MAKALAH OSN-PERTAMINA 2013

BIDANG KOMPETISI FISIKA

TEMA:

INOVASI SOBAT BUMI, PRESTASI UNTUK NEGERI

TOPIK:

ANGIN SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF

Oleh:

NAMA : ETHELBERT DAVITSON P

KODE PESERTA : 2202006

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MIPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS PALANGKARAYA

2013

ii

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan Puji Syukur Kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang

telah melimpahkan rahmat-Nya kepada kita semua, sehingga saya mendapat

kemampuan untuk menyelesaikan makalah ini dengan judul “ANGIN SEBAGAI

SUMBER ENERGI ALTERNATIF” ini disusun untuk memenuhi syarat

SELEKSI OSN PERTAMINA 2013 TINGKAT NASIONAL.

Ucapan terima kasih yang dalam tak terhingga saya sampaikan kepada seluruh

komponen yang memberikan bantuan kepada saya sehingga makalah ini tersusun

dengan baik. Ucapan terima kasih saya terutama disampaikan kepada :

1. Bapak dan Ibu dosen dalam ruang lingkup Program Studi Pendidikan

Fisika Universitas Palangkaraya yang telah membimbing dalam

pembuatan makalah ini.

2. Keluarga dan teman-teman yang telah memberikan dukungan baik itu

berupa moril maupun materil.

Ucapan terima kasih juga saya sampaikan kepada semua komponen yang

tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah membantu saya dalam

menyelesaikan penyusunan makalah ini, mudah-mudahan Tuhan Yang Maha Esa

membalasnya dengan yang lebih baik.

Dalam penulisan makalah ini, saya sebagai penyusun tidak menutup

kemungkinan adanya kesalahan dan kekeliruan. Oleh sebab itu saya berharap

untuk diberi kritikan dan saran yang membangun agar makalah ini dapat lebih

bagus lagi kedepannya.

iii

Atas perhatian dan partisipasinya saya selaku penyusun makalah ini

mengucapkan banyak-banyak terima kasih. Semoga makalah ini dapat bermanfaat

dan berguna sehingga dapat menambah pengetahuan bagi kita semua, khususnya

bagi para penerus bangsa ini kedepannya. AMIN.

Palangka Raya, Desember 2013

Ethelbert Davitson Phanias

iv

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ii

Daftar Isi iv

Daftar Gambar vi

Daftar Tabel vii

BAB I

PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 3

1.3 Tujuan Penulisan 4

1.4 Batasan Masalah 4

1.5 Manfaat Penulisan 4

1.6 Metode Penulisan 4

BAB II

PEMBAHASAN 6

2.1 Sejarah Energi Angin 6

2.2 Sumber Energi Angin 7

2.2.1 Angin Darat-Laut 8

2.2.2 Angin Orografi 8

2.2.3 Kecepatan Angin Terhadap Kekasaran Permukaan &

Ketinggian 8

2.3 Turbin Angin 10

2.4 Jenis Turbin Angin 13

2.4.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal 13

2.4.1.1 Kelebihan TASH 14

2.4.1.2 Kekurangan TASH 15

2.4.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal 15

2.4.2.1 Kelebihan TSAV 17

v

2.4.2.2 Kekurangan TSAV 18

2.5 Prinsip Kerja Energi Angin 19

2.6 Keuntungan dan Kerugian dari Energi Angin 24

2.6.1 Keuntungan 24

2.6.2 Kerugian 26

BAB III

PENUTUP 30

3.1 Kesimpulan 30

3.2 Saran 33

DAFTAR PUSTAKA 35

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bagian dalam dari turbin angin 11

Gambar 2.2

Turbin angin sumbu horizontal 14

Gambar 2.3 Turbin angin sumbu vertical 16

Gambar 2.4

Sistem yang Terhubung ke jaringan PLN 19

Gambar 2.5 Sistem Off Grid 20

Gambar 2.6 Sistem Listrik Hybrid 20

Gambar 2.7 Pembangkit listrik tenaga angin di daratan 27

Gambar 2.8 Ladang pembangkit angin lepas pantai 29

vii

DAFTAR TABEL

Tabel.2.1

Tabel kondisi angin 9

Tabel.2.2.

Tingkat kecepatan angin 10m di atas permukaan tanah 10

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kelangkaan bahan bakar merupakan permasalahan klasik di Negara

Indonesia yang saat ini telah berdampak banyak pada aktivitas masyarakat,

diantaranya adalah antrian minyak tanah dan kekosongan pasokan SPBU.

Keadaan ini diperparah dengan kemampuan penyediaan bahan bakar oleh

pemerintah tidak seimbang dengan permintaan masyarakat yang semakin

meningkat.

Kebutuhan manusia terhadap energi semakin lama semakin meningkat.

Energi yang digunakan saat ini berasal dari minyak bumi. Namun, eksploitasi

yang berlebihan terhadap minyak bumi mengakibatkan persediaannya semakin

menipis. Tuhan menganugrahkan pada manusia akal untuk berfikir, dengan akal

manusia inilah teknologi-teknologi baru ditemukan. Kemajuan teknologi juga

telah sampai pada penggunaan energi alternatif sebagai pengganti sumber energi

utama yang semakin sedikit jumlahnya. Dengan harga minyak sekarang ini,

pemerintah telah berada dalam pilihan yang sangat berat untuk mengambil

keputusan menaikkan harga minyak. Selain mengurangi kebiasaan boros energi

yang dapat menstabilkan harga minyak, sekarang ini bangsa Indonesia harus

segera memperoleh solusi untuk masalah energi pada masa yang akan datang.

Walaupun krisis energi sekarang ini akan berlalu, usaha untuk mengganti peran

bahan bakar fosil dengan sumber energi baru dan terbarukan perlu ditingkatkan

2

lagi. Di antara berbagai sumber energi terbarui yang sedang dikembangkan, di

bumi Indonesia terkandung potensi sumber energi sangat besar yang dapat

mengurangi peran bahan bakar fosil dalam membangkitkan tenaga listrik.

Penipisan potensi sumber daya minyak di satu sisi dan peningkatan

kebutuhan energi di sisi lain, membawa konsekuensi bagi perlunya digalakkan

upaya pengembangan pemanfaatan sumber energi terbarukan antara lain energi

angin sebagai energi alternatif yang dapat dipakai untuk membangkitkan tenaga

listrik. Semakin luas isu kerusakan lingkungan akibat polusi dari penggunaan

bahan bakar fosil yang menimbulkan polusi, sehingga pemanfaatan sumber energi

baru dan terbarukan yang berwawasan lingkungan merupakan salah satu upaya

untuk mengurangi polusi.

Energi angin merupakan sumber energi penting sejak waktu lama di

beberapa negara. Cina telah memanfaatkan energi angin untuk pemompaan lebih

dari seribu tahun lalu. Di Eropa barat, kincir angin mekanik untuk pemompaan

atau penggilingan telah digunakan sejak abad ke-13 dan di Amerika untuk

pemompaan pada peternakan sejak awal abad ke-18. Sementara itu, turbin angin

listrik telah diaplikasikan oleh para petani di Amerika sejak tahun 1930.

Diseminasi pemanfaatan teknologi energi angin klasik tersebut berlangsung

hingga pertengahan abad ke 19, namun menghilang bersamaan dengan meluasnya

aplikasi pembangkitan listrik berbahan bakar fosil. Aplikasi teknologi energi

angin sebagai alternatif meluas kembali ketika harga bahan bakar minyak

melonjak, namun menyusut dengan cepat ketika harga bahan bakar minyak anjlok

pada akhir tahun 1985, kecuali yang kompetitif.

3

Fluktuasi harga bahan bakar minyak dan merebaknya isu lingkungan terus

mendorong perkembangan teknologi energi angin. Aplikasi turbin angin kecil dan

turbin angin besar berkembang di beberapa negara sebagai alternatif penyediaan

kebutuhan listrik yang terus meningkat tidak saja di perkotaan. Berbagai upaya

telah dan terus dilakukan dalam mengembangkan teknologi energi angin yang

berwawasan lingkungan tersebut guna mendapatkan hasil yang semakin efisien

dan berdaya saing. Sejalan dengan upaya pengembangan sumber energi

terbarukan seperti mikrohidro, energi surya, dan biomas sebagai energi alternatif

di Indonesia, LAPAN (Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional) telah

melakukan riset dan pengembangan energi angin sejak tahun 1979 mencakup

inventarisasi potensi energi angin serta pengembangan dan diseminasi teknologi

pemanfaatannya. Riset dan pengembangan teknologi energi angin tersebut dewasa

ini diarahkan terutama untuk aplikasi skala kecil di pedesaan dan juga

kemungkinan sebagai pembangkitan skala besar guna menunjang penyediaan

energi di masa datang.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah:

1.2.1 Bagaimana sejarah penggunaan dari energi angin?

1.2.2 Bagaimana proses terbentuknya energi angin.

1.2.3 Bagaimana prinsip kerja dari energi angin?

1.2.4 Apa saja keuntungan dari energi angin?

1.2.5 Apa saja kerugian dari energi angin?

4

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini, yaitu untuk :

1.3.1 Mengetahui sejarah penggunaan dari energi angin.

1.3.2 Mengetahui proses terbentuknya energi angin.

1.3.3 Mengetahui prinsip kerja dari energi angin.

1.3.4 Mengetahui keuntungan dari energi angin.

1.3.5 Mengetahui kerugian dari energi angin.

1.4 Batasan Masalah

Agar tidak terjadi salah penafsiran dan tidak terjadi perluasan masalah

maka makalah ini dibatasi hanya pada lingkup energi angin.

1.5 Manfaat Penulisan

Manfaat yang dapat diperoleh dari makalah ini adalah :

1.5.1 Memberi pengetahuan kepada pembaca mengenai sumber energi

alternative berupa energi angin.

1.5.2 Memberikan kesadaran kepada pembaca agar dapat menggunakan energi

dengan sebaik mungkin.

1.5.2 Membuat pembaca agar lebih peduli lagi tentang lingkungannya.

1.6 Metode Penulisan

5

Pada penulisan makalah ini, saya sebagai penulis menggunakan metode

kupustakaan dan mencari sumber-sumber yang berhubungan dengan energi angin

dari media internet maupun Online. Baik itu berupa jurnal-jurnal maupun bahan

bacaan.

6

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Sejarah Energi Angin

Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Sejak zaman

dahulu, orang telah memanfaatkan energi angin. Lebih dari 5.000 tahun yang lalu,

orang Mesir kuno menggunakan angin untuk berlayar kapal di Sungai Nil.

Kemudian, orang-orang membangun kincir angin untuk menggiling gandum dan

biji-bijian lainnya. Naskah tertua tentang kincir angin terdapat dalam tulisan Arab

dari abad ke-9 Masehi yang menjelaskan bahwa kincir angin yang dioperasikan di

perbatasan Iran dan Afganistan sudah ada sejak beberapa abad sebelumnya,

kadang disebut Persian windmill. Kincir angin dikenal paling awal adalah di

Persia (Iran). Awal kincir angin ini tampak seperti roda dayung besar. Berabad-

abad kemudian, orang-orang Belanda meningkatkan desain dasar kincir angin

mereka. Kualitas kreatifitas masyarakat Belanda akan aplikasi kincir angin,

membuat Belanda menjadi terkenal dengan kincir anginnya. Sedangkan koloni

Amerika menggunakan kincir angin untuk menggiling gandum dan jagung, untuk

memompa air, dan memotong kayu di penggergajian. Pada akhir tahun 1920-an,

Amerika menggunakan kincir angin kecil untuk menghasilkan listrik di daerah

pedesaan yang hidup tanpa layanan listrik. Ketika kabel listrik mulai digunakan

untuk transportasi listrik di daerah pedesaan di tahun 1930-an, kincir angin local

menjadi semakin jarang digunakan. Meskipun demikian, kincir angin tersebut

masih dapat dilihat pada beberapa peternakan di daerah barat. Kekurangan minyak

pada 1970-an mengubah gambaran mengenai energi untuk negara dan dunia. Ini

7

menciptakan suatu kepentingan sumber energi alternatife baru, membuka jalan

bagi masuknya kembali kincir angin untuk menghasilkan listrik. Pada awal 1980-

an energi angin menjadi sangat luar biasa di California, sebagian besar karena

kebijakan negara yang mendorong sumber energi terbarukan. Dukungan untuk

pembangunan angin telah menyebarke negara lain, tapi pada saat itu California

masih dapat memproduksi sebanyak lebih dari dua kali energi angin apapun di

negara lain. Kincir angin jenis Persian windmill juga digunakan di Cina untuk

menguapkan air laut dalam memproduksi garam. Terahir masih digunakan di

Crimea, Eropa dan Amerika Serikat. Selanjutnya sejarah berkembang menjadi

manipulasi fungsi. Kincir angin yang pertama kali digunakan untuk

membangkitkan listrik, dibangun oleh P.La Cour dari Denmark diakhir abad ke-

19. Setelah perang dunia I, kincir angin diterapkan pada layar dengan penampang

melintang menyerupai sudut propeler pesawat yang pada masa ini disebut type

propeler atau turbin. Eksperimen kincir angin sudut kembar dilakukan di Amerika

Serikat tahun 1940, berukuran sangat besar. Mesin raksasa ini disebut mesin

Smith-Putman, karena salah satu perancangnya bernama Palmer Putman,

kapasitasnya 1,25 MW yang dibuat oleh Morgen Smith Company dari York

Pensylvania. Diameter propelernya 175 ft (55m) beratnya 16 ton dan menaranya

setinggi 100 ft (34m). Tapi dikemudian hari salah satu batang propelernya patah

pada tahun 1945.

2.2 Sumber Energi Angin

Angin disebabkan oleh pemanasan sinar matahari yang tidak merata di

atas permukaan bumi. Udara yang lebih panas akan mengembang menjadi ringan

8

dan bergerak naik ke atas, sedangkan udara yang lebih dingin akan lebih berat

dan bergerak menempati daerah tersebut. Perbedaan tekanan atmosfer pada suatu

daerah yang disebabkan oleh perbedaan temperatur akan menghasilkan sebuah

gaya. Perbedaan dalam tekanan dinyatakan dalan istilah gradien tekanan

merupakan laju perubahan tekanan karena perbedaan jarak. Gaya gradien

merupakan gaya yang bekerja dalam arah dari tekanan lebih tinggi ketekanan

yang lebih rendah. Arah gaya gradien tekanan di atmosfer tegak lurus permukaan

isobar. Beberapa karakteristik angin :

2.2.1 Angin Darat-Laut

Wilayah Indonesia merupakan daerah kepulauan dengan

luas lautan lebih besar dari daratan. Angin darat-laut disebabkan

karena daya serap panas yang berbeda antara daratan dan lautan.

Perbedaan karakteristik laut dan darat tersebut menyebabkan angin

di pantai akan bertiup secara kontinyu

2.2.2 Angin Orografi

Angin orografi merupakan angin yang dipengaruhi oleh

perbedaan tekanan antara permukaan tinggi dengan permukaan

rendah (angin gunung dan angin lembah). Pada siang hari berasal

dari lembah berhembus ke atas gunung (angin lembah) dan

sebaliknya pada malam hari.

2.2.3 Kecepatan Angin Terhadap Kekasaran Permukaan & Ketinggian

Kekasaran permukaan menentukan berapa lambat kecepatan

angin dekat permukaan. Di area dengan kekasaran tinggi, seperti

9

hutan atau kota, kecepatan angin dekat permukaan cenderung

lambat dan sebaliknya kecepatan angin cukup tinggi pada area

kekasaran rendah seperti daerah datar, lapangan terbuka.

Syarat – syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk

menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel.2.1 Tabel kondisi angin.

10

Tabel.2.2.Tingkat kecepatan angin 10m di atas permukaan tanah

Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas

maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi

listrik.

2.3 Turbin Angin

Turbin angin adalah suatu kincir angin yang digunakan untuk

membangkitkan tenaga listrik. Sistem kerjanya adalah mengkonversikan tenaga

angin menjadi tenaga listrik. Berikut dibawah ini akan dijelaskan mengenai

bagian–bagian penyusun dari turbin angin :

11

Gambar 2.1 Bagian dalam dari turbin angin.

a. Anemometer: Mengukur kecepatan angin dan mengirim data angin ke

alat pengontrol.

b. Blades (Bilah Kipas): Kebanyakan turbin angin mempunyai 2 atau 3

bilah kipas angin yang menghembus menyebabkan turbin tersebut

berputar.

c. Brake (Rem): Suatu rem cakram yang dapat digerakkan secara mekanis

dengan bantuan tenaga listrik atau hidrolik untuk menghentikan rotor atau

saat keadaan darurat.

d. Controller (Alat Pengontrol): Alat Pengontrol ini men-start turbin pada

kecepatan angin kira-kira 12-25 km/jam, dan kemudian mematikannya

pada kecepatan 90 km/jam. Turbin tidak beroperasi di atas 90 km/jam. Hal

ini dikarenakan tiupan angin yang terlalu kencang dapat merusakkannya.

12

e. Gear box (Roda Gigi): Roda gigi menaikkan putaran dari 30-60 rpm

menjadi sekitar 1000-1800 rpm. Ini merupakan tingkat putaran standar

yang disyaratkan untuk memutar generator listrik.

f. Generator: Generator pembangkit listrik, biasanya sekarang disebut

alternator arus bolak-balik.

g. High-speed shaft (Poros Putaran Tinggi): Berfungsi untuk

menggerakkan generator.

h. Low-speed shaft (Poros Puutaran Rendah): Poros turbin yang berputar

kira-kira 30-60 rpm.

i. Nacelle (Rumah Mesin): Rumah mesin ini terletak di atas menara . Di

dalamnya berisi gearbox, poros putaran tinggi/rendah, generator, alat

pengontrol, dan alat pengereman.

j. Pitch (Sudut Bilah Kipas): Bilah kipas dapat diatur sudutnya sesuai

dengan kecepatan rotor yang dikehendaki. Tergantung kondisi angin yang

terlalu rendah atau terlalu kencang.

k. Rotor: Bilah kipas bersama porosnya dinamakan rotor.

l. Tower (Menara): Menara bisa dibuat dari pipa baja, beton, ataupun

rangka besi. Karena kencangnya angin bertambah dengan seiring dengan

bertambahnya ketinggian, maka makin tinggi menara makin besar tenaga

angin yang didapat.

m. Wind direction (Arah Angin): Adalah turbin yang menghadap angin.

Desain turbin lain ada yang mendapat hembusan angin dari belakang.

13

n. Wind vane (Tebeng Angin): Mengukur arah angin, berhubungan dengan

penggerak arah yang memutar arah turbin disesuaikan dengan arah angin.

o. Yaw drive (Penggerak Arah): Penggerak arah memutar turbin ke arah

angin untuk desain turbin yang menghadap angin. Untuk desain turbin

yang mendapat hembusan angin dari belakang tak memerlukan alat ini.

p. Yaw motor (Motor Penggerak Arah): Motor listrik yang menggerakkan

Yaw drive.

2.4 Jenis Turbin Angin

Turbin angin memanfaatkan energi kinetik dari angin dan

mengkonversinya menjadi energi listrik. Ada dua jenis turbin angin yang utama:

Turbin angin dengan poros horizontal

Turbin angin dengan poros vertikal

2.4.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal

Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki poros rotor utama dan

generator listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah

baling-baling angin (baling-baling cuaca) yang sederhana, sedangkan turbin

berukuran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang

digandengkan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gearbox

yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar.

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.

14

Sebagai tambahan, bilah bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu

dan sedikit dimiringkan. Karena turbulensi menyebabkan kerusakan struktur

menara, dan realibilitas begitu penting, sebagian besar TASH merupakan mesin

upwind (melawan arah angin). Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin

downwind (menurut jurusan angin) dibuat karena tidak memerlukan mekanisme

tambahan agar mereka tetap sejalan dengan angin, dan karena di saat angin

berhembus sangat kencang, bilah-bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi

wilayah tiupan mereka dan dengan demikian juga mengurangi resintensi angin

dari bilah-bilah itu.

Gambar 2.2 Turbin angin sumbu horizontal

2.4.1.1 Kelebihan TASH

Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat

di tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara laju

15

dan arah angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam

atmosfir bumi. Di sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter

ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%.

2.4.1.2 Kekurangan TASH

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.

Berbagai varian downwind menderita kerusakan struktur yang

disebabkan oleh turbulensi.

TASH membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk

membelokkan kincir ke arah angin.

2.4.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal

Turbin angin sumbu vertikal/tegak (atau TASV) memiliki poros/sumbu

rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin

16

tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna

di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. TASV mampu mendaya

gunakan angin dari berbagai arah.

Gambar 2.3 Turbin angin sumbu vertikal

Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di

dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses

untuk keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan

tenaga putaran yang berdenyut. Drag (gaya yang menahan pergerakan sebuah

benda padat melalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat kincir

berputar.

Karena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu tegak sering dipasang

lebih dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap sebuah

bangunan. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinggian yang rendah, sehingga

17

yang tersedia adalah energi angin yang sedikit. Aliran udara di dekat tanah dan

obyek yang lain mampu menciptakan aliran yang bergolak, yang bisa

menyebabkan berbagai permasalahan yang berkaitan dengan getaran, diantaranya

kebisingan dan bearing wear yang akan meningkatkan biaya pemeliharaan atau

mempersingkat umur turbin angin. Jika tinggi puncak atap yang dipasangi menara

turbin kira-kira 50% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik optimal bagi energi

angin yang maksimal dan turbulensi angin yang minimal.

2.4.2.1 Kelebihan TSAV

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 10km/jam (6

m.p.h.)

18

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.

2.4.2.2 Kekurangan TSAV

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.

19

2.5 Prinsip Kerja Energi Angin

Turbin angin adalah bagian dari sistem yang lebih besar. Komponen

lainnya dinamakan komponen penyeimbang sistem/ balance of system (BOS) dan

ada beberapa jenis tergantung kepada jenis sistem yang diinstalasi. Tiga jenis

sistem energi angin yang utama bisa dibedakan.

1. Sistem yang Terhubung ke jaringan PLN

Gambar 2.4 Sistem yang Terhubung ke jaringan PLN

Jika jaringan PLN sudah ada di daerah tersebut, maka sistem energi

angin bisa dihubungkan ke jaringan tersebut.

2. Off grid atau sistem berdiri sendiri

20

Sistem tersebut bisa beroperasi tanpa topangan eksterior; sangat sesuai

untuk penggunaan di daerah terpencil.

Gambar 2.5 Sistem Off Grid

3. Sistem Listrik Hybrid

Turbin angin sebaiknya digunakan dengan sumber-sumber energi

lainnya (PV, generator diesel). Ini bisa meningkatkan produksi energi

listrik dari sistem ini dan menurunkan resiko kekurangan energi.

Gambar 2.6 Sistem Listrik Hybrid

21

Energi yang dihasilkan oleh turbin angin dinyatakan sebagai berikut

Energi kinetik yang dihasilkan oleh benda yang bergerak adalah:

=

dimana m adalah massa udara yang mengenai turbin angin, dan v adalah

kecepatan angin. Massa m tersebut dapat diturunkan dari persamaan berikut

dimana adalah densitas udara, A adalah luas daerah yang menyapu turbin angin,

dan d adalah jarak yang ditempuh angin. Daya yang dihasilkan oleh turbin angin

(Pw) merupakan energi kinetik per detik yang dinyatakan oleh

=

Energi aktual yang diserap turbin angin tergantung dari efisiensi turbin

angin yang dinyatakan dalam Cp ( yang merupakan fungsi dari

(perbandingan kecepatan ujung: tip speed ratio) dan (sudut angguk: pitch

angle). Sudut angguk adalah sudut antara bilah turbin dengan sumbu

longitudinal (horisontal). Sedangkan perbandingan kecepatan ujung

didefinisikan sebagai perbandingan antara kecepatan rotor turbin dengan

kecepatan angin, yang dinyatakan oleh persamaan

22

dimana adalah kecepatan sudut turbin angin, dan R adalah jari-jari turbin angin.

Sehingga daya aktual yang diserap turbin angin dinyatakan oleh

(

Dengan menggunakan persamaan diatas, maka torsi yang didefinisikan sebagai

daya dibagi kecepatan sudut putaran dapat dinyatakan sebagai

(

Dimana ( = ( /λ adalah koefisien torsi dari turbin angin.

Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya

sebesar 20%-30%. Jadi rumus daya diatas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3

untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak. Prinsip dasar kerja dari turbin angin

adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir, lalu

putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan

menghasilkan listrik.

Sebenarnya prosesnya tidak semudah itu, karena terdapat berbagai macam sub-

sistem yang dapat meningkatkan safety dan efisiensi dari turbin angin, yaitu :

1. Gearbox Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir

menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60.

2. Brake System 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

23

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.

3. Generator Ini 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. Penyimpan energi Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin

(tidak sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik

24

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.

Penyimpanan energi ini diakomodasi dengan menggunakan alat

penyimpan energi. Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi

sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki mobil. Aki mobil

memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar. Aki 12 volt, 65

Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga (kurang lebih) selama 0.5

jam pada daya 780 watt.

5. Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini memerlukan catu daya

DC (Direct Current) untuk meng-charge/mengisi energi, sedangkan dari

generator dihasilkan catu daya AC (Alternating Current). Oleh karena itu

diperlukan rectifier-inverter untuk mengakomodasi keperluan ini.

2.6 Keuntungan dan Kerugian dari Energi Angin

2.6.1 Keuntungan

Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin

secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal

ini berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya

25

angin yang berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil. Oleh

karenanya tenaga angin dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia

di masa depan. Tenaga angin juga merupakan sumber energi yang ramah

lingkungan, dimana penggunaannya tidak mengakibatkan emisi gas buang

atau polusi yang berarti ke lingkungan.

Emisi karbon ke lingkungan dalam sumber listrik tenaga angin diperoleh

dari proses manufaktur komponen serta proses pengerjaannya di tempat

yang akan didirikan pembangkit listrik tenaga angin. Namun dalam

operasinya membangkitkan listrik, secara praktis pembangkit listrik tenaga

angin ini tidak menghasilkan emisi yang berarti. Jika dibandingkan

dengan pembangkit listrik dengan batubara, emisi karbon dioksida

pembangkit listrik tenaga angin ini hanya seperseratusnya saja. Disamping

karbon dioksida, pembangkit listrik tenaga angin menghasilkan sulfur

dioksida, nitrogen oksida, polutan atmosfir yang lebih sedikit jika

dibandingkan dengan pembangkit listrik dengan menggunakan batubara

ataupun gas.

Namun begitu, ladang angin lepas pantai diharapkan dapat menjadi tempat

pertumbuhan bibit-bibit ikan yang baru. Karena memancing dan berlayar

di daerah sekitar ladang angin dilarang, maka spesies ikan dapat terjaga

akibat adanya pemancingan berlebih di laut.

Meskipun dampak-dampak lingkungan ini menjadi ancaman dalam

pembangunan pembangkit listrik tenaga angin, namun jika dibandingkan

dengan penggunaan energi fosil, dampaknya masih jauh lebih kecil. Selain

26

itu penggunaan energi angin dalam kelistrikan telah turut serta dalam

mengurangi emisi gas buang.

2.6.2 Kerugian

Penetapan sumber daya angin dan persetujuan untuk pengadaan ladang

angin merupakan proses yang paling lama untuk pengembangan proyek

energi angin. Hal ini dapat memakan waktu hingga 4 tahun dalam kasus

ladang angin yang besar yang membutuhkan studi dampak lingkungan

yang luas.

Namun begitu, pembangkit listrik tenaga angin ini tidak sepenuhnya

ramah lingkungan, terdapat beberapa masalah yang terjadi akibat

penggunaan sumber energi angin sebagai pembangkit listrik, diantaranya

adalah dampak visual, derau suara, beberapa masalah ekologi, dan

keindahan.

Dampak visual biasanya merupakan hal yang paling serius dikritik.

Penggunaan ladang angin sebagai pembangkit listrik membutuhkan luas

lahan yang tidak sedikit dan tidak mungkin untuk disembunyikan.

Penempatan ladang angin pada lahan yang masih dapat digunakan untuk

keperluan yang lain dapat menjadi persoalan tersendiri bagi penduduk

setempat. Selain mengganggu pandangan akibat pemasangan barisan

pembangkit angin, penggunaan lahan untuk pembangkit angin dapat

mengurangi lahan pertanian serta pemukiman. Hal ini yang membuat

pembangkitan tenaga angin di daratan menjadi terbatas. Beberapa aturan

27

mengenai tinggi bangunan juga telah membuat pembangunan pembangkit

listrik tenaga angin dapat terhambat.

Gambar 2.7 Pembangkit listrik tenaga angin di daratan

Penggunaan tiang yang tinggi untuk turbin angin juga dapat menyebabkan

terganggunya cahaya matahari yang masuk ke rumah-rumah penduduk.

Perputaran sudu-sudu menyebabkan cahaya matahari yang berkelap-kelip

dan dapat mengganggu pandangan penduduk setempat.

Efek lain akibat penggunaan turbin angin adalah terjadinya derau frekuensi

rendah. Putaran dari sudu-sudu turbin angin dengan frekuensi konstan

lebih mengganggu daripada suara angin pada ranting pohon. Selain derau

dari sudu-sudu turbin, penggunaan gearbox serta generator dapat

menyebabkan derau suara mekanis dan juga derau suara listrik. Derau

mekanik yang terjadi disebabkan oleh operasi mekanis elemen-elemen

yang berada dalam nacelle atau rumah pembangkit listrik tenaga angin.

Dalam keadaan tertentu turbin angin dapat juga menyebabkan interferensi

28

elektromagnetik, mengganggu penerimaan sinyal televisi atau transmisi

gelombang mikro untuk perkomunikasian.

Penentuan ketinggian dari turbin angin dilakukan dengan menganalisa data

turbulensi angin dan kekuatan angin. Derau aerodinamis merupakan fungsi

dari banyak faktor seperti desain sudu, kecepatan perputaran, kecepatan

angin, turbulensi aliran masuk. Derau aerodinamis merupakan masalah

lingkungan, oleh karena itu kecepatan perputaran rotor perlu dibatasi di

bawah 70m/s. Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa penggunaan skala

besar dari pembangkit listrik tenaga angin dapat merubah iklim lokal

maupun global karena menggunakan energi kinetik angin dan mengubah

turbulensi udara pada daerah atmosfir.

Pengaruh ekologi yang terjadi dari penggunaan pembangkit tenaga angin

adalah terhadap populasi burung dan kelelawar. Burung dan kelelawar

dapat terluka atau bahkan mati akibat terbang melewati sudu-sudu yang

sedang berputar. Namun dampak ini masih lebih kecil jika dibandingkan

dengan kematian burung-burung akibat kendaraan, saluran transmisi listrik

dan aktivitas manusia lainnya yang melibatkan pembakaran bahan bakar

fosil. Dalam beberapa studi yang telah dilakukan, adanya pembangkit

listrik tenaga angin ini dapat mengganggu migrasi populasi burung dan

kelelawar. Pembangunan pembangkit angin pada lahan yang bertanah

kurang bagus juga dapat menyebabkan rusaknya lahan di daerah tersebut.

Ladang angin lepas pantai memiliki masalah tersendiri yang dapat

mengganggu pelaut dan kapal-kapal yang berlayar. Konstruksi tiang

29

pembangkit listrik tenaga angin dapat mengganggu permukaan dasar laut.

Hal lain yang terjadi dengan konstruksi di lepas pantai adalah

terganggunya kehidupan bawah laut.

Gambar 2.8 Ladang pembangkit angin lepas pantai

Dalam operasinya, pembangkit listrik tenaga angin bukan tanpa kegagalan

dan kecelakaan. Kegagalan operasi sudu-sudu dan juga jatuhnya es akibat

perputaran telah menyebabkan beberapa kecalakaan dan kematian.

Kebakaran pada turbin angin dapat terjadi dan akan sangat sulit untuk

dipadamkan akibat tingginya posisi api sehingga dibiarkan begitu saja

hingga terbakar habis. Hal ini dapat menyebarkan asap beracun dan juga

dapat menyebabkan kebakaran berantai yang membakar habis ratusan acre

lahan pertanian.

30

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari isi makalah ini penulis menyimpulkan :

3.1.1 Sejarah peggunaan energi angin adalah, energi angin telah lama

dikenal dan dimanfaatkan manusia. Sejak zaman dahulu, orang

telah memanfaatkan energi angin. Lebih dari 5.000 tahun yang lalu,

orang Mesir kuno menggunakan angin untuk berlayar kapal di

Sungai Nil. Kemudian, orang-orang membangun kincir angin

untuk menggiling gandum dan biji-bijian lainnya. Kekurangan

minyak pada 1970-an mengubah gambaran mengenai energi untuk

negara dan dunia. Ini menciptakan suatu kepentingan sumber

energi alternative baru, membuka jalan bagi masuknya kembali

kincir angin untuk menghasilkan listrik. Pada awal 1980-an energi

angin menjadi sangat luar biasa di California, sebagian besar

karena kebijakan negara yang mendorong sumber energi

terbarukan. Dukungan untuk pembangunan angin telah menyebar

ke negara lain.

3.1.2 Proses terbentuknya energi angin adalah, karena adanya angin.

Angin disebabkan oleh pemanasan sinar matahari yang tidak

merata di atas permukaan bumi. Udara yang lebih panas akan

mengembang menjadi ringan dan bergerak naik ke atas, sedangkan

31

udara yang lebih dingin akan lebih berat dan bergerak menempati

daerah tersebut. Perbedaan tekanan atmosfer pada suatu daerah

yang disebabkan oleh perbedaan temperatur akan menghasilkan

sebuah gaya. Perbedaan dalam tekanan dinyatakan dalan istilah

gradien tekanan merupakan laju perubahan tekanan karena

perbedaan jarak. Gaya gradien merupakan gaya yang bekerja

dalam arah dari tekanan lebih tinggi ketekanan yang lebih rendah.

3.1.3 Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi

mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran

kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan

menghasilkan listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan

kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Turbin angin

sederhana terdiri dari sebuah roda atau rotor yang dilengkapi

dengan baling-baling (propeller) atau sudu-sudu (blade). Baling-

baling atau sudu-sudu inilah yang berfungsi untuk menangkap

energi angin sehingga dapat membuat roda atau rotor turbin

tersebut berputar. Energi putaran rotor turbin kemudian diteruskan

melalui batang penggerak (drive shaft) untuk menjalankan

generator listrik. Jadi, komponen- komponen utama pada mesin

pembangkit listrik tenaga angin adalah sebagai berikut.

Rotor, yaitu komponen yang berfungsi untuk mengubah energi

angin menjadi energi gerak atau mekanik.

32

Batang penggerak, yaitu komponen yang berfungsi untuk

meneruskan energi gerak atau mekanik menjadi energi listrik.

Biasanya, turbin angin yang digunakan untuk menggerakkan

generator listrik dilengkapi dengan komponen- komponen alat yang

dapat meningkatkan kecepatan sudut rotor. Sementara itu, alat

pengatur kecepatan merupakan alat yang dirancang sedemikian

rupa untuk membuat putaran turbin sesuai dengan spesifikasi

generator listrik yang dipasang.

3.1.4 Keuntungan dari energi angin adalah :

Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga

adalah sifatnya yang terbarukan.

Emisi karbon dioksida pembangkit listrik tenaga angin ini

hanya seperseratus saja dari emisi pembangkit listrik dengan

batubara.

Ladang angin lepas pantai diharapkan dapat menjadi tempat

pertumbuhan bibit-bibit ikan yang baru.

Konversi energi angin dapat terjadi pada siang ataupun malam

hari

3.1.5 Kerugian dari energi angin adalah :

Akibat pemasangan barisan pembangkit angin, penggunaan

lahan untuk pembangkit angin dapat mengurangi lahan

pertanian serta pemukiman.

33

Penggunaan tiang yang tinggi untuk turbin angin juga dapat

menyebabkan terganggunya cahaya matahari yang masuk ke

rumah-rumah penduduk.

Perputaran sudu-sudu menyebabkan cahaya matahari yang

berkelap-kelip dan dapat mengganggu pandangan penduduk

setempat.

Putaran dari sudu-sudu turbin angin dengan frekuensi konstan

lebih mengganggu daripada suara angin pada ranting pohon.

Dalam keadaan tertentu turbin angin dapat juga menyebabkan

interferensi elektromagnetik, mengganggu penerimaan sinyal

televisi atau transmisi gelombang mikro untuk

perkomunikasian

Pengaruh ekologi yang terjadi dari penggunaan pembangkit

tenaga angin adalah terhadap populasi burung dan kelelawar.

Konstruksi tiang pembangkit listrik tenaga angin dapat

mengganggu permukaan dasar laut. Hal lain yang terjadi

dengan konstruksi di lepas pantai adalah terganggunya

kehidupan bawah laut.

3.2 Saran

Pada makalah ini penulis memberikan saran, sebagai berikut:

3.2.1 Untuk meningkatkan efisiensi dan mengoptimalkan kinerja dari

turbin pembangkit listrik tenaga angina, sebaiknya digunakan angin

34

kelas 3 sampai dengan kelas 8 agar energi angin yang dapat

dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.

3.2.2 Pengembangan teknologi pembangkit listrik jenis energi angin

terus perlu dilakukan agar membantu kebutuhan energi, khususnya

energi listrik.

3.2.3 Selain itu juga perlu terus dilakukan studi mengenai penggunaan

energi angin ini agar tercipta lebih banyak inovasi dan teknologi ini

di serta agar penggunaan energi angin terus mengalami

penyempurnaan hinga menjadi lebih baik

35

DAFTAR PUSTAKA

I N. Budiastra, IA. Dwi Giriantari, Wyn. Artawijaya, Cok. Indra Partha.

Pemanfaatan Energi Angin Sebagai Energi Alternatif Pembangkit Listrik

Di Nusa PenidaDan Dampaknya Terhadap Lingkungan. Jurusan Teknik

Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana

Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat. 2012. Energi Yang Terbarukan.

Kedutaan Besar Kerajaan Denmark. Jakarta

Ristek. 2012. Bantul Jadi Percontohan Energi Hibrid.

http://ristek.go.id/index.php/module/News+News/id/10759 id. 6 Oktober

2013[19.00]

Soetedjo, A. Lomi, A. Nakhoda, Y.I. 2006. Pemodelan Sistem Pembangkit Listrik

Hibrid Angin dan Surya. Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi

Nasional (ITN).Malang

Staf Edukatif Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya. 2011. Desain

Dan Uji Unjuk Kerja Kincir Angin. Palembang. Politeknik Negeri

Sriwijaya. Palembang

Syahrul . Prospek Pemanfaatan Energi Angin Sebagai Energi Alternatif Di

Daerah Pedesaan. Jurusan Pendidikan Teknik Elektro. UNM

Zamzam, Allifa . 2011. Penyediaan Energi Angin. Politeknik Negeri Bandung.

Bandung