downwind. Sementara turbin angin sumbu vertikal terbagi menjadi menjadi Darrieus dan Savonius. Turbin angin jenis upwind memiliki rotor yang menghadap kearah angin. Keutungan dari desain ini adalah rotor tidak terkena wind shade dari bagian belakang menara. Kerugian dari desain ini adalah rotor menjadi lebih tidak fleksibel, dan diletakkan dengan jarak tertentu dari puncak menara. Desain ini juga memerlukan mekanisme yaw agar rotor terus menghadap arah angin. Turbin angin jenis downwind memiliki rotor yang tidak menghadap arah angin. Keuntungannya adalah desain tidak memerlukan mekanisme mekanisme yaw. Rotor juga dapat dibuat lebih fleksibel, dan beratnya menjadi lebih ringan secara keseluruhan. Kerugiannya adalah fluktuasi dari energi angin yang terjadi dapat memberikan lebih pada menara. Turbin angin jenis Darrieus ditemukan oleh George Darrieus dari Prancis, yang banyak mendapat hak paten dari desain tersebut pada tahun 1931. Karakteristik desainnya adalah berbentuk C pada bilah rotor, hingga bentuknya seperti telur. Biasanya dibuat pada konsep dua bilah atau tiga buah bilah rotor.



Turbin angin jenis Savonius ditemukan oleh Sigurd Savonius dari Finlandia, dan dipatenkan pada tahun 1922. Karakteristik desainnya berbentuk S pada bilah rotornya, dan memiliki 2-3 atau lebih cekungan untuk menangkap angin. Desain turbin ini tidak dapat berputar lebih cepat dari kecepatan angin. Keuntungannya adalah desain ini memiliki sumbu vertikal dan dapat bekerja secara efektif bahkan ketika arah angin berubah. Desainnya juga dapat bekerja dengan baik pada kecepatan angin rendah, dan tidak diperlukan lokasi tinggi untuk meletakkannya. Kerugiannya adalah sistem cekungan pada bilah rotor tidak seefisien dengan penggunaan bilah rotor konvensional, sehingga menghasilkan energi yang lebih sedikit. 2.9. Turbin Angin di Indonesia Di Indonesia, energi angin telah dikembangkan pemanfaatannya sejak tahun 1979 yang dimulai dengan penelitian-penelitian dan pengukuran data angin serta konsepkonsep teknologi sesuai dengan kondisi dan energi angin yang tersedia di Indonesia. Menurut Akbar Rachman, 2012 bahwa pada saat ini permintaan energi bersih pada sistem energi terbarukan semakin meningkat. Ancaman bagi kehidupan mendatang jika penggunaan pada bahan bakar dieksploitasi habis berdampak pada kondisi lingkungan yang mengalami pemanasan global. Hal sama terjadi di Indonesia. Teknologi yang belum berkembang cukup baik untuk mengolah energi terbarukan menjadi masalah di Indonesia, padahal pada sisi lain energi terbarukan di Indonesia berjumlah banyak. Di Indonesia energi terbarukan semakin dikembangkan, seperti biodiesel, energi solar, energi panas bumi, energi air, bahkan energi biomassa. Energi angin sendiri berkembang secara pesat dalam industry energi terbarukan. Angin dengan kecepatan 3 m/s, atau 12 km/jam, atau 6.7 knot/jam cukup untuk turbin angin berskala kecil. Sementara itu sebagai salah satu kebijakan diverifikasi Ditjen Energi Baru Terbarukan dan Konversi Energi (DJEBTKE) Kementrian Sumber Daya Mineral (ESDM) bersama UPC Asia Wind Limited telah menandatangani kontrak kesepahaman (MoU) dalam sebuah proyek berskala besar yang rencananya akan dibangun dipesisir Pantai Samas, Kecamatan Sanden, Kabupaten Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta. PLTB ini ditargetkan memiliki kapasitas 50 MW yang meliputi



pembangunan 33 turbin dengan kapasitas setiap turbin 1.5 MW (Nanang Wijayanto, 2012). fuel-cell, baterai, dan penyimpanan hidrogen, melayani beban listrik maupun termal. Dengan homer dapat diperoleh hasil spesifikasi paling optimal dari sumber-sumber energi yang diterapkan. G. Rangkuman: Secara umum, akan sangat membantu untuk perencanaan PLTB prosedur pemilihan lokasi jika masyarakat, seperti kota dan kabupaten, telah menerapkan perubahan zonasi untuk pembangkit listrik tenaga angin, dan untuk setiap jenis zona (komersial, industri atau pertanian) untuk memiliki standar di bidang-bidang berikut: 1. Ukuran turbin angin, termasuk ukuran rotor maksimum, tinggi minimum dan maksimum, tinggi menara, dll. 2. Instalasi dan desain, termasuk menara dan rotor, serta keselamatan listrik, pemberitahuan utilitas, tanda peringatan, dan akses menara. 3. Penentuan tapak, termasuk jarak kemunduran dari batas tanaman dan fasilitas yang berdekatan, desain estetika (seperti menara tubular atau kisi) dan jarak bebas dari saluran listrik. 4. Masalah gangguan, seperti peraturan kebisingan dan gangguan televisi atau radio. 5. Peraturan lainnya, termasuk asuransi, akses publik ke fasilitas angin, dan perbaikan, persyaratan pemeliharaan dan kesiapan tim dalam layanan pemeliharaan maupun perbaikan peralatan/komponen PLTB .



H. Tugas



Pilihlah jawaban yang paling benar! 1. Apa yang mempengaruhi daya yang dihasilkan turbin angin a. Ketinggian b. Besar turbin c. Kebersihan turbin d. Energi listrik e. Kapasitas akumulator



2.



Mengapa turbin angin harus diletakkan cukup tinggi?



a.



Agar aman dari gangguan binatang



b.



Agar tidak mengganggu lingkungan



c.



Agar mendapat angin yang optimal



d.



Agar indah dipandang mata



e.



Agar mendapat kecepatan dan arah angin turbulen.



3.



Ukuran turbin angin tergantung pada hal di bawah ini, kecuali



a.



Kecepatan dan arah Angin



b.



Daya yang ingin dibangkitkan



c.



Kecepatan Angin dan daya yang dibangkitkan



d.



Perubahan kecepatan dan arah angin, serta kapasitas daya.



e.



Biaya pembangunan pembangkit energi angina yang tersedia



4. Komponen turbin angin skala besar tertera di bawah ini, kecuali a. Anemometer b. Blades c. Brave d. Karet ban e. Menggunakan sistem pengereman



5. Komponen turbin angin skala kecil tertera di bawah ini, kecuali a. Rotor b. Generator c. Ekor d. Sayap e. Tidak menggunakan sistem Pengereman



Jawablah soal-soal di bawah ini dengan jelas dan ringkas 1.



Apakah faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan turbin angin?



2.



Faktor-faktor apakah yang mempengaruhi penentuan/penempatan turbin angin?



3.



Bagaimanakah pengaruh ketinggian turbin angin terhadap daya yang dihasilkan?



4.



Sebutkan parameter teknis untuk menentukan pilihan spesifikasi sistem tenaga angin ?



5.



Apakah komponen utama turbin angin?



6.



Uraikan karakteristik utama turbin angin skala besar?



7.



Uraikan karakteristik utama turbin angin skala kecil?



Umpan balik dan tindak lanjut 1. Apakah Anda cukup jelas dengan paparan Bab 2? 2. Jika tidak, di bagian mana Anda merasa tidak jelas? 3. Bagaimanakah komentar Anda tentang Bab 2 secara keseluruhan? 4. Apa saran Anda untuk perbaikan baik fisik dan substansi Bab 2?



I. Rujukan Permana, 2007. Perencanaan Aplikasi Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Introduction Of Renewable Energy Lesson Modules At The Technical Schools In Indonesia Ethelbert, 2013. Angin sebagai energi alternatif. OSN-Pertamina Bidang Kompetisi Fisika. Fakultas Keguruan dan Ilmu Pengetahuan, Universitas Palangkaraya, http://www.universenotes.com/energi/turbin-angin-sumbu-horizontal-hawt/. Diakses: 5 September 2017 jam 15.30 Permana, 2007. Desain Teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Introduction Of Renewable Energy Lesson Modules At The Technical Schools In Indonesia Riva Giovanni, Foppapedretti Ester , De Carolis Carla, 2012,



Handbook On



Renewable Energy Sources, South East Europe- European Union



http://k.kabeh-ngerti.com/kultura/626/index.html?page=5 Diakses: 5 Oktober 2017 jam 15.30



J. Test Formatif 1. Energi listrik yang dihasilkan PLTB bergantung pada keberadaan daya angin yang memutar tubin, dengan demikian energi yang dihasilkannya harus disimpan menggunakan accumulator. 2 bh Accumulator 12 V masing-masing memiliki 40 AH dihubungkan paralel, apabila arus listrik accu sudah penuh maka dapat menyalakan TV 24” , 100 W dan 3 bh lampu XL 11 W. selama : a. 10, 5 Jam b. 7,2 jam c. 12 jam d. 8 jam e. 6 jam 2. Apabila tersedia 3 bh accumulator 6 volt, masing memiliki kapasitas 30 AH, dan tersedia inverter 24 volt input, 220 volt . Beban berupa alat-alat listrik memiliki spesifikasi 220 volt, maka harus lakukan: a. Hubungan pararel accumulator dan dihubungan dengan inverter b. Dapat langsung dihubungkan dengan beban lampu c. pertama accumulator dihubungkan dengan inverter dan seterusnya dihubungkan ke beban d. Pertama accumulator dihubungkan serie, lalu dihubungkan ke inverter setelah itu ke beban e. Dihubung seri semua accumulator kemudian dihubungkan inverter 3. Untuk menjaga kinerja accu tetap optimal yang perlu diperhatikan adalah keberadaan air accu terisi pada level yang disyaratkan. Apabila air accu pada level minim dapat mengakibatkan: a. Accu tidak menghasilkan tegangan b. Dapat menghasilkan tegangan maksimum c. Dapat mengakibatkan kerusakan sistem kontrol d. Pelat-pelat timah melengkung dan dapat mengakibatkan short circuit e. Salah satu sel akumulator berkarat



4. Apabila turbin berputar pada speed rendah atau tidak berputar untuk mengindari arus accumulator / batterai tidak balik ke generator maka perlu dipasang : a. Cut-out control b. Transformator c. Adaftor d. Inverter e. Automatic Voltage Controller



5. Energi listrik yang telah disimpan dalam batery menyalakan beban listrik AC maka diperlukan : a. Adaptor 220 V /12 V



12 volt, digunakan untuk



b. c. d. e.



Inverter 12 volt /220 volt Trafo step up 12 volt / 220 volt Capasitor daya Capacitor Bank



6. Untuk mengetahui potensi angin dan arah angin, curah hujan dalam kurun waktu tertentu sehingga daerah tersebut tepat di bangun PLTB dapat menggunakan alat . a. Automatic weather system b. Annual wind speed system c. Temperature control system d. Air Humidity control system e. Automatic Geographic Position System 7. Didaerah-daerah yang kecepatan anginnya rendah sebaiknya dipasang turbin angin yang memiliki kapasitas : a. Daya sedang b. Tegangan sedang c. Daya rendah d. Daya besar e. Daya dinamis (besar dan kecil) 8. Memperhatikan data grafik di bawah ini, potensi rata-rata kecepatan angin mendekati:



a. b. c. d. e.



6,0 m/s 5,0 m/s 4,0 m/s 3,5 m/s 4,3 m/s



9. Daya yang dihasilkan dari turbin angin tergantung dari kecepatan angin (m/s). Untuk angin dengan kecepatan di atas 86 m/s menurut ketentuan aturan turbin : a. Turbin masih dalam kategori aman b. PLTB masih dapat menghasilkan daya listrik besar c. PLTB bekerja dengan normal d. Dapat merusak turbin PLTB e. Turbin perlu dirubah ke standar 75 m/s



10. Gear box pada turbin angin memiliki peran besar pada PLTB, untuk keperluan : a. Menstabilkan putaran poros turbin b. Meningkatkan putaran poros turbun c. Membebani poros turbin d. Untuk meningkatkan tegangan PLTB e. Menstabilkan frekuensi tegangan jalan