Makalah "pembangkit listrik tenaga angin" 01

MAKALAH

PEEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

2014

BAB I

PENDAHULUAN

            Energi adalah suatu kemampuan untuk melakukan kerja atau kegiatan. Tanpa energi, dunia ini akan diam atau beku. Dalam kehidupan manusia selalu terjadi kegiatan dan untuk kegiatan otak serta otot diperlukan energi. Energi itu diperoleh melalui proses oksidasi (pembakaran) zat makanan yang masuk ke tubuh berupa makanan. Kegiatan manusia lainnya dalam memproduksi barang, transportasi, dan lainnya juga memerlukan energi yang diperoleh dari bahan sumber energi atau sering disebut sumber daya alam (natural resources). Sumber daya alam itu dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu :

1.      Sumber daya alam yang dapat diperbarui (renewable) atau hampir tidak dapat habis misalnya: tumbuhan hewan. air, tanah, sinar matahari, angin, dan sebagainya;

2.      Sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui (unjenewable) atau habis, misalnya: minyak bumi atau batu bara.

            Selanjutnya, secara terinci energi dibedakan atas butir-butir berikut dan perlu diketahui bahwa energi dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lainnya. Misalnya, energi potensial air (air terjun) dapat diubah menjadi energi gerak, energi listrik, dan seterusnya.

1.1  Energi Angin

            Dua ribu tahun yang lalu manusia sudah dapat memanfaatkan energi angin untuk usaha sederhana. Beratus-ratus tahun kemudian energi angin itu menjadi semakin jelas pemanfaatannya. Kapal kecil dan besar dapat mengarungi lautan luas dengan bantuan energi angin yang meniup layar kapal. Angin merupakan udara yang bergerak; udara yang berpindah tempat,mengalir dari tempat yang dingin ke tempat yang panas dan dari tempat yang panas mengalir ke tempat yang dingin, demikian terus-menerus.

            Angin adalah proses alam yang berlaku secara skala kecil dan skala besar, secara lingkup daerah dan dunia. Di lapisan atmosfir bawah udara dingin mengalir dari daerah kutub menuju daerah khatulistiwa dan di lapisan atmosfir atas udara hangat mengalir dari khatuistiwa menuju daerah kutub.

            Angin merupakan suatu energi alam yang berlimpah adanya di bumi yang juga merupakan energi yang murah serta tak pernah habis. Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan oleh manusia. Adapun pemanfaatannya adalah antara lain :

-        Pemompaan air untuk keperluan rumah tangga dan pertanian.

-        Melaksanakan kegiatan pertanian, seperti menggiling jagung, menggiling  tepung, tebu.

-        Mengalirkan air laut untuk pembuatan garam.

-        Membangkitkan tenaga listrik khususnya untuk Pembangkit Listrik Tenaga  Angin terutama untuk daerah yang belum terjangkau oleh PLN.

1.2  Proses Terjadinya Angin

            Angin terjadi bila terdapat pemanasan permukaan bumi yang tak sama oleh sinar matahari. Disiang hari udara di atas lautan relati lebih dingin daripada daratan. Sinar matahari menguapkan air lautan dan diserap lautan. Penguapan dan obsorsi sinar matahari di daratan kurang sehingga udara di atas daratan lebih panas. Dengan demikian udara di atas mengembang,jadi ringan dan naik ke atas.

            Udara dingin yang lebih berat turun mengisi kekurangan udara di daratan, maka terjadilah aliran udara yang disebit angin dari lautan ke daratan tepi pantai. Di malam hari peristiwa yang sebaliknya terjadi, angin di permukaan laut mengalir dari pantai ke tengah lautan dan peristiwa inilah yang dimanfaatkan oleh para nelayan untuk mencari ikan di lautan. Angin di lereng gunung juga terjadi demikian. Pada sekitar puncak pegunungan lebih dulu panas dibandingkan dengan daerah lembah. Karena perbedaan panas ini sehingga menimbulkan perbedaan tekanan yang akhirnya timbul angin biasa yang disebut angin lembah dan angin gunung.

1.3 Turbin Angin sebagai Alternatif Pembangkit Listrik

            Menurunnya tinggi muka air di berbagai bendungan - terutama yang dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit listrik tenaga air (PLTA)-telah menurunkan pasokan listrik di Jawa hingga 500 megawatt. Sebagai salah satu sumber pemasok listrik, PLTA bersama pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) dan pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) memang memegang peran penting terhadap ketersediaan listrik terutama di Jawa, Madura, dan Bali. Energi angin yang sebenarnya berlimpah di Indonesia ternyata belum dimanfaatkan sebagai alternatif penghasil listrik. Padahal, di berbagai negara, pemanfaatan energi angin sebagai sumber energi alternatif nonkonvensional sudah semakin mendapatkan perhatian.

            Hal ini tentu saja didorong oleh kesadaran terhadap timbulnya krisis energi dengan kenyataan bahwa kebutuhan energi terus meningkat sedemikian besarnya. Di samping itu, angin merupakan sumber energi yang tak ada habisnya sehingga pemanfaatan sistem konversi energi angin akan berdampak positif terhadap lingkungan.

BAB II

DASAR TEORI

2.1  Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Angin

            Pembangkit listrik tenaga angin adalah suatu pembangkit listrik yang menggunakan angin sebagai sumber energi untuk menghasilkan energi listrik. Pembangkit ini dapat mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Sistem pembangkitan listrik menggunakan angin sebagai sumber energi merupakan system alternatif yang sangat berkembang pesat, mengingat angin merupakan salah satu energi yang tidak terbatas di alam.

2.2 Komponen pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Sistem pembangkit listrik tenaga angin ini merupakan pembangkit listrik yang menggunakan turbin angin (wind turbine) sebagai peralatan utamanya.

Wind Turbine

            Turbin angin terbagi dalam dua kelompok yaitu turbin sumbu horisontal, turbin angin sumbu horisontal biasanya baik memiliki dua atau tiga modul. Jenis lain yaitu turbin sumbu vertikal. Turbin ini berbilah tiga dioperasikan melawan angin, dengan modul menghadap ke angin.

            Turbin skala utility memiliki berbagai ukuran, dari 100 kilowatt sampa dengan beberapa megawatt. Turbin besar dikelompokkan bersama-sama ke arah angin,yang memberikan kekuatan massal ke jaringan listrik. turbin kecil tunggal, di bawah 100 kilowatt dan digunakan pada rumah, telekomunikasi, atau pemompaan air. Turbin kecil kadang-kadang digunakan dalam kaitannya dengan generator diesel, baterai dan sistem fotovoltaik. Sistem ini disebut sistem angin hibrid dan sering digunakan di lokasi terpencil di luar jaringan, di mana tidak tersedia koneksi ke jaringan utilitas.

Komponen-komponen yang ada di dalam turbin angin yaitu :

Tampak isi dari wind turbine

a.            Anemometer

Mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan angin ke pengontrol.

b.            Blades
Kebanyakan turbin baik dua atau tiga pisau. Angin bertiup di atas menyebabkan pisau pisau untuk mengangkat dan berputar.

c.        :   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. Kehadiran angin diluar diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih diantaranya overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.

Komponen pembangkit listrik tenaga angin

d.            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.

e.            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. 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.

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

g.         High-speed shaft

Drive generator.

h.         Low-speed shaft

Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 rotasi per menit.

i.           Nacelle
Nacelle berada di atas menara dan berisi gear box, poros kecepatan rendah dan tinggi, generator, kontrol, dan rem.

j.           Pitch
Blades yang berbalik, atau nada, dari angin untuk mengontrol kecepatan rotor dan menjaga rotor berputar dalam angin yang terlalu tinggi atau terlalu rendah untuk menghasilkan listrik.

k.         Rotor
Pisau dan terhubung bersama-sama disebut rotor

l.           Tower
Menara yang terbuat dari baja tabung (yang ditampilkan di sini), beton atau kisi baja. Karena kecepatan angin meningkat dengan tinggi, menara tinggi memungkinkan turbin untuk menangkap lebih banyak energi dan menghasilkan listrik lebih banyak.

m.       Wind direction

Ini adalah turbin pertama”yang disebut karena beroperasi melawan angin. turbin lainnya dirancang untuk menjalankan “melawan arah angin,” menghadap jauh dari angin.

n.         Wind vane

Tindakan arah angin dan berkomunikasi dengan yaw drive untuk menggerakkan turbin dengan koneksi yang benar dengan angin.

                                                     Rincian dalam turbin angin

o.         Yaw drive

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

p.       Yaw motor

       Kekuatan dari drive yaw.

          q.         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. Ketika beban penggunaan daya listrik   masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah   sedang menurun, maka            kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi.        Oleh karena itu kita perlu        menyimpan sebagian energi yang dihasilkan ketika terjadi  kelebihan daya pada saat turbin angin   berputar kencang atau saat penggunaan daya pada  masyarakat menurun.

2.3  Proses Pembangkitan Listrik Tenaga Angin

        Suatu pembangkit listrik dari energi angin merupakan hasil dari penggabungan dari bebrapa turbin angin sehingga akhirnya dapat menghasilkan listrik. Cara kerja dari pembangkitan listrik tenaga angin ini yaitu awalnya energi angin memutar turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan kipas angin (bukan menggunakan listrik untuk menghasilkan listrik, namun menggunakan angin untuk menghasilkan listrik).  

            Kemudian angin akan memutar sudut turbin, lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin. Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori medan elektromagnetik, yaitu poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu di sekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop.

            Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.

3.5  Kelebihan dan Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Kelebihan:

-        Ramah lingkungan

-        Berasal dari sumber energi terbarukan

-        Dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia di masa depan

Kekurangan:

-        Tidak meratanya ketersediaan angin di tiap daerah

-        Biaya instalasi masih relatif tinggi

-        Dipengaruhi oleh faktor alami/cuaca

3.6  Perkembangan Pembangkit Listrik Tenaga Angin di Indonesia dan Dunia

Pada saat ini, sistem pembangkit listrik tenaga angin mendapat perhatian yang cukup besar sebagai sumber energi alernatif yang bersih, aman, serta ramah lingkungan serta kelebihan-kelebihan lain yang telah disebutkan sebelumnya di atas. Turbin angin skala kecil mempunyai peranan penting terutama bagi daerah-daerah yang belum terjangkau oleh jaringan listrik .Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbaru yang paling berkembang saat ini. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energi Association), sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93,85 GW dan menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Amerika, Spanyol dan China merupakan negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin. Diharapkan pada tahun 2010, total kapasitas pembangkit listrik tenaga angin secara global mencapai 170 GigaWatt.

Indonesia, negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 Km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembanglit listrik tenaga angin, namun sayang potensi ini nampaknya belum dilirik oleh pemerintah. Sungguh ironis, disaat Indonesia menjadi tuan rumah konfrensi dunia mengenai pemanasan global di Nusa Dua, Bali pada akhir tahun 2007, pemerintah justru akan membangun pembangkit listrik berbahan bakar batubara yang merupakan penyebab nomor 1 pemanasan global.

            Namun, pada akhir tahun 2007 telah dibangun kincir angin pembangkit dengan kapasitas kurang dari 800 watt dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-masing satu unit. Kemudian, di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas masing-masing 80 kilowatt (kW) mulai dibangun. Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada tahun 2025.

BAB III

SIMPULAN

            Saat ini, ketersediaan energi fosil semakin menipis. PLTB merupakan energi terbarukan yang ramah lingkungan. Meskipun memiliki kekurangan seperti mahalnya biaya yang dibutuhkan, manfaat yang didapatkan jauh lebih besar. Maka dari itu, PLTB dapat menjadi alternatif sumber energi di masa depan.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2008. Pembangkit Listrik  Tenaga Angin (online).             (http://renewableenergyindonesia.wordpress.com/2008/03/05/pembangkit-listrik-    tenaga- angin, diakses 30 Desember 2014).

Schazy. 2009. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin (online).             (http://schazymutz.blogspot.com/2009/05/sistem-teknologi-pembangkit-listrik_12.html,     diakses 30 Desember 2014).