06 October 2021 30002
Reasuransi Umum

Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) dan Mekanisme Kegagalan pada Turbin Angin

 maesha0
Sumber: https://media.nationalgeographic.org/assets/photos/818/719/3d97f911-594f-4257-880c-d9aa1c6da22d.jpg

Pada tahun 2018, Indonesia patut berbangga dengan beroperasinya pembangkit listrik bertenaga angin (PLTB) pertama yang terletak di Desa Mattirotasi, Kabupaten Sidrap, Sulawesi Tengah. Pembangkit tersebut memiliki kapasitas yang besar, mencapai 75 MW, yang  terdiri dari 30 turbin angin yang tersebar di lahan seluas 100 hektar. Terealisasinya PLTB tersebut menjadi salah satu bukti keseriusan Indonesia dalam pemanfaatan sumber energi terbarukan. Di negara-negara lain, terutama negara-negara di Eropa Barat seperti Belanda dan Jerman, pemanfaatan energi angin dalam memenuhi kebutuhan konsumsi listrik sudah sejak lama dilakukan. Hal tersebut dilakukan seiring dengan meningkatnya kekhawatiran akan perubahan iklim dan pemanasan global sebagai akibat dari tingginya emisi karbon yang timbul dari penggunaan sumber energi fosil.

Pemanfaatan energi angin sebenarnya sudah dilakukan sejak seribu tahun yang lalu[1]. Salah satunya adalah melalui teknologi kincir angin tradisional yang acap dijumpai di Belanda untuk keperluan penggilingan padi. Namun, pemanfaatan energi angin untuk pembangkitan listrik masih tergolong baru jika dibandingkan dengan pembangkit listrik berbahan bakar fosil dan juga pembangkit listrik tenaga air. Percobaan pertama dalam pemanfaatan angin untuk menghasilkan listrik dilakukan di Glasgow, Skotlandia, di tahun 1887[1]

Berdasarkan Rencana Umum Energi Nasional (RUEN), energi angin merupakan salah satu sumber energi yang akan diprioritaskan dalam pemenuhan konsumsi energi nasional. Potensi energi angin di Indonesia yang dapat dimanfaatkan mencapai 60,647 MW[2]. Provinsi dengan potensi energi angin terbesar adalah Nusa Tenggara Timur dengan nilai energi sebesar 10,188 MW. Provinsi kedua dengan potensi angin terbesar adalah Jawa Timur dengan energi angin mencapai 7,907 MW. DKI Jakarta, mengingat kondisi geografisnya yang berada di dataran rendah serta dipadati dengan bangunan bangunan, memiliki potensi terendah dari seluruh provinsi di Indonesia, yaitu hanya sebesar 4 MW. Hal ini menjadi tantangan tersendiri mengingat DKI Jakarta menjadi salah satu provinsi dengan konsumsi energi listrik terbesar se-Indonesia.

Secara mekanisme, cara kerja PLTB memiliki prinsip yang sama dengan PLTA. Perbedaannya, pada PLTB, energi kinetik yang dimanfaatkan untuk memutar turbin adalah energi kinetik yang berasal dari aliran angin. Bentuk sudu turbin dirancang dengan memperhitungkan sifat-sifat aerodinamika yang umumnya dikenal dengan nama aerofoil. Seperti halnya pada desain sayap pesawat terbang, angin yang mengalir ke permukaan sudu turbin akan menghasilkan gaya angkat (lift force) pada sudu turbin. Gaya angkat tersebut lah yang berperan dalam terputarnya sudu turbin.  Skema gaya angkat dapat dilihat pada Gambar 1 di bawah ini.

 
 maesha01

Gambar 1. Skema gaya angkat pada turbin angin
Sumber: https://science.howstuffworks.com/environmental/green-science/wind-power.htm
 
Karakteristik angin yang dapat dimanfaatkan pada PLTB adalah angin yang mengalir secara laminar (mengalir secara teratur) dengan kecepatan antara 4 m/s hingga 25 m/s. Angin dengan kecepatan 4 m/s dianggap sebagai kecepatan minimal angin agar dapat memutar turbin dengan kapasitas pembangkitan listrik yang kecil, sedangkan 25 m/s merupakan kecepatan maksimum angin yang tidak mengganggu kekuatan struktur turbin angin. Hal ini lah yang menyebabkan mayoritas turbin angin dibangun di daerah dengan lahan yang luas, tanpa adanya bangunan, struktur geografis dan benda-benda lainnya yang mengganggu aliran angin. Jika turbin angin dibangun di daerah perkotaan yang padat dengan bangunan, maka aliran angin menjadi terganggu dan turbulen (mengalir secara acak), sehingga sulit untuk menghasilkan gaya angkat yang cukup untuk memungkinan perputaran sudu turbin.
Struktur utama dari turbin angin secara garis besar terdiri dari sudu turbin atau dikenal juga dengan istilah baling-baling, nacelle dan tiang penyangga. Ukuran sudu turbin bervariasi, bergantung dengan kapasitas energi listrik yang dihasilkan. Turbin angin di PLTB Sidrap memiliki diameter sebesar 57 m dengan kapasitas sebesar 2.5 MW, sedangkan turbin angin terbesar di dunia yang kini sedang dikembangkan oleh MingYang Smart Energy, sebuah perusahaan turbin angin dari Tiongkok, memiliki diameter sebesar 117 m dengan kapasitas sebesar 16 MW. Lalu, nacelle merupakan komponen berbentuk oval yang didalamnya bernaung komponen elektrik dan mekanik seperti rem, gearbox, poros dan generator. Sudu turbin terhubung dengan generator melalui poros (shaft) dan gearbox. Gearbox berfungsi untuk mengubah kecepatan putar dari sudu turbin agar sesuai dengan spesifikasi putaran pada generator. Dengan adanya poros dan gearbox, saat sudu turbin berputar sebagai akibat dari adanya aliran angin, generator ikut berputar dan menghasilkan listrik. Struktur turbin angin ditunjukan pada Gambar 2.

 
 maesha02

Gambar 2. Struktur Turbin Angin
Sumber: https://science.howstuffworks.com/environmental/green-science/wind-power.htm
 
Sistem turbin angin juga didukung oleh dua komponen elektrik yang fungsinya untuk mengondisikan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin. Aliran angin yang dimanfaatkan untuk pembangkitan bersifat transient (selalu berubah kecepatan dan energinya setiap waktu). Akibatnya, listrik yang dihasilkan turbin angin pun tidak konstan. Apabila listrik ini langsung dialirkan ke beban, maka besar kemungkinan dapat merusak sistem transmisi dan distribusi listrik akibat dari ketidaksesuaian besar energi listrik dan beban. Dengan demikian, sebelum dialirkan ke beban, listrik terlebih dahulu dibuat stabil dengan menggunakan komponen bernama inverter. Selanjutnya, listrik akan mengalir ke transformer untuk diubah arus dan tegangannya agar sesuai dengan spesifikasi dari sistem transmisi dan distribusi listrik dan dapat dialirkan ke pengguna. Kelebihan dan kekurangan PLTB dirangkum pada tabel berikut.

Book1
 


Referensi
[1] https://www.renewableenergyworld.com/storage/history-of-wind-turbines/#gref
[2] Rencana Umum Energi Nasional (RUEN)

Penulis

Maesha Gusti Rianta ST., M.Sc

Email: maesha@indonesiare.co.id