Pemanfaatan Energi Angin

Energi Angin

Salah satu energi terbarukan yang berkembang pesat di dunia saat ini adalah energi angin. Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat fleksibel. Energi angin dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya pemompaan air untuk irigasi, pembangkit listrik, pengering atau pencacah hasil panen, aerasi tambak ikan/udang, pendingin ikan pada perahu-perahu nelayan dan lain-lain. Selain itu, pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di mana-mana, baik di daerah landai maupun dataran tinggi, bahkan dapat di terapkan di laut, berbeda halnya dengan energi air.

Pemanfaatan energi angin ini, selain dapat mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil, diharapkan juga dapat meningkatkan efektifitas dan efisiensi sistem pertanian, yang pada gilirannya akan meningkatkan produktifitas masyarakat pertanian. Walaupun pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di mana saja, daerah-daerah yang memiliki potensi energi angin yang tinggi tetap perlu diidentifikasi agar pemanfaatan energi angin ini lebih kompetitif dibandingkan dengan energi alternatif lainnya. Oleh karena itu studi potensi pemanfaatan energi angin ini sangat tepat dilakukan guna mengidentifikasi daerah-daerah berpotensi.Angin selama ini dipandang sebagai proses alam biasa yang kurang memiliki nilai ekonomis bagi kegiatan produktif masyarakat.

Secara umum, pemanfaatan tenaga angin di Indonesia memang kurang mendapat perhatian. Sampai tahun 2004, kapasitas terpasang dari pemanfaatan tenaga angin hanya mencapai 0.5 MW dari 9.29 GW potensi yang ada (DESDM, 2005). Padahal kapasitas pembangkitan listrik tenaga angin di dunia telah berkembang pesat dengan laju pertumbuhan kumulatif sampai dengan tahun 2004 melebihi 20 persen per tahun. Dari kapasitas terpasang 5 GW pada tahun 1995 menjadi hampir 48 GW pada akhir tahun 2004 tersebar dalam 74,400 turbin angin di sekitar 60 negara (BTM Consults ApS, 2005).  menunjukan laju pertumbuhan energi angin tahunan dunia.

Untuk mendukung program diversifikasi energi dan Kebijakan Energi Hijau Nasional (Pengembangan Energi Terbarukan dan Konservasi Energi), sudah semestinya kajiankajianpengembangan sumber-sumber energi alternatif—khususnya energi terbarukan—lebih disemarakkan untuk berbagai kepentingan. Studi potensi pemanfaatan tenaga anginini merupakan satu tahapan penting dalam pengembangan dan pemasyarakatanpenggunaan energi terbarukan untuk berbagai kegiatan produktif masyarakat di daerahdaerahdi wilayah Indonesia.

A.    Potensi Angin

Analisa potensi angin dapat memberikan informasi mengenai: 

1. Pola angin berkala dalam periode tertentu 
2. Durasi kecepatan angin rendah dan kecepatan angin tinggi,
3.  Kecepatan angin di daerah yang tidak jauh dengan lokasi pengukuran 
4. Berapa banyak energi yang dapat tersedia pertahunnya

Semua informasi ini berguna dalam menentukan apakah pemanfaatan energi angin pada suatu lokasi itu baik untuk kegunaan mekanikal atau elektrikal. Kecepatan angin pada tempat di mana sistem konversi turbin angin akan di pasang akan dianalisis dan dihitung berdasarkan data yang ada, baik dari BMG maupun hasil pengukuran sebagai suplemen dan bahan rujukan. Kecepatan angin pada tempat di mana sistem konversi turbin angin akan di pasang akan dianalisis dan dihitung berdasarkan data yang ada, baik dari BMG maupun hasil pengukuran. Kecepatan angin pada tempat di mana sistem konversi turbin angin akan di pasang akan dianalisis dan dihitung berdasarkan data yang ada, baik dari BMG maupun hasil pengukuran

B.     Sumber Daya Energi Angin

Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari. Karena bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA).

Daya adalah energi per satuan waktu. Daya angin berbanding lurus dengan kerapatan udara, dan kubik kecepatan angin, seperti diungkapkan dengan persamaan berikut: 

Persamaan mengenai daya angin ini dapat dijabarkan sebagai berikut. Karena perbedaan kerapatan udara di dataran rendah dan di daerah yang tinggi, energi angin yang dapat diekstrak di daerah pantai akan lebih besar dibandingkan dengan yang di pegunungan. Kemudian, apabila suatu tempat memiliki kecepatan angin 2 kali lebih cepat dari tempat lain, tempat pertama tersebut memiliki energi angin 8 kali lebih besar. Oleh karena itu, pemilihan lokasi sangat menentukan besarnya penyerapan energi angin.

Hal-hal lain yang harus diperhatikan dalam pemasangan sistem konversi energi angin, antara lain:

1. Untuk kegunaan elektrikal jarak tempat pemasangan harus cukup dekat dengan beban pengguna agar tidak ada kerugian yang berlebih. Pengurangan tegangan lebih dari 5% sudah dianggap sangat besar untuk sistem tegangan 12 VDC dan 24 VDC. Jarak lebih dari 300 m harus dihindari kecuali jika digunakan tegangan tinggi 220 VAC 
2. Tempat pemasangan harus dilindungi atau dipagari agar terhindar dari aksi perusakan. Sebaiknya lokasi pemasangan harus dapat dipantau dengan mudah dari jalan atau tempat beban pengguna. Tempat-tempat di mana terdapat kecepatan angin yang sangat kencang dan dapat merusak pada waktu-waktu tertentu tidak direkomendasikan. 
3. Aliran angin di dekat permukaan bumi akan semakin mengecil dan mencapai harga nol di permukaan tanah. Profil kecepatan angin ini disebut dengan lapisan batas atmosfir. Permukaan bumi memiliki tingkat kekasaran yang berbeda-beda. Semakin kasar permukaan bumi akan semakin tebal lapisan batas atmosfir. Dengan semakin besarnya lapisan batas atmosfer maka kecepatan angin pada ketinggian tertentu akan semakin kecil. Dengan demikian tempat pemasangan harus diarahkan pada tempat dengan tingkat kekasaran yang rendah seperti daerah lepas pantai, daerah pantai, padang rumput, dan tempat-tempat dengan tumbuh-tumbuhan dan bangunan yang tidak terlalu tinggi.
4. Turbin angin yang digunakan untuk keperluan pengisian batere biasanya ditempatkan di perahu, bangunan atau rumah. Lokasi pemasangan harus diperhatikan agar aliran yang datang pada sistem konversi energi angin ini tidak turbulen atau tidak berbalik arah di bagian belakang. Untuk hal ini ada aturan atau konvensi bahwa turbin angin harus lebih tinggi sekitar 10 m dari pohon atau bangunan tertinggi di tempat tersebut. Lokasi pemasangan juga setidaknya harus berjarak minimal sekitar 10 kali dari diameter rotor terhadap hambatan atau rintangan terdekat.

C. Teknologi Turbin Angin 
1. Teknologi Energi Terbarukan untuk Pemompaan 

Sumber energi terbarukan yang paling umum digunakan untuk pemompaan adalah angin. Tenaga angin dapat dimanfaatkan secara mekanik atau elektrik untuk sistem pemompaan. Sejak lama energi angin telah dimanfaatkan untuk menggerakkan perahu. Sejak awal abad ke 13 energi angin mulai digunakan untuk menguras air dari lahan pertanian di Belanda. Di Eropa, pompa air tenaga angin skala kecil yang terbuat dari kayu telah lama juga digunakan untuk memompa air laut dalam pembuatan garam. Kemudian yang menjadi sangat populer hingga saat ini adalah pompa air tenaga angin mekanik—yang sekarang kita kenal dengan american type—yang terbuat dari besi dengan jumlah sudu 22 banyak. Ulasan ringkas mengenai sistem pompa air tenaga angin dibahas di bawah ini.

• Pompa Air Tenaga Angin Mekanik (Mechanical Wind Pumps)

Pompa angin mekanik biasanya menggunakan kincir angin tradisional yang dapat berputar pada kecepatan angin yang relatif rendah. Kincir angin seperti ini sering disebut old american windmill atau american type windmill (lihat Gambar 1.13). Pompa air tenaga angin jenis ini mulai digunakan di Amerika pada akhir abad ke 19 untuk kebutuhan air rumah tangga dan pembuatan rel kereta api. Selama kurang lebih 100 tahun terakhir ini, sudah lebih dari 8 juta kincir angin seperti ini dibuat di Amerika. Desainnya sudah terbukti berhasil sehingga banyak ditiru di seluruh dunia. Kincir angin jenis ini menggerakkan pompa piston yang dihubungkan dengan gear. Kincir angin tradisional biasanya mempunyai sudu sederhana yang terbuat dari plat melengkung berjumlah banyak, sekitar 15-18. Yang lebih modern sekarang menggunakan sudu berbentuk airfoil dan jumlahnya tidak begitu banyak, sekitar 6-8. Salah satu masalah pada penerapan pompa angin mekanik ini adalah lokasi instalasi. Kincir angin harus dipasang langsung di atas borehole atau sumber air. Sedangkan lokasi sumber air yang baik belum tentu merupakan lokasi sumber daya angin yang baik pula. Secara umum, pompa angin mekanik baik untuk kecepatan angin rendah karena soliditas rotor yang tinggi, yang membatasi kecepatan pompa piston sampai 40-50 stroke per menit. Effisiensi konversi pompa air tenaga angin mekanik biasanya berkisar antara 7 27% (Argaw, 2003).

• Pompa Air Tenaga Angin Elektrik (Electrical Wind Pumps) 

Pemompaan air dengan turbin angin secara elektrikal menawarkan teknologi yang lebih menjanjikan. Turbin angin dapat mengahasilkan listrik baik AC maupun DC, dan pompa dapat langsung dihubungkan dengan langsung dengan motor AC atau DC. Pompa sentrifugal dapat digunakan karena turbin angin listrik dirancang untuk rotor dengan soliditas rendah . Dengan cara ini beberapa keuntungan yang dapat diambil adalah sebagai berikut:

•  Tidak memerlukan batere atau inverter, karena pompa dapat langsung dihubungkan dengan motor.
• Lebih mudah untuk menyelaraskan turbin angin dengan pompa air dengan mengatur beban secara elektrikal bukan mekanikal.
• Memberikan kemudahan dalam penentuan tempat instalasi, karena turbin angin dapat dipasang di mana saja yang anginnya kuat, sementara pompa sendiridapat dipasang di mana sumber air berada. Kemudahan ini tidak akan didapatkan apabila kita menggunakan pompa angin mekanik, karena terkadang sumber daya air dan angin tidak berada ditempat yang sama. Berbeda dengan kincir angin tradisional, turbin angin elektrikal menuntut kecepatan angin yang lebih tinggi. Misalnya, untuk mulai memompa, turbin angin kecil skala 1.5 kW akan memerlukan kecepatan angin rata-rata 4-5 m/s sedangkan pompa angin mekanik hanya memerlukan 2.5-3.5 m/s. Turbin angin seperti ini mempunyai kinerja yang lebih effisien pada kecepatan tinggi daripada kecepatan rendah. Turbin angin seperti ini dua kalil lebih effisien daripada kincir angin tradisional, lebih kompetitif dari diesel, sistem photovoltaic, dan kincir angin tradisional itu sendiri. Karena bagian yang bergerak/berputar lebih sedikit dibandingkan dengan kincir angin tradisional, turbin angin seperti ini juga menjanjikan biaya pemeliharaan yang lebih murah. 

2. Teknologi Energi Terbarukan untuk Kelistrikan 

Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi listrik ini biasanya akan disimpan ke dalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. 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. 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

Diasanya 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.

►   Dampak frekuansi rendah

Putaran dari sudut-sudut 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.

►   Pengaruh ekologi

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.

Sketsa kincir angin