Pembangkit Listrik Tenaga Angin terlihat seperti baling-baling pesawat yang berjalan di tempat — berputar tetapi tidak bergerak ke mana-mana. Namun, mereka melayani tujuan yang sangat berguna. Ada energi yang terkunci dalam angin dan rotor raksasa mereka dapat menangkap sebagian dan mengubahnya secara instan menjadi listrik. Pernahkah Anda berhenti untuk bertanya-tanya bagaimana Pembangkit Listrik Tenaga Angin bekerja? Mari kita lihat lebih dekat!
Apa itu
Pembangkit listrik tenaga angin atau turbin angin pada dasarnya berbentuk seperti baling-baling yang disangga oleh tiang. Baling-baling pada turbin angin dirancang untuk menangkap energi angin dan memutar bagian poros yang terhubung ke generator.
Generator tersebut lalu mengubah energi putaran menjadi energi listrik. Sebagian besar turbin angin memiliki ketinggian sekitar 100 meter dengan baling-baling sepanjang 60 meter. Terdapat dua jenis turbin angin, yaitu dengan baling-baling horizontal dan baling-baling vertikal.
Pembangunan pembangkit listrik tenaga angin harus memperhitungkan kondisi geografis suatu wilayah. Penentuan lokasi pembangunan dilakukan antara lain berdasarkan peta angin untuk mengetahui kecepatan angin yang bertiup di wilayah tersebut serta peta topografi untuk menentukan rancangan konstruksi turbin angin.
Suatu kompleks pembangkit listrik tenaga angin dapat terdiri atas puluhan hingga ratusan turbin angin. Daya listrik yang dapat dihasilkan berkisar antara 700 KW hingga 1,8 MW. Di samping itu, biaya yang harus dikeluarkan untuk pembangunan dan perawatan turbin angin terbilang rendah.
Kincir angin menangkap energi, contoh ilmu terapan.Di Amerika Serikat, biaya listrik tenaga angin hanya sekitar 3 hingga 5 sen per kwh. Saat ini, kompleks pembangkit listrik tenaga angin terbesar di dunia adalah Gansu Wind Farm yang terdapat di Provinsi Gansu, Cina. Kompleks ini memiliki lebih dari 3.500 turbin angin dan direncanakan dapat membangkitkan daya sebesar 20.000 MW pada tahun 2020.
Komponen
Turbin, seperti yang ada di ladang angin, adalah mesin yang berputar dalam fluida yang bergerak (cair atau gas) dan menangkap sebagian energi yang lewat. Semua jenis mesin menggunakan turbin, dari mesin jet hingga pembangkit listrik tenaga air dan dari lokomotif kereta api diesel hingga kincir angin. Bahkan kincir angin mainan anak-anak adalah bentuk turbin sederhana.
Baling-baling besar di bagian depan turbin angin adalah bagian “turbin”. Bilahnya memiliki bentuk lengkung khusus, mirip dengan sayap airfoil di pesawat. Saat angin bertiup melewati sayap, ia akan menggerakkannya ke atas dengan gaya yang kita sebut gaya angkat; ketika ia bertiup melewati bilah turbin, ia malah memutarnya.
Angin kehilangan sebagian energi kinetiknya (energi gerak) dan turbin bertambah banyak. Seperti yang Anda perkirakan, jumlah energi yang dihasilkan turbin sebanding dengan luas area yang disapu bilah rotornya; Dengan kata lain, semakin panjang bilah rotor, semakin banyak energi yang dihasilkan turbin. Jelas, angin yang lebih cepat juga membantu: jika angin bertiup dua kali lebih cepat, ada potensi delapan kali lebih banyak energi yang tersedia untuk panen turbin. Itu karena energi angin sebanding dengan pangkat tiga dari kecepatannya.
Angin bervariasi sepanjang waktu sehingga listrik yang dihasilkan oleh satu turbin angin juga bervariasi. Menghubungkan banyak turbin angin menjadi satu pertanian besar, dan menghubungkan banyak ladang angin di berbagai daerah ke dalam jaringan listrik nasional, menghasilkan pasokan yang jauh lebih stabil secara keseluruhan.
Bagian penting lainnya adalah kotak roda gigi yang persnelingnya mengubah putaran bilah pemintal yang relatif lambat menjadi gerakan berkecepatan lebih tinggi — memutar poros penggerak cukup cepat untuk menyalakan generator listrik.
Generator adalah bagian penting dari semua turbin dan Anda dapat menganggapnya seperti versi dinamo yang sangat besar dan ditingkatkan pada sepeda. Saat Anda mengendarai sepeda, dinamo yang menyentuh roda belakang berputar dan menghasilkan listrik yang cukup untuk membuat lampu menyala. Hal yang sama terjadi pada turbin angin, hanya generator “dinamo” yang digerakkan oleh bilah rotor turbin bukan oleh roda sepeda, dan “lampu” adalah lampu di rumah seseorang yang jauhnya bermil-mil. Dalam praktiknya, turbin angin menggunakan berbagai jenis generator yang sama sekali tidak seperti dinamo.
Cara Kerja
- Angin (udara bergerak yang mengandung energi kinetik) bertiup ke arah baling-baling turbin.
- Rotor berputar, menangkap sebagian energi kinetik dari angin, dan memutar poros penggerak pusat yang mendukungnya. Meskipun tepi luar bilah rotor bergerak sangat cepat, poros tengah (poros penggerak) yang terhubung dengannya berbelok cukup lambat.
- Di sebagian besar turbin modern besar, bilah rotor dapat berputar di hub di bagian depan sehingga bertemu dengan angin pada sudut terbaik (atau “nada”) untuk memanen energi. Ini disebut mekanisme kontrol nada.
- Pada turbin besar, motor listrik kecil atau ram hidraulik memutar bilah bolak-balik di bawah kendali elektronik yang presisi. Pada turbin yang lebih kecil, kontrol pitch seringkali sepenuhnya mekanis. Namun, banyak turbin memiliki rotor tetap dan tidak ada kontrol nada sama sekali.
- Di dalam nacelle (badan utama turbin yang berada di atas menara dan di belakang bilah), gearbox mengubah putaran kecepatan rendah dari poros penggerak (mungkin, 16 putaran per menit, rpm) menjadi kecepatan tinggi (mungkin, 1600 rpm) cukup cepat untuk menggerakkan generator secara efisien.
- Generator, tepat di belakang gearbox, mengambil energi kinetik dari poros penggerak pemintalan dan mengubahnya menjadi energi listrik. Bekerja pada kapasitas maksimum, generator turbin 2MW akan menghasilkan daya 2 juta watt pada sekitar 700 volt.
- Anemometer (alat pengukur kecepatan otomatis) dan baling-baling angin di bagian belakang nacelle memberikan pengukuran kecepatan dan arah angin.
- Dengan menggunakan pengukuran ini, seluruh bagian atas turbin (rotor dan nacelle) dapat diputar oleh motor yaw, dipasang di antara nacelle dan menara, sehingga menghadap langsung ke arah angin yang akan datang dan menangkap jumlah energi maksimum. Jika terlalu berangin atau turbulen, rem diterapkan untuk menghentikan rotor agar tidak berputar (untuk alasan keamanan). Rem juga diterapkan selama perawatan rutin.
- Arus listrik yang dihasilkan oleh generator mengalir melalui kabel yang mengalir melalui bagian dalam menara turbin.
- Trafo step-up mengubah listrik menjadi sekitar 50 kali tegangan lebih tinggi sehingga dapat disalurkan secara efisien ke jaringan listrik (atau ke gedung atau komunitas terdekat). Jika listrik mengalir ke jaringan, itu diubah menjadi tegangan yang lebih tinggi (130.000 volt atau lebih) oleh gardu induk di dekatnya, yang melayani banyak turbin.
- Rumah menikmati energi bersih dan hijau: turbin tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca atau polusi saat beroperasi.
- Angin terus bertiup melewati turbin, tetapi dengan kecepatan dan energi yang lebih sedikit (untuk alasan yang dijelaskan di bawah) dan lebih banyak turbulensi (karena turbin telah mengganggu alirannya).