LAPORAN KEIKUTSERTAAN SEMINAR NASIONAL I-MEV 2014

PENGENALAN TEKNOLOGI

PEMANFAATAN ENERGI ANGIN DAN IMPLEMENTASINYA

Oleh : Ainun Nidhar

Kelas : 4E

1

TEKNIK KONVERSI ENERGI

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

MARET, 2014

A. Latar Belakang dan Pengenalan

Energi angin merupakan sumber energi yang juga dapat

dikatakan berasal dari energi matahari melalui radiasi panas

matahari di permukaan bumi yang berbeda-beda sehingga

menimbulkan perbedaan temperatur dan rapat massa udara di

permukaan bumi, yang mengakibatkan terjadinya perbedaan

tekanan sehingga menjadi aliran udara.

Energi angin sendiri telah banyak digunakan di berbagai

negara salah satunya Belanda, Denmark, Spanyol, bahkan di

Indonesia yaitu di Yogyakarta.

B. Potensi Angin di Indonesia

Indonesia sebenarnya memiliki potensi energi angin yang

cukup besar, karena Indonesia merupakan negara kepulauan,

sehingga memiliki garis pantai yang cukup panjang. Berdasarkan

survei yang dilakukan Lentera Angin Indonesia (LAN), daerah di

Indonesia yang memiliki potensi energi angin ialah Sulawesi

Selatan, Maluku, Nusa Tenggara Barat, Nusa Tenggara Timur,

Bali, dan Papua Barat.

2

Sementara itu, kebutuhan listrik di Indonesia semakin

meningkat sejak adanya pemerataan pasokan listrik di beberapa

provinsi, khususnya di daerah yang masih belum “tersentuh”

pasokan listrik. Dan sampai saat ini pun masih banyak daerah

terpelosok yang masih belum mendapatkan pasokan listrik,

bahkan hanya untuk penerangan.

Sehingga di harapkan adanya potensi energi angin ini, dapat

dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk dikonversikan ke

energi listrik, guna memenuhi kebutuhan penggunaan listrik,

khususnya di daerah terpencil.

C. Pengenalan tentang Turbin Angin dan Batasan Pembahasan

1. Turbin Angin dan Alat Konversi Angin

Turbin angin berbentuk seperti fan, yang berguna untuk

mengalirkan udara/angin. Angin bergerak melewati fan

sehingga fan berputar dan generator bekerja (energi

mekanik menjadi energi listrik), energi listrik yang

dihasilkan generator akan di simpan lalu di ubah bentuk

arusnya (dari DC ke AC) dengan menggunakan inverter, dan

listrik dapat digunakan.

Daya yang dihasilkan turbin angin

Pturbin . Cp = Pmekanik

Dimana Cp merupakan koefisien daya turbin.

3

2. Efisiensi Turbin Angin

Efisiensi turbin angin terbesar pada turbin jenis 2

blade propeller, linear, 3 blade propeller, lalu Darius

type, Multi Blade, Holland type, dan terakhir Savonius

type. (di lihat dari grafik hubungan antara koefisien

daya dengan perbandingan kecepatan sudu).

Idealnya turbin memiliki efisiensi maksimum 60%, namun

ini hanya berdasarkan pada perhitungan teori, yang pada

faktanya tidak ada turbin angin yang mencapai efisiensi

60%.

3. Turbin Angin Skala Mikro

Banyaknya model turbin angin yang di produksi dan

digunakan, namun tidak semua jenis bisa bekerja dengan

maksimal dan ekonomis. Maka di buatlah turbin angin skala

mikro, alasannya ;

Secara ekonomis harga dan biaya operasional lebih

rendah

Teknologi yang lebih mundah dikuasai dan dikembangkan

Pada prakteknya pengelolaan di daerah terpencil lebih

mudah

Secara sosial lebih mudah diterima masyarakat

Dampak dan beban terhadap lingkungan yang kecil

4

D. Teknologi Inti Turbin Angin (Skala Mikro)

Tipe yang saat ini sedang gencar dikembangkan oleh Lentera

Angin Nusantara adalah jenis “The Sky Dancer” dengan 500W peak

Wind Turbine dengan spesifikasi

Tipe Turbin HAWT

Daya Output Maksimum 500Wp, v> 12 m/s

Kecepatan Awal Putaran 2,5 m/s

Kekuatan sudu, dapat berputar max 33 m/s

Diameter sudu 1,6m dan 2m

Jumlah sudu 3 buah

Meterial sudu kayu pinus

Putaran maksimum 1000 rpm

Sistem penyimpanan 24 V

Massa sistem turbin 25 kg

Ketinggian tiang 4-6 m

1. Komponen Pembentuk

Turbin dan Generator (AC phase) Controller

(DC) data Logger (DC)

Skalar (DC) Baterai (DC) Inverter

(AC) Beban (Peralatan Listrik)

5

2. Pengukuran dan Penelitian

Untuk memperlajari kinerja dan sistem pada tuebin angin

dibutuhkan ilmu-ilmu pengetahuan penunjang seperti

metereologi (untuk perhitungan energi angin, pemodelan)

guna simulasi prakiraan cuaca. Karena angin tidak tersu

bergerak dengan kecepatan yang sama, bisa dengan

kecepatan yang rendah atau kecepatan yang tinggi.

Pemodelan bentuk turbin di butuhkan untuk meninggkatkan

daya tahan (umur) turbin tersebut, sehingga tahan

terhadap kecepatan angin maksimum di suatu daerah (contoh

angin puting beliung, topan, dan sebagainya).

3. Perancangan Blade

Perameter desain suatu blade bergantung pada :

Sudut dan jarak antar blade dan panjang blade, hal ini

dikarenakan agar kita mengetahui pada jumlah blade

sekian, berapa sudut yang di gunakan agar putaran blade

akan mencapai maksimum.

Material yang digunakan, bahan yang digunakan haruslah

bahan yang ringan dan mudah didapatkan serta ekonomis

Ketahanan terhadap lingkungan, blade dibuat haruslah

tahan terhadap kecepatan tertentu (misalnya saat

badai), terhadap angin dan gesekan partikel udara.

6

4. Gaya Putar Bila Turbin

Gambar D.1 gaya putar bilah turbin

5. Generator

Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik

dengan menggunakan prinsip induksi magnetik. Kualitas

daya yang dihasilkan pada umumnya diatur dengan

menggunakan komponen elektronika daya, sehingga tegangan

7

dan frekuensi keluaran generator dapat diatur sedemikian

rupa sesuai kebutuhan (dengan controller).

Gambar D.2 Generator

6. Fin

Berfungsi untuk mengarahkan turbin menghadap arah

datangnya angin.

Gambar D.3 Fin

8

E. Transfer Teknologi

Sebelumnya turbin angin sudah di gunakan di awal tahun

1940an, hingga sekarang teknologi kincir angin mulai

berkembang cukup pesat sehingga muncul berbagai macam tipe

turbin angin. Diantaranya pengembangan blade, perkembangan

model blade yang ada sebenarnya masih memiliki banyak kendala

diantaranya sulitnya blade berputar karena kecilnya kecepatan

angin, ataupun material blade yang digunakan masih cukup

“berat” sehingga hanya angin yang “cukup” kencang yang bisa

memutarnya.

Pada tipe turbin “The Sky Dancer’ yang dikembangkan oleh

Lentera Angin Nusantara (LAN), blade dapat berputar dengan

kecepatan minimal 2,5 m/s dan ini lebih baik dibandingkan

blade South-West Air-X Wind Turbine (dibandingkan pada testing

di Ciheras).

9

Controller

generasi 2A

Tegangan 12 V-

Relay

Controller

generasi 3A

Tegangan 24 V-

Relay

duty cycle (10%

Dari testing yang dilakukan LAN di Ciheras ini pun

dilakukan pendataan distribusi arah dan lecepatan angin yang

dilakukan setiap hari secara terpadu, dan di dapat grafik

pengisian daya efektif (pada jam produktif) satu hari 760Wh.

Yang mana real dan estimasi perhitungan hampir sama, dan hasil

ini memenuhi konsumsi dasar energi listrik dari estimasi, dan

hasil ini lebih baik dari pada turbin angin tipe South West.

Selain blade, LAN melakukan transfer teknologi dengan

menginovasi generator dan

Controller

10

Generator

Generasi 1

3 fasa

Magnet permanen

Putaran 100 rpm

Generator

Generasi 2

3 fasa

Magnet permanen

Putaran 100 rpm

Controller

generasi 2B

Tegangan 12 V-

Relay

duty cycle (10% -

15%) jika > 20V

Controller generasi

3B

Tegangan 12 V-Relay

duty cycle (50% -

60%) jika > 55V

F. Ketahanan Turbin Terhadap Kondisi Lingkungan

1. Karat di sekitar Shaft furling

Tidak di pungkiri bahwa benda logam yang bedara di

ruang terbuka akan mengalami korosi (karatan), begitu pun

dengan tubin (salah satunya bagian Shaft furling). Korosi

pun akan lebih cepat terjadi apabila turbin diletakkan

pada area pantai, karena udara yang mengalir mengandung

partikel garam.

Solusi yang digunakan untuk mencegah korosi ini dengan

pengecatan bagian shaft furling ini dengan campuran bahan

kimia tertentu.

11

Controller

generasi 1

Tegangan 12 V-No

Relay

Gambar F.1 korosi pada shaft fluring

2. Kerusakan pada ujung blade

Udara yang mengalir melewati blade tidak seutuhnya

udara, angin pasti membawa partikel-partikel kecil

misalnya butiran pasir dan sebagainya. Partikel yang di

bawa angin, dapat merusak ujung-ujung blade, karena ada

peristiwa tumbukan antara partikel tersebut dengan ujung

blade.

Solusi yang digunakan untuk mengurangi kemungkinan

terjadinya kerusakan pada ujung blade, ialah dengan

memasang bahan sejenis lembaran seng untuk menutupi

bagian ujung blade.

12

Gambar F.2 korosi pada ujung blade

G. Implementasi Teknologi

LAN sendiri tidak hanya mengionovasi turbin angin yang sudah

ada tetapi mempersembahkan turbin yang mereka buat untuk

digunakan masyarakat terpencil, salah satunya di daerah Kapan

desa Kalihi, Nusa Tenggara Timur. Dimana perancangan tersebut

dilakukan dengan :

Perancangan pondasi

Pemrosesan tiang turbin angin

Perancangan power house

Layouting penempatan turbin, PV, dan power house

Perancangan wiring sistem dan jaringan transmisi

Tanya Jawab:

1. Bagaimana jika ingin memasang instalasi turbin angin di

jalan tol?

13

Turbin angin kurang bisa diterapkan pada di jalan tol,

karena kecepatan kendaraan yang melintas tidak stabil, dan

jika nantinya daya outputnya lebih dari 500 watt maka

controller dan generatornya akan rusak.

2. Bagimana dengan pemasangan alumunium (lembaran seng) pada

blade? Apakah mempengaruhi putaran atau tidak?

Pemasangan alumuniun tidak begitu berpengaruh pada putaran

blade. Namun harus di lihat juga airflow mampu/tahan atau

tidak terhadap pemasangan alumunium tersebut.

3. Bagaimana caranya berbicara dengan pejabat daerah setempat

saat ingin memasang turbin angin di daerah tersebut?

Dengan melakukan pendekana sosial, dan memberitahu bahwa

teknologgi yang ada pada turbin angin iini tidak akan

menggangu dan merusak lingkungan.

4. Berapa jarak per unit turbin satu dengan turbin lainnya?

Berapa luas yang dibutuhkan? Dan berapa daya yang

dihasilkan?

Pada umumnya Indonesia lebih banyak mendapat angin muson

barat, dengan kecepatan rata-ratanya 12 m/s, sehingga jika

ingin memasang turbin untuk arah utara-selatan maka jarak

antar turbin min 3m. dan jika ingin memasang turbin untuk

arah timur-barat maka jarak antar turbinnya 7 x Diameter

blade, atau kira-kira lebih dari 10 m. sehingga pemasangan

turbin biasanya dilakukan dengan model zig-zag, atau dengan

memvariasikan ketinggian tiang turbin.

5. Bagaimana pengaruh cuaca terhadap generator?

Maksimum umur turbin dengan lingkungan tertentu ialah 20

tahun.

14

6. Bagaimana perawatan turbin angin itu sendiri?

Perawatan dilakukan dengan membuat SOP pada setiap alat yang

ada, sehingga kita tau saat alat dalam kondisi seperti apa

yang bisa di bilang alat itu rusak (missal dari perubahan

elemennya, adanya suara yang tidak biasa pada alat tersebut,

dll). Dan biasanya dilakukan pengecekan satu minggu sekali,

atau 3 bulan sekali.

7. Mengapa efisiensi turbin maksimalnya hanya 60%?

Faktanya tidak ada turbin yang efisiensinya mencapai 60%,

nilai 60% di dapatkan dari perhitungan teoritis.

15