ISSN: 2549-3698 (printed)/ 2549-3701 (online)
Analisa Potensi Energi Angin Dengan Distribusi Weibull Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) Banda Aceh
Muhammad Rizal Fachri 1) , Hendrayana 2)
1) Pendidikan Teknik Elektro, Fakultas Tarbiyah dan Keguruan Universitas Islam Negeri Ar-Raniry Banda Aceh e-mail: m.rizalfachri@gmail.com
2) Magister Teknik Elektro Universitas Syiah Kuala Universitas Syiah Kuala e-mail: Hendra_unida@yahoo.com

## Abstract
Energy needs in Indonesia in particular and the world in general continue to rise due to population growth, economic growth and energy consumption patterns themselves are constantly increasing. One of the fast growing renewable energy in the world today is wind energy. Wind energy is a renewable energy that is very flexible. In general, the utilization of wind power in Indonesia is less attention. Until 2004, the installed capacity of wind power utilization is only up to 0.5 MW from 9:29 GW potential.  One method used to  measure  the  wind  energy  potential  of  wind  energy  for  electricity  generation  is  by  using  the  Weibull method. From the analysis that has been carried out by the method of Weibull can be concluded that the wind energy potential of wind energy for electricity generation in Banda Aceh does not meet the eligibility criteria
Keywords : renewable energy, PLTB, Hybrid

## Abstrak
Kebutuhan  energi  di  Indonesia  dan  dunia  pada umumnya  terus  meningkat  sesuai  dengan pertumbuhan  penduduk,  pertumbuhan  ekonomi  dan pola  konsumsi  energi itu  sendiri.  Salah  satu  energi terbarukan yang berkembang pesat di dunia saat ini adalah energi angin. Energi angin merupakan energi terbarukan  yang  sangat  fleksibel.  Secara  umum,  pemanfaatan  tenaga  angin  di  Indonesia  kurang mendapat perhatian dari  pihak/instansi  terkait.  Hingga tahun  2004,  kapasitas  terpasang pada pemanfaatan  tenaga  angin  hanya  sampai  0,5  MW  dari  9:29  GW.  Salah  satu  metode  yang  digunakan untuk  mengukur  potensi  energi  angin  untuk digunakan  sebagai pembangkit  listrik  dengan  menggunakan metode  Weibull.  Dari  analisis  yang  telah  dilakukan  dengan menggunakan metode  Weibull  dapat ditarik kesimpulan bahwa  potensi  energi angin, untuk dimanfaatkan  sebagai pembangkit  listrik  di  Banda  Aceh tidak memenuhi kriteria kelayakan.
Kata kunci: energy listrik terbarukan, PLTB, Hybrid

## 1. Pendahuluan
Kebutuhan energi di dunia dan khususnya di Indonesia terus meningkat seiring dengan laju pertambahan  penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola konsumsi energi  itu sendiri  yang senantiasa  meningkat.  Peranan  yang  sangat  besar  saat  ini  yaitu  energi  fosil  yang  selama  ini menjadi  sumber  energi  utama.  Upaya-upaya  pencarian  sumber  energi  alternatif  selain  fosil
menyemangati  para  peneliti  di  berbagai  negara  untuk  mencari  energi  lain  yang  kita  kenal sekarang dengan istilah energi terbarukan.
Energi  terbarukan  dapat  didefinisikan  sebagai  energi  yang  secara  cepat  dapat diproduksi  kembali  melalui  proses  alam.  Energi  terbarukan  meliputi  energi  air,  panas  bumi, matahari,  angin,  biogas,  bio  mass  serta  gelombang  laut.  Salah  satu  energi  terbarukan  yang sedang  berkembang pesat saat ini ialah energi  angin selain fleksibel, energi  angin juga sering dimanfaat untuk bidang pertanian, perikanan dan bahkan bisa untuk pembangkitan energi listrik [1-2].
Potensi energi angin di Indonesia dengan kecepatan angin rata-rata sekitar 3-5 m/s dan total daya yang dapat dibangkitkan sebesar 9.290 MW, ini merupakan salah satu potensi energi yang cukup besar, mengingat di Indonesia hanya memanfaatkannya sekitar 1% dari potensinya [3].  Berdasarkan  uraian  di  atas,  peneliti  bertujuan  untuk  menganalisis  potensi  energi  angin dengan  distribusi  weibull  untuk  Pembangkit Listrik  Tenaga  Bayu  (PLTB)  sekitar kota  Banda Aceh,  Propinsi  Aceh,  Indonesia  sebagai  energi  alternatif  untuk  dapat  di  hybridkan  dengan pembangkit yang telah ada.

## 2. Landasan Teori

## 2.1 Energi Angin
Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan tinggi menuju ke tekanan rendah atau sebaliknya  yaitu dari suhu  udara  yang rendah ke suhu udara  yang  lebih tinggi.  Penyebab dari pergerakan  ini  adalah  pemanasan  bumi  oleh  radiasi  matahari.  Udara  di  atas  permukaan  bumi selain  di  panaskan  oleh  matahari  secara  langsung,  juga  mendapat  pemanasan  dari  radiasi matahari. Kondisi bumi  yang  tidak  homogen,  sehingga  terjadi  perbedaan  suhu  dan  tekanan udara  antara  daerah  yang  menerima  energi  panas  lebih  besar  dengan  daerah  lain  yang  lebih sedikit menerima energi panas, Mengakibatkan terjadinya aliran udara pada wilayah tersebut.
Pada  Pembangkit  Listrik Tenaga Bayu  (PLTB),  energi  angin  biasanya  dimanfaatkan untuk  memutar  bagian  yang  bergerak,  dimana  energi  angin  dikonversikan  menjadi  energi mekanik  dan  diubah  kembali  menjadi  energi  listrik.  Energi  listrik  yang  dihasilkan  maka  dapat ditransmisikan dan didistribusikan untuk kebutuhan pelanggan – pelanggan listrik. Prinsip kerja dari  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Bayu  (PLTB)  seperti  yang  ditunjukan  pada  gambar  1  seperti berikut:
Gambar 1. Sistem kerja pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB)
e-ISSN  2549-3701
Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) merupakan energi yang terkandung dalam tiupan angin yang dikonversikan menjadi energi kinetik. Energi kinetik (Eb) dalam satuan (joule) yang dimiliki massa bayu (m) dengan kecepatan v dapat dirumuskan [4].
(1)
Sedangkan, daya dari sebuah masa udara yang mengalir pada kecepatan v dan sebuah area lintasan angin A dapat dikalkulasikan sebagai:
(2)
Dimana: ρ = masa jenis udara (kg m-3); V = kecepatan angin (ms-1).
Area  lintasan  angin  (A)  merupakan  luas  dari  area  hembusan  angin  yang  melewati sebuah  turbin.  Area  lintasan  angin  (A)  memiliki  daerah  lintasan  membentuk  lingkaran  dengan jari – jari lintasan angin sama dengan jari-jari rotor (R). Sehingga area lintasan angin (A) dapat direpresentsikan sebagai berikut.
(3)
Maka daya mekanik yang dihasilkan dari energi angin [4]:

## (4)
Cp  Lazim  merupakan  koefisien  dari  daya  rotor  atau  efisiensi  rotor nilai  Cp  maksimum adalah:  0,59.  Daya  aktual  maksimum  berbanding  lurus  dengan  V3,  jadi  data  kecepatan  angin sangatlah penting untuk mengetahui hasil akhir dari analisis daya mekanik.

## 3. Metodologi Penelitian

## 3.1 Distribusi Weibull
Data angin ini juga akan didekati dengan suatu fungsi kontinyu berupa distribusi Weibull untuk  mendapatkan  prediksi  yang  akurat  mengenai  keluaran  turbin  angin  dan  juga  untuk mengetahui  karakteristik  pola  angin.  Nilai  kecepatan  angin  selalu  berubah  setiap  waktu.  Data kecepatan angin yang diamati dalam periode waktu dapat dianalisis dan memberikan informasi tentang  persentase  waktu  yang  kecepatan  dalam  rentang  tertentu.  Untuk  menganalisis  data biasanya disajikan dalam bentuk distribusi frekuensi.
Ada  beberapa  fungsi  kepadatan  probabilitas,  yang  dapat  digunakan  untuk  menyajikan kurva frekuensi kecepatan angin. Distribusi Weibull adalah distribusi statistik yang paling umum digunakan  untuk  mewakili  data  kecepatan  angin.  Fungsi  ini  memiliki  keuntungan  sehingga memungkinkan untuk cepat menentukan produksi energi angin tahunan turbin angin diberikan.
Dalam  distribusi Weibull ,  variasi  dalam  kecepatan  angin  ditandai  dengan  dua  fungsi yaitu  fungsi  kepadatan  probabilitas  dan  Fungsi  distribusi  kumulatif.  Fungsi  Distribusi  Kumulatif F(V)  menunjukkan  fraksi  atau  kemungkinan  di  mana  kecepatan  angin  tertentu  lebih  kecil  atau sama dengan suatu kecepatan angin referensi dan didefinisikan dengan formulasi berikut [4]:
(5)
Sedangkan Fungsi Densitas Probabilitas f(V) dan Fungsi Distribusi Durasi S(V) masing- masing didefinisikan sebagai :
(6)
Dan
(7)
Gambar 2. Karakteristik Weibull , k=1,2,3 [4]
Gambar 3. Karakteristik W eibull , k = 2, c =8 sampai 16 [4]
Pada  gambar  3  dan  4  menujukan  ilustrasi  dari  karakteristik Weibull dimana  k  sebagai parameter bentu sedangakan c sebagai parameter skala.
e-ISSN  2549-3701

## 3.2 Data Potensi Angin di Banda Aceh
Kapasitas  daya  terpasang  untuk  pembangkit  listrik  tenaga  angin  didunia  sebesar 196.630 GW di antaranya:
 China 26.010 /12.210/ 44.733 MW
 USA 35.195 /25.170/ 40.180 MW,
 Jerman 25.777 /23.903/ 27.215 MW,
 Spain 19.145/ 16.754/ 20.676 MW,
 India 10.125/ 9.645/ 13.065 MW,
 Indonesia ~ 2 MW
Implementasi  pembangkit  listrik  tenaga  angin  di  dunia  dapat dilihat  pada  tabel  berikut ini:

## Gambar 4 Kapasitas Daya Terpasang PLTB
Di Indonesia potensi  energi angin  yang terbesar terdapat di selatan pulau Jawa, Nusa Tenggara Barat, Nusa Tenggara Timur, Sulawesi Tenggara dan Maluku. Peta potensi angin di Indonesia dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 5 Peta Potensi Energi Angin di Indonesia
Daerah  Aceh  terletak  di  kawasan  paling  ujung  dari  bagian  utara  Pulau  Sumatera dengan luas areal 58.357.63 km2. Letak geografis Provinsi Aceh terletak antara 2o-6o Lintang Utara  dan  95o-98o  Lintang  Selatan  dengan  ketinggian  rata-rata  125  meter  diatas  permukaan laut. Provinsi paling barat Indonesia ini dibatasi oleh:
1. Selat Malaka di sebelah Utara dan Timur
2. Provinsi Sumatera Utara di sebelah Selatan
3. Samudera Indonesia di sebelah Barat

## Gambar 6 Peta Provinsi Aceh
Letak lokasi penelitian yang dilakukan seperti yang ditunjukan pada gambar 6 yaitu kota Banda Aceh Propinsi Aceh, dimana data hasil pengukuran kecepatan angin, kelembapan serta tekanan udara nanti ditunjukan pada tabel 1 pada bab hasil dan pembahasan.

## 4. Hasil Dan Pembahasan
Data  kecepatan  angin,  tekanan  udara,  dan  kelembaban  di  provinsi Aceh  dapat diperoleh dari Badan Pusat Statistik Aceh yang terletak di Blang Bintang kabupaten Aceh Besar ditunjukkan pada tabel berikut ini:
e-ISSN  2549-3701
Bulan Kecepatan Angin Tekanan Udara Kelembaban -1 -2 -3 -4 Januari 5 1 009,4 82 Februari 4,5 1 009,6 84 Maret 4,8 1 009,4 84 April 4,5 1 009,5 82 Mei 5,3 1 009,3 78 Juni 5,6 1 008,7 68 Juli 4,9 1 008,8 73 Agustus 5 1 009,4 76 September 4,9 1 010,1 78 Oktober 4,8 1 009,4 80 Nopember 4,7 1 009,3 84 Desember 4,4 1 009,3 84 Rata-rata 4,9 1 009,4 79,4
Sumber : BMKG, Stasiun Meteorologi Blang Bintang Banda Aceh Tabel 1 Data Kecepatan Angin, Tekanan Udara dan Kelembaban daerah Banda Aceh Prov. Aceh Tahun 2014
Pada tabel  dapat di lihat bahwa kecepatan angin rata-rata di  aceh adalah 4,9 m/detik, tertinggi  terjadi  pada  bulan  Mei  dan Juni  yaitu  5,6  m/detik,  sedangkan  kecepatan  angin terendah terjadi pada bulan Desember yaitu 4,4 m/detik. Untuk menganalisa energi yang dapat dihasilkan dari potensi angin berdasarkan data-data kecepatan angin yang telah diperoleh, hasil yang  di  dapat  dengan menggunakan  metode  distribusi Weibull ditunjukkan  pada  grafik  berikut ini:
Gambar 7 Grafik Distribusi Frekuensi Weibull dan Potensi Energi
Dari grafik tersebut terlihat, daya yang dihasilkan tidak sebanding dengan potensi angin yang  ada  dimana  probalita  distribusi  frekuensi  kecepatan  angin  yang  terbanyak  terjadi  pada kecepatan  1,5 – 3,5  m/detik  tidak  menyentuh  grafik  daya  terbangkit  sehingga  potensi  energi angin  untuk  pembangkit  listrik  tenaga  angin  ini  tidak  potensial  untuk  dilanjutkan pembangunannya.

## 5. Kesimpulan
Dari  pengolahan  data  yang  diperoleh  serta  hasil  yang  telah  dikemukan  bahwa  dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
1. Salah  satu  metode  yang  digunakan  untuk  mengukur  potensi  energi  angin  untuk pembangkit listrik tenaga bayu adalah dengan menggunakan metode Weibull.
2. Berdasarkan  data  yang  diperoleh  kecepatan  angin  yang  terjadi  di  Banda  Aceh  rata-rata tiap tahunnya sebesar 4,9 m/detik.
3. Probalita distribusi frekuensi kecepatan angin yang terbanyak terjadi pada kecepatan 1,5 – 3,5  m/detik,  sehingga  tidak  menyentuh  grafik  daya.  Oleh  karena  itu,  potensi  energi angin  untuk  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Bayu  di  Banda  Aceh  tidak  memenuhi  kriteria kelayakan.
4. Data  yang  dimiliki  masih  minim  sehingga  disarankan  untuk  penelitian  lebih  lanjut  untuk dapat menghasilkan penelitian yang lebih akurat lagi dikemudian hari.

## Referensi
[1] Daut M,  Irwanto,  Suwarno  Y,  M  Irwan,  N  Gomesh,  N  S Ahmad. Potential  of  Wind  Speed  for  Wind Power  Generation  In  Perlis,  Northern  Malaysia. School  of  Electrical  System  Engineering,  Universiti Malaysia Perlis (UniMAP), Malaysia. 2010.
[2] Y Daryanto. Kajian  Potensi  angin  Untuk  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Bayu  Neural  Computing  and Robotics. BALAI PPTAGG – UPT-LAGG. Yogyakarta. 2007.
[3] A F Nelwan. Karakteristik Weibull Pltb Miangas. Jurusan Teknik Elektro. Universitas Sam Ratulangi - Manado-Indonesia.
[4] R M Patel. Wind and Solar Power System. New York: CRC Press. 1999
[5] Dedy Nugroho, Syariffuddin Mahmudsyah, Heri Suryoatmojo. Optimisasi Pembangkit Listrik Tenaga Bayu Dan Diesel Generator Menggunakan Software Homer. Jurusan Teknik Elektro. FTI – ITS.
[6] Nurhalim. Studi  Analisis  Pemanfaatan  Energi  Angin  Sebagai  Pembangkit  Hibrida. Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik. Universitas Riau. 2007.