MAKALAHPEMBANGKIT ENERGI ELEKTRIK

KELOMPOK 4:DIKA MEDYANDA (1210952036)HERRIZON OKTO YASKIE (1210952009)M. DANY (1210952032)RIDWAN FAHRIL (1210952007)HERWIN (1210953045)

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS ANDALASPADANG2015

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU1. PENGERTIAN ANGINAngin adalah udara yang bergerak diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin akan bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan yang rendah. Apabila dipanaskan, udara memuai. Udara yang telah memuai menjadi lebih ringan sehingga naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun kerena udaranya berkurang. Udara dingin di sekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Di atas tanah udara menjadi panas lagi dan naik kembali.

2. FAKTOR TERJADINYA ANGINAngin dapat disebabkan oleh beberapa hal antara lain:a. Perbedaan temperaturUdara akan mengalami pemuaian saat mengalami pemanasan, sehingga udara menjadi lebih ringan dan tekanan menurun. Udara dingin yang berada di sekitarnya akan mengalir ke daerah yang bertekanan rendah tersebut.b. Letak tempatKecepatan angin di dekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis khatulistiwa.c. Ketinggian geografisSemakin tinggi tempat, semakin kencang pula pula angin yang bertiup karena dipengaruhi gaya gesekan yang menghambat laju udara. Semakin tinggi suatu tempat, gaya gesekan ini semakin kecil.

Angin sangat bermanfaat jika dikumpulkan sehingga diperoleh tenaga angin. Kebanyakan tenaga angin modern dihasilkan dalam bentuk listrik dengan mengubah rotasi dari pisau turbin menjadi arus listrik dengan menggunakan generator listrik. Pemanfaatan itulah yang diterapkan sebagai pembangkit listrik tenaga angin.

3. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU / ANGINPembangkit listrik tenaga angin adalah suatu pembangkit listrik dengan mengubah angin sebagai sumber energi kinetik menjadi energi mekanik oleh balde/bilah turbin yang dicoupling dengan generator untuk menghasilkan energi listrik. Sistem pembangkitan listrik menggunakan angin sebagai sumber energi merupakan sistem alternatif yang sangat berkembang pesat, mengingat angin merupakan salah satu energi yang tidak terbatas di alam. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang dihubungkan ke turbin angin yang digerakkan oleh angin.Pembangkit listrik tenaga angin memiliki beberapa bagian antara lain:1. TurbinBerfungsi untuk mengubah energi kinetik dari angin menjadi energi kinetik dengan menggerakkan bilah turbin tersebut. Bilah turbin didesain sedemikian rupa dengan kemiringan tertentu sehingga gaya dorong dari angin tersebut bisa memutar turbin.Turbin angin terdiri dari 2 jenis yaitu turbin angin sumbu horizontal dan turbin angin sumbu vertikal.a. Turbin angin sumbu horizontalTurbin angin sumbu horizontal ini adalah turbin angin yang paling umum digunakan. Turbin ini terdiri dari sebuah menara yang mencapai ketinggian gedung 20 tingkat yang di puncaknya terdapat sebuah baling-baling yang berfungsi sebagai penggerak rotor dari generator yang dihadapkan atau membelakani arah angin. Turbin ini umumnya memiliki 2 atau 3 bilah baling-baling.Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan.Turbin angin horizontal memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan antara lain:Kelebihan: Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat di tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara laju dan arah angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi. Di sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%.

Kekurangan Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin. TASH yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang yang sangat tinggi dan mahal serta para operator yang tampil. Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-bilah yang berat, gearbox, dan generator. TASH yang tinggi bisa memengaruhi radar airport. Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan mengganggu penampilan lansekap. TASH membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan kincir ke arah angin.

Gambar 1: The Altamont Pass, ladang angin California di USA

b. Turbin Angin Sumbu VertikalTurbin angin sumbu vertikal/tegak (atau TASV) memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. TASV mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah.Turbin angin sumbu vertikal juga memiliki 2 jenis, yaitu: Turbin DarreiusTurbin 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 (Daryanto, 2007). Contoh turbin Darrieus ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2: Turbin Darreius Turbin savoniusTurbin 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. Contoh turbin Savonius ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3: Turbin Savonius

Turbin angin sumbu vertikal memiliki kelebihan dan kekurangan:

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 bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah. TASV memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi. Desain TASV berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya TASH. TASV memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada TASH. Biasanya TASV mulai menghasilkan listrik pada 10 km/jam (6 m.p.h.) TASV biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat angin berhembus sangat kencang. TASV bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi dilarang dibangun. 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), TASV tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah. Kincir pada TASV mudah dilihat dan dihindari burung.

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. Sebuah TASV yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.2. GeneratorIni adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling 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.4. KOMPONEN TURBIN ANGINTurbin angin memiliki beberapa komponen pendukung agar proses pengkonversian energi kinetik yang dihasilkan oleh angin menjadi energi listrik yang dihasilkan oleh generator dapat berjalan lancar.

Gambar 4: Komponen turbin angina. AnemometerMengukur kecepatan angindan mengirimkan data kecepatan angin ke pengontrol.b. BladesBerfungsi untuk menangkap energi kinetik dari angin sehingga dapat berputar. Kebanyakan turbin baik dua atau tiga pisau.c. BrakeDigunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar. Jika angin yang diterima melebihi batas kemampuan turbin maka akan terjadi overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.d. Controller Mengontrol mesin mulai dengan kecepatan 8-16 mil per jam (mph) hingga 55 mphe. GearboxBerfungsi untuk mengubah kecepatan dari poros turbin ke poros generator. Saat turbin berputar perlahan, maka gearbox dapat mempercepat perputaran poros ke generator hingga kecepatan rotasi yang dibutuhkan oleh sebagian besar generator untuk menghasilkan listrik.f. Generator Biasanya menggunakan generator induksi yang menghasilkan listrik 60 siklus listrik AC.g. High speed shaftYaitu poros yang memutar generator. Generator membutuhkan kecepatan yang lebih besar untuk menghasilkan energi listrik.h. Low speed shaftPoros dari turbin.i. NacelleMerupakan chasing yang berada di atas menara yang berisi gearbox, poros kecepatan rendah dan tinggi, generator, kontroler dan rem.j. PitchYaitu bagian yang berfungsi untuk memutar blades agar perputaran rotor dapat terkontrolagar tidak berputar terlalu tinggi atau terlalu rendah.k. RotorMerupakan satu kesatuan antara blades turbin dengan poros kecepatan rendah.l. TowerMenara yang terbuat dari baja tabung dan beton. Menara tinggi memungkinkan turbin menangkap udara lebih banyak dan menghasilkan energi lebih banyak.m. Wind vaneSebagai sensor yang berkomunikasi dengan yaw drive untuk menggerakkan turbin ke arah angin yang sesuai.n. Yaw driveSebagai penerus gerak dari yaw motor untuk memutar turbin ke arah angin yang tepato. Yaw motorSebagai penggerak utama dari yawp. Penyimpanan energiKarena keterbatasan ketersediaan energi angin, maka supply listrik yang dihasilkan juga akan terbatas. Oleh karena itu dibutuhkan suatu media penyimpanan energi (back up energy). 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.

5. PROSES PEMBANGKITAN LISTRIK TENAGA ANGINSuatu 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.

6. PERSAMAAN RUMUSRUMUSSebagaimana diketahui menurut fisika klasik energi kinetik dan sebuah benda dengan massa m dan kecepatan v adalah E = 0,5 mv2, dengan ketentuan, kecepatan v tidak mendekati kecepatan cahaya. Rumus itu berlaku juga untuk angin, yang merupakan udara yang bergerak.Sehingga E = 0,5 m.v2denganE = Energi(joule);m = massa udara(kg);v = kecepatan angin(mldetik).Bilamana suatu blok udara, yang mempunyai penampang A m2, dan bergerak dengan kecepatan v m/detik, maka jumlah massa, yang melewati sesuatu tempat adalah:m = A.v.q(kg/det)dengan A = penampang(m2)v = kecepatan(m/det); q = kepadatan udara (kg/rn3);Dengan demikian maka energi yang dapat dihasilkan per satuan waktu adalah:P = E per satuan waktu= 0,5 q.A.V3 per satuan waktudenganP= daya(W);F= energi(J);q= kepadatan udara(kg/rn3);A= penampang(in2);v= kecepatan(mldet).Untuk keperluan praktis sering dipakai rumus pendekatan berikut:P = k.A.v3denganP= daya(kW);k= suatu konstanta(l,37.10~);A= luas sudu kipas(in2);v= kecepatan angin(km/jam).Walaupun dalam rumus di atas besaran-besaran k dan A digambarkan sebagai konstanta-konstanta, pada asasnya dalam besaran k tercermin pula faktor-faktor seperti geseran dan efisiensi sistem, yang mungkin juga tergantung dan kecepatan angin v. Sedangkan luas A tergantung pula misalnya dan bentuk sudu, yang juga dapat berubali dengan besaran v. Oleh karena itu untuk suatu kipas angin tertentu, besaran-besaran k dan A dapat dianggap konstan hanya dalam suatu janak capai angin terbatas.Untuk keperluan-keperluan estimasi sementara yang sangat kasar, sering dipakai rumus sederhana berikut:p = 0,1.v3denganp = daya per satuan luas, Win2vkecepatan angin,m/detik.Rumus yang dikembangkan oleh Goldingt berbentuk:P = k.F.A.E.v3denganP = daya (kW);k = suatu konstanta = 1,37.10-5 F = suatu faktor = 0,5926; yang merupakan bagian dari angin, yang dapatsecara maksimal dimanfaatkan dengan sebuah kipas dari tenaga angin.A = penampang anus angin, (in2);E = efisiensi rotor dan peralatan lainnya;v = kecepatan angin, (km/jam).Gaya-gaya angin yang berkerja pada sudu-sudu kincir pada asasnya terdiri atas tiga komponen yaitu:Gaya aksial a, yang mempunya arah sania dengan angm. Gaya ini hams ditampung oleh poros dan bantalan.Gaya sentrifugal s, yang memnggalkan titik tengah. BiIa kipas bentuknya simetrik, semua gaya sentrifugal S akan saling n~niadakan atau resultantenya sania dengan nol.Gaya tangensial t, yang menghasilkan momen, bekeija tegak luins pada radius dan yang mempakan gaya produktif. Gambar 5.2 memperlihatkan sebuah kincir yang mempunyai tiga sudu dengan gaya-gaya a, t dan s yang bekerja pada daundaun sudu itu.

Gambar 5: Gaya-gaya yang Beketja Atas Sudu-Sudu Kincir Angin.

Untuk bentuk kincir menurut Gambar 5.2, besar gaya-gaya itu dapat dihitung dengan rumus-rumus empiris sebagai berikut:

dalam kg

dalam kg, dan

dalam kg mdengan P = dayakW;R= radius daun motor,mR1 = radius hingga titik berat daun; m v = kecepatan angin,km/jam W = berat daun,kg;v1= kecepatan relatif ujung sudu terhadap v;v2= kecepatan relatif titik berat sudu terhadap v;a = gaya aksial,kg;s = gaya sentrifugal,kg;t= nonen tangensial,kgin.

7. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGINKelebihan: Energi yang digunakan merupakan energi terbarukan Energi angin merupakan sumber energi ramah lingkungan yang tidak mengakibatkan emisi gas buang atau polusi udaraKekurangan: Dapat mengakibatkan gangguan visual karena ukurannya yang sangat besar membutuhkan luas lahan yang tidak sedikit dan tidak mungkin untuk disembunyikan Mengakibatkan derau suara / noise Menyebabkan masalah ekologi dan keindahan Mengurangi lahan untuk pemukiman karena ladang angin membutuhkan lahan yang sangat besar jauh dari pemukiman. Perputaran sudu menyebabkan pancaran matahari berkelap kelip dan mengganggu pandangan warga

REFERENSIAngin. http://id.wikipedia.org/wiki/Angin. Diakses 16 Maret 2015 (14.30)How Wind Energy Works. http://eyesindesigns.com/how-wind-energy-works-design-inspiration-2-11722-design.html. Diakses 16 Maret 2015 (14.45)Pawawoi, Andi. 2013. Buku Ajar Dasar Konversi Energi. Universitas Andalas: Padang.Pembangkit Listrik Tenaga Angin. http://lugiromadoni.blogspot.com/. Diakses 16 Maret 2015 (15.00)Turbin Angin. http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin. Diakses 16 Maret 2015 (15.15)Turbin Angin. http://michael-suseno.blogspot.com/2011/09/turbin-angin.html. Diakses 16 Maret 2015. (16.00)