Tenaga Angin (Wind Power): Jenis-Jenis Turbin Angin; Proses Konversi Menjadi Listrik

Angin adalah udara yang berkerak karena rotasi bumi dan adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah. Saat terjadi pemanasan oleh matahari, udara akan memuai. Karena udara memuai maka tekanan udara massa jenisnya menjadi lebih ringan sehingga udara akan mulai naik. Apabila udara naik, maka tekanan udara akan kembali turun karena udara mulai berkurang. Selanjutnya udara di sekitarnya akan mengalir ke tempat yang bertekanan rendah tadi. Udara yang mengalir kemudian menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Diatas tanah udara akan menjadi panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara dan turunya udara ini dikarenakan konversi.

Wind Energy atau biasa disebut dengan energi angin adalah sumber daya yang sangat melimpah dan terbarukan yang dapat digunakan untuk mengoperasikan mesin dan menghasilkan listrik. Turbin angin adalah bagian dari peralatan mekanis yang dimaksud. Dengan menggunakan turbin angin, energi angin dapat dieksploitasi untuk menghasilkan energi listrik. Sehingga dapat memajukan pertumbuhan energi terbarukan di Indonesia.

Asal Energi Angin

Semua energi yang dapat diperbaharui dan bahkan energi pada bahan bakar fosil, kecuali energi pasang surut dan panas bumi berasal dari matahari. Matahari meradiasi 1,74 x 10*17 Kilowatt jam energi ke Bumi setiap jam. dengan kata lain, bumi ini menerima daya 1,74 x 10*17 watt. Sekitar 1-2% dari energi tersebut diubah menjadi energi angin. Jadi, energi angin berjumlah 50-100 kali lebih banyak daripada energi yang diubah menjadi biomassa oleh seluruh tumbuhan yang ada di muka bumi.

Sebagaimana diketahui, pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan temperatur antara udara panas dan udara dingin. Daerah sekitar khatulistiwa, yaitu pada busur 0, adalah daerah yang mengalami pemanasan lebih banyak dari matahari dibanding daerah lainnya di Bumi.

Tempat-Tempat Ladang Angin

Ladang angin adalah tempat yang digunakan untuk menghasilkan listrik dari energi angin. Prosesnya dilakukan dengan menggabungkan beberapa turbin angin yang diputar oleh hembusan angin. Ladang angin yang besar dapat terdiri dari beberapa ratus turbin angin yang tersebar di area yang luas. Lahan di antara turbin dapat digunakan untuk pertanian atau keperluan lainnya. Ladang angin juga dapat berlokasi di lepas pantai. Di ladang angin, turbin-turbin individual dihubungkan dengan sistem pengumpulan daya tegangan menengah dan jaringan komunikasi. Dalam hal pertumbuhan energi angin, 22% dari total pertumbuhan kapasitas angin pada tahun 2021 berada di lepas pantai dan sisanya berada di darat. Meskipun angin lepas pantai seringkali lebih mahal untuk dibangun, angin lepas pantai dapat mengakses daerah di mana ada lebih banyak angin daripada di lokasi darat.

Ladang angin darat adalah area daratan yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik menggunakan turbin angin. Ladang angin darat lebih umum dibandingkan ladang angin lepas pantai karena biaya pembangunannya lebih rendah dan lebih mudah diakses untuk perawatan.

Ladang angin darat lebih umum karena biaya konstruksi dan perawatannya lebih rendah, sedangkan ladang angin lepas pantai dapat memanfaatkan angin yang lebih kuat, meskipun membutuhkan biaya lebih besar. Dalam hal kapasitas global, China memimpin pertumbuhan tenaga angin dengan total kapasitas terpasang yang mencapai 329 GW pada tahun 2021, diikuti oleh Amerika Serikat, Jerman, India, dan Spanyol. 

Proses Konversi Tenaga Angin Menjadi Energi Listrik

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 dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan enegi listrik. Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan yang paling berkembang saat ini.

Jenis-Jenis Turbin Angin

Jenis-jenis turbin angin berdasarkan letak sumbu atau proses dapat dibedakan menjadi dua tipe, yaitu:

1. Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH)

Turbin angin sumbu horizontal merupakan turbin angin yang sumbu rotasi rotornya parallel terhadap permukaan tanah. Turbin angin sumbu horizontal memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara dan diarahkan menuju dari arah datangnya angin untuk dapat memanfaatkan energi angin. Rotor turbin angin kecil diarahkan menuju dari arah datangnya angin dengan pengaturan baling -- baling angin sederhana sedangkan turbin angin besar umumnya menggunakan sensor angin dan motor yang mengubah rotor turbin mengarah pada angin.

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 kerusakaan struktur menara, dan realibilitas begitu penting, sebagian besar TASH merupakn mesin upwind (melawan arah angin).

2. Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV)

Turbin angin sumbu vertical memiliki bilah yang memanjang dari atas ke bawah. Turbin angin jenis ini yang paling umum adalah turbin angin Darrieus, dinamai sesuai dengan nama insinyur Perancis Georges Darrieus yang desainnya dipatenkan pada tahun 1931. Jenis turbin angin vertical biasanya berdiri setinggi 100 meter dengan lebar 50 kaki.

Keuntungan dan Tantangan

Tenaga angin memiliki banyak keuntungan yang menjadikannya salah satu sumber energi terbarukan yang potensial. Sebagai sumber energi yang tidak akan habis, tenaga angin bersifat ramah lingkungan karena tidak menghasilkan polusi udara atau emisi gas rumah kaca selama operasionalnya. Selain itu, biaya operasionalnya relatif rendah setelah instalasi awal, menjadikannya pilihan yang ekonomis dalam jangka panjang. Tenaga angin juga dapat mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, mendorong kemandirian energi, dan memberikan dampak positif bagi ekonomi lokal dengan menciptakan lapangan kerja. Fleksibilitas lokasi pemasangan, baik di daratan maupun perairan, serta perkembangan teknologi yang terus meningkatkan efisiensi, semakin memperkuat keunggulan energi ini.

Namun, tenaga angin juga menghadapi tantangan. Variabilitas kecepatan angin menjadi kendala utama, karena produksi energi bergantung pada kondisi angin yang tidak selalu stabil. Pembangunan ladang angin membutuhkan biaya awal yang tinggi, termasuk pengadaan turbin dan infrastruktur pendukung. Selain itu, turbin angin sering dianggap mengganggu estetika lanskap, menghasilkan kebisingan, dan berpotensi membahayakan satwa seperti burung dan kelelawar. Lokasi terbaik untuk ladang angin biasanya jauh dari konsumen listrik, sehingga memerlukan investasi tambahan untuk jaringan transmisi. Turbin angin juga rentan terhadap cuaca ekstrem seperti badai atau petir. Untuk mengatasi variabilitas energi, sistem penyimpanan seperti baterai sering kali diperlukan, yang meningkatkan biaya. Meskipun demikian, dengan inovasi teknologi dan dukungan kebijakan pemerintah, tantangan ini dapat diatasi, menjadikan tenaga angin solusi energi yang berkelanjutan.