Turbin Angin Dijelaskan: Jenis, Manfaat, dan Aplikasi

Saya telah menjelaskan dalam artikel saya sebelumnya bahwa berbagai jenis turbin angin menggunakan energi kinetik angin untuk menghasilkan daya. Faktanya, energi angin dikenal sebagai cara paling bersih untuk menghasilkan daya mekanis dan/atau listrik. Energi yang didapat dapat diklasifikasikan berdasarkan bagaimana energi angin dipanen; angin darat dan angin laut. Baca artikel di bawah ini untuk mempelajari lebih lanjut!

Hari ini Anda akan mengetahui berbagai jenis turbin angin dan keuntungan serta kekurangannya dalam aplikasi mereka masing-masing.

Jenis turbin angin

Berikut adalah berbagai jenis turbin angin yang digunakan untuk pembangkit listrik.

Turbin angin sumbu horizontal (HAWTs)

Tipe sumbu horizontal turbin angin adalah turbin yang paling banyak digunakan saat ini, meskipun beberapa keterbatasan terjadi. Palas propeller-nya dirancang untuk berputar di sekitar sumbu horizontal. Komponennya meliputi blade rotor yang terhubung ke poros yang lebih lanjut terhubung ke generator yang menghasilkan energi listrik. Blade ini terlihat seperti propeller pesawat yang dipasang di atas menara.

Dalam tipe turbin angin ini, sensor angin dipasang pada mekanisme yaw (disebut nacelle) sehingga turbin dapat menyelaraskan dengan arah angin dengan baik. Oleh karena itu, distribusi energi angin yang lebih efektif dipaksakan pada rotor.

Struktur turbin angin sumbu horizontal perlu cukup kuat untuk mendukung berat komponen perangkat. Beberapa komponen ini mencakup blade rotor, gearbox, generator, dll. Selain itu, dasar harus mampu menahan angin kencang yang bertiupan. Meskipun, nacelle mengandung elemen rem yang membantu untuk menghentikan blade segera ketika angin berat atau tidak terkontrol terjadi.

Di antara semua jenis turbin, turbin angin sumbu horizontal memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan pembangkit daya yang lebih tinggi. Turbin ini sering tersedia dalam dua tipe yaitu; up-wind dan down-wind turbines.

Up-wind turbines:

Dalam turbin Up-wind HAWTs, angin mencapai rotor sebelum menara, yaitu, menghadap angin. Itulah sebabnya rotor tidak menderi bayangan angin di belakang menara, menghasilkan operasi yang lebih efisien. Juga, sistem kurang rentan terhadap aus dan rusak. Namun, mekanisme yaw menambah berat struktur.

Dalam sebagian besar desain, up-wind rotor tidak fleksibel sehingga mereka tidak akan melengkung atau tabrakan dengan menara. Ini sering terjadi ketika kecepatan angin tinggi. Untuk menghindari ini lebih lanjut, rotor ditempatkan pada beberapa jarak dari menara. Karena itu, kesulitan manufaktur tipe turbin angin ini tinggi. Ketidakfleksibilitas blade rotor sama dengan memerlukan material yang lebih berat untuk konstruksi blade.

Down-wind turbines:

Tipe turbin angin sumbu horizontal ini kurang umum, namun desainnya terlihat cukup mirip dengan tipe yang dijelaskan sebelumnya. Perbedaanya adalah lokasi rotor, yang berada downstream dari menara. Dalam tipe down-wind, angin mengenai menara sebelum mencapai blade. Desain memungkinkan lebih banyak fleksibilitas pada blade rotor, sehingga material yang lebih ringan dapat digunakan. Manfaat down-wind termasuk berat struktural yang lebih ringan dan dinamika struktur menara yang lebih baik dengan mengambil beberapa beban dari menara ke blade selama operasi mereka.

Tipe turbin angin sumbu horizontal down-wind tidak memerlukan mekanisme yaw. Ini karena rotor dan casing dirancang sedemikian rupa sehingga casing akan mengikuti arah angin. Karena rotor terletak downstream dari menara, ia menderi bayangan angin, yang mengfluktuasi jumlah daya yang dihasilkan. Bayangan angin juga dapat menyebabkan fatigue pada kontrapart sistem.

Kelebihan dan kekurangan turbin angin sumbu horizontal HAWTs

Kelebihan:

Berikut adalah manfaat turbin angin sumbu horizontal.

• Karena dasar menara yang tinggi, angin yang lebih kuat dapat diakses.
• Karena blade bergerak tegak lurus dengan angin, daya diterima sepanjang rotasi keseluruhan. Ini menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi.

Kekurangan:

Meskipun keuntungan baik dari turbin angin sumbu horizontal, beberapa keterbatasan masih terjadi. Berikut adalah kekurangan HAWTs.

• Komponen berat seperti blade, gearbox, generator, diperlukan karena konstruksi menara massal.
• Komponennya diangkat ke posisi.
• Ketinggian tipe turbin angin ini membuatnya terlihat mengganggu di seluruh area luas. Ini mengganggu penampakan lanskap dan dapat menciptakan opposisi lokal dalam beberapa kasus.
• Variasi down-wind menderita fatigue dan kegagalan struktural yang disebabkan oleh turbulensi saat blade melewati bayangan angin menara. Itulah sebabnya mayoritas HAWTs menggunakan desain up-wind karena rotor menghadap angin di depan menara.
• Mekanisme kontrol yaw tambahan diperlukan untuk memutar blade menuju angin.
• Rem diperlukan untuk menghentikan turbin dari berputar dalam angin kencang. Ini akan menghentikan sistem dari kehancuran angin tinggi.
• Stres siklus dan getaran disebabkan saat turbin mencoba berbalik untuk menghadap angin.

Turbin angin sumbu vertikal (VAWT)

Dalam tipe turbin angin sumbu vertikal, rotor memutar poros yang dipasang secara vertikal. Desain ini memungkinkan sensitivitas yang lebih rendah terhadap arah angin, yang membuatnya sempurna untuk pertanian di mana arah sering berubah. Dengan kata lain, tidak peduli arah angin bertiup, blade masih akan bergerak dan memutar poros untuk menghasilkan daya.

Tipe turbin angin sumbu vertikal memiliki generator mereka di dekat tanah. Oleh karena itu, beban tambahan dihilangkan dari rotor dan membuat desain kurang kompleks. Ini juga membuat perawatan lebih mudah dibandingkan turbin angin sumbu horizontal. Meskipun, turbin angin sumbu vertikal memiliki efisiensi lebih rendah dari HAWTs karena jumlah drag udara yang signifikan pada rotor. Output daya yang lebih rendah adalah faktor lain karena kecepatan angin dan alirannya pada jarak dari tanah lebih tinggi dan lebih halus dari tingkat tanah.

Drag-based, atau savonius turbine – mereka umumnya memiliki rotor dengan vane padat yang berputar di sekitar sumbu vertikal.

Lift-based, atau Darrieus turbine – memiliki gaya airfoil vertikal yang tinggi, meskipun beberapa tampak berbentuk eggbeater. Wind spire adalah tipe lift-based turbine meskipun masih dalam pengujian independen.

Kelebihan dan kekurangan turbin angin sumbu vertikal (VAWTs)

Kelebihan:

Berikut adalah keuntungan turbin angin sumbu vertikal.

• Daya dihasilkan dalam setiap arah angin.
• Menara pendukung yang kuat tidak diperlukan karena sebagian besar komponennya ditempatkan di tanah.
• Biaya produksi rendah dibandingkan turbin angin sumbu horizontal.
• Yaw drive dan pitch mechanism dihilangkan karena tidak ada kebutuhan untuk turbin menuju arah angin.
• Pemasangan mudah
• Biaya perawatan rendah
• Mudah dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain.
• Cocok untuk area dengan kondisi cuaca ekstrim.
• Mereka dipasang di area perkotaan.
• Risiko rendah untuk manusia dan burung karena blade bergerak pada kecepatan yang relatif rendah.

Kekurangan:

• Efisiensi rendah karena hanya satu blade yang bekerja pada satu waktu.
• Dorongan awal untuk memulai diperlukan sehingga blade dapat mulai berputar.
• Turbin angin sumbu vertikal sangat tidak efisien karena drag tambahan yang diciptakan saat blade berputar.
• Getaran relatif tinggi karena aliran udara di dekat tanah menciptakan aliran turbulen.
• Getaran ini meningkatkan aus bearing yang dapat mengakibatkan peningkatan biaya perawatan.
• VAWTs menciptakan polusi kebisingan.

Kesimpulan

Berbagai jenis turbin angin cocok untuk satu alasan atau lebih. Tipe sumbu horizontal umum digunakan karena efektivitasnya dan turbin angin sumbu vertikal dapat digunakan di setiap area geografis karena portabilitasnya. Itu saja untuk artikel ini, jenis turbin angin dan keuntungan serta kekurangannya.

Saya harap Anda mendapat banyak dari posting ini, jika ya, silakan bagikan dengan siswa lain. Terima kasih telah membaca. Sampai jumpa lain waktu!