offshore wind farm, using 5 mw turbines repower 5m in the north sea off the coast of belgium.
a small quietrevolution qr5 gorlov type vertical axis wind turbine in bristol, england.
measuring 3 m in diameter and 5 m high, it has a nameplate rating of 6.5 kw to the grid.
nasa experimental wind turbines drawn to the same scale
turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik.
turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll.
turbin angin terdahulu banyak dibangun di denmark, belanda, dan negara-negara eropa lainnya dan lebih dikenal dengan windmill.
wind turbine components : 1-foundation, 2-connection to the electric grid, 3-tower, 4-access ladder, 5-wind orientation control (yaw control), 6-nacelle, 7-generator, 8-anemometer, 9-electric or mechanical brake, 10-gearbox, 11-rotor blade, 12-blade pitch control, 13-rotor hub.
components of a horizontal-axis wind turbine
inside view of a wind turbine tower, showing the tendon cables.
2kw dynamic braking resistor for small wind turbine.
wind turbine foundations
kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin.
walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional (contoh: pltd,pltu,dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (contoh : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.
perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin dengan diameter kipas r adalah :
dimana adalah kerapatan angin pada waktu tertentu dan adalah kecepatan angin pada waktu tertentu.
umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30%.
jadi rumus di atas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak.
sebenarnya prosesnya tidak semudah itu, karena terdapat berbagai macam sub-sistem yang dapat meningkatkan safety dan efisiensi dari turbin angin, yaitu :
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.
rectifier-inverter akan dijelaskan berikut.
jenis turbin angin
jenis turbin angin ada 2, yaitu :
turbin angin sumbu horizontal
turbin angin sumbu tegak (misalnya turbin angin darrieus)
turbin angin sumbu horizontal
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.
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.
dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat di tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara laju dan arah angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi.
di sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 25%
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.
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 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.
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 10 km/jam (6 m.p.h.)
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.
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.