PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA (angin) BAYU (PLTB)

1.     PENGERTIAN ANGIN

Angin timbul akibat sirkulasi di atmosfer yang dipengaruhi oleh aktivitas matahari dalam menyinari bumi yang berotasi. Dengan demikian, daerah khatulistiwa akan menerima energi radiasi matahari lebih banyak daripada di daerah kutub, atau dengan kata lain, udara di daerah khatulistiwa akan lebih tinggi dibandingkan dengan udara di daerah kutub. Perbedaan berat jenis dan tekanan udara inilah yang akan menimbulkan adanya pergerakan udara. Pergerakan udara inilah yang didefinisikan sebagai angin. Gambar di samping merupakan pola sirkulasi pergerakan udara akibar aktivitas matahari dalam menyinari bumi yang berotasi.

Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara 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. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin ini dinamanakan konveksi.

2. FAKTOR TERJADINYA ANGIN

Faktor terjadinya angin, yaitu:

1. Gradien Barometris 

Bilangan yang menunjukkan perbedaan tekananudara dari 2 isobar yang jaraknya 111 km. Makin besar gradien barometrisnya, makin cepat tiupan angin. 

2. Letak tempat

Kecepatan angin di dekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis khatulistiwa. 

3. Tinggi tempat

Semakin tinggi tempat, semakin kencang pula angin yang bertiup, hal ini disebabkan oleh pengaruh gaya gesekan yang menghambat laju udara. Di permukaan bumi, gunung, pohon, dan topografi yang tidak rata lainnya memberikan gaya gesekan yang besar. Semakin tinggi suatu tempat, gaya gesekan ini semakin kecil. 

4. Waktu

Di siang hari angin bergerak lebih cepat daripada di malam hari.

3. ENERGI ANGIN

Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin sering juga disebut Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) adalah salah satu pembangkit listrik energi terbarukan yang ramah lingkungan yang mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin atau kincir angin. 

Cara kerjanya yang sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan dalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.

Syarat – syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 1. Kecepatan Angin yang dapat dimanfaatkan untuk Pembangkit

 

Tabel 2. Kondisi kecepatan angin

4. KINCIR ANGIN

Dua jenis kincir angin yaitu yang berputar dengan sumbu horizontal, dan kincir angin yang berputar dengan sumbu vertikal.

 

Gambar 1. Jenis dan tipe baling-baling

5. KARAKTERISTIK KINCIR ANGIN 

 

Gambar 2. Karakteristik kincir angin

Dari gambar di atas 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.

6. TOWER

Tower PLTB dapat dibedakan menjadi 3 jenis. Setiap jenis tower memiliki karakteristik masing-masing dalam hal biaya, perawatan, efisiensinya, ataupun dari segi kesusahan dalam pembuatannya.

 

Gambar 3. Jenis Tower (1) Guyed, (2) Lattice, (3) Mono-strukture

7. SISTEM MEKANIK PLTB

1. Gearbox

Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan menggunakan rasio 1:60.

2.  Brake System

Alat ini bekerja saat angin berhembus terlalu kencang yang dapat menimbulkan putaran berlebih pada generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih diantaranya overheat, rotor breakdown, terjadi arus lebih pada generator. 

3.  Generator

Ada berbagai jenis generator yang dapat digunakan dalam sistem turbin angin, antara lain generator serempak (synchronous generator), generator tak-serempak (unsynchronous generator), rotor sangkar maupun rotor belitan ataupun generator magnet permanen. Penggunaan generator serempak memudahkan kita untuk mengatur tegangan dan frekuensi keluaran generator dengan cara mengatur-atur arus medan dari generator. Sayangnya penggunaan generator serempak jarang diaplikasikan karena biayanya yang mahal, membutuhkan arus penguat dan membutuhkan sistem kontrol yang rumit. Generator tak-serempak sering digunakan untuk sistem turbin angin dan sistem mikrohidro, baik untuk sistem fixed-speed maupun sistem variable speed.

4. Penyimpan Energi

Pada sistem stand alone, dibutuhkan baterei untuk menyimpan energi listrik berlebih yang dihasilkan turbin angin.  Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki. Aki 12 volt 75 Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga selama 1  jam dengan daya 450 watt.

 

Gambar 4. Sistem mekanik PLTB

8. KAPASITAS PEMANFAATAN  PLTB

Berdasarkan data dari GWEC (Global Wind Energy Council), jumlah PLTB yang ada di dunia saat ini adalah sebesar 157.900 MWatt (sampai dengan akhir tahun 2009), dan pembangkit jenis ini setiap tahunnya mengalami peningkatan dalam pembangunannya sebesar 20-30%. Teknologi PLTB saat ini dapat mengubah energi gerak angin menjadi energi listrik dengan efisiensi rata-rata sebesar 40%. Efisiensi 40% ini disebabkan karena akan selalu ada energi kinetik yang tersisa pada angin karena angin yang keluar dari turbin tidak mungkin mempunyai kecepatan sama dengan nol. laju pertumbuhan dan daya elektrik total PLTB di dunia yang ada sampai saat ini.

Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan yang paling berkembang saat ini. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy Association), sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts, 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.

 

Tabel 3. Sebaran kapasitas PLTB di seluruh dunia tahun 2004 dan 2005

9. KELEBIHAN TENAGA ANGIN

1.  Ramah lingkungan 

Keuntungan terpenting dari tenaga angin adalah berkurangnya emisi karbon dioksida penyebab perubahan ikilm. Tenaga ini juga bebas dari polusi yang sering diasosiasikan dengan pembangkit listrik berbahan bakar fosil dan nuklir. 

2. Penyeimbang energi yang sangat baik 

Emisi karbon dioksida berhubungan dengan proses produksi. Pemasangan dan penggunaan turbin angin selama rata-rata 20 tahun siklus hidup 'membayar kembali' terjadinya emisi setelah 3-6 bulan pertama-yang berarti lebih dari 19 tahun produksi energi tanpa ongkos lingkungan.

3. Cepat menyebar

Pembangunan ladang angin (wind farm) dapat diselesaikan dalam waktu seminggu. Menara turbin, badan dan bilahan besi dipasang di atas permukaan beton bertulang dengan menggunakan alat pemindah besar.

4. Sumber energi terbarukan dan dapat diandalkan

Angin yang menjalankan turbin selalu gratis dan tidak terkena dampak harga bahan bakar fosil yang fluktuatif. Tenaga ini juga tidak butuh untuk ditambang, digali atau dipindahkan ke pembangkit listrik. Seiring meningkatnya harga bahan bakar fosil, nilai tenaga angin juga meningkat dan biaya keseluruhan pembangkit akan menurun.

5. Low cost  dan  perawatan 

Dalam proyek besar yang menggunakan turbin ukuran medium yang sudah disetujui, tenaga angin mampu beroperasi hingga 98% secara konstan. Artinya hanya dua persen waktu turun mesin untuk perbaikan- catatan yang jauh lebih baik dari yang bisa diharapkan dari pembangkit listrik konvensional.

10. POTENSI TENAGA ANGIN DI INDONESIA

Untuk memenuhi kebutuhan listrik di Indonesia saat ini untuk daerah-daerah terpecil seperti di kepulauan-kepulauan, diperlukan hybrid system antara potensi renewable energy yang ada dilokasi (seperti PLTB-PV-baterai, PV-PLTMH-Fuel Cell, dll). Akan tetapi perlu menjadi catatan, semua teknologi untuk penggunaan energi-energi tersebut masih cukup mahal bila dilihat dari kelayakan ekonominya terutama FC dan PV.

Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul 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. Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada tahun 2025.

Berikut ini adalah peta potensi energi angin di Indonesia yang dapat digunakan sebagai referensi dalam mengembangkan pembangkit listrik tenaga angin di Indonesia. Perbedaan kecepatan udara terlihat dari perbedaan warnanya. Biru menyatakan kecepatan udara rendah, sedangkan hijau, kuning, merah dan sekitarnya menyatakan semakin besarnya kecepatan angin.

 

Gambar 5. Potensi kecepatan angin di berbagai wilayah Indonesia

11. PERMASALAHAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU (PLTB) DI INDONESIA

1) Karakteristik kecepatan angin di Indonesia yang cenderung fluktuatif : hal ini menyebabkan sistem turbin angin yang didesain harus mampu menghasilkan listrik pada kecepatan angin berapapun.

2) Mahal : Penggunaan teknologi turbin angin direct-drive permanet magnet generator (agar dapat menghasilkan listrik secara optimal pada rentang kecepatan angin yang luas) membuat sistem turbin angin dengan skala besar menjadi mahal.

3) Jaringan Indonesia belum ter-interkoneksi : Penggunaan teknologi fixed-speed induction generator dapat menekan biaya instalasi PLTB, namun agar dapat menghasilkan daya aktif sistem ini harus terkoneksi grid. Kesimpulannya desain ini baru akan berhasil menghasilkan listrik secara ekonomis dan efisien apabila dikoneksikan dengan jaringan grid yang besar seperti sistem Jawa – Madura – Bali.

4) Lokasi pusat beban yang jauh dengan sumber energi : Biasanya pada PLTB yang sudah ada masih terhubung langsung dengan pusat beban, sedangkan umumnya jarak antara lokasi PLTB dan pusat beban cukup jauh, karena belum tentu lokasi pada pusat beban memiliki potensi angin yang cukup memadai.

5) Tegangan keluaran PLTB yang rendah : Dibutuhkan saluran distribusi tegangan tinggi untuk membagikan daya listrik yang biasanya dapat dicapai dengan menggunakan trafo. Sayangnya penggunaan trafo membuat sistem pembangkit menjadi lebih besar, lebih mahal dan menghasilkan rugi-rugi tambahan yang cukup signifikan.

12. TANTANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU (PLTB) DI INDONESIA

1) Mendesain sistem turbin angin yang dapat beroperasi secara stand-alone.

2) Mendesain suatu sistem turbin angin yang dapat meminimalisir biaya dengan tingkat efisiensi yang baik.

3) Mendesain sistem turbin angin dengan ketersediaan daya yang cukup tinggi.

4) Merancang rangkaian elektronika daya yang dapat meminimalisir penggunaan trafo dan mengoptimalkan produksi daya PLTB.