Turbin Angin Dijelaskan: Cara Menghasilkan Listrik Bersih

Di Amerika Serikat saat ini, turbin angin adalah salah satu cara umum dan paling bersih untuk menghasilkan daya. Pembangkitan daya ini terjadi dari angin angin besar hingga turbin kecil yang mendayani satu rumah. Turbin angin di seluruh dunia menghasilkan listrik bersih yang mampu melayani berbagai kebutuhan daya.

Hari ini Anda akan mengetahui definisi, aplikasi, fungsi, komponen, diagram, tipe, dan cara kerja turbin angin. Anda juga akan mengetahui keuntungan dan kekurangan dari tipe turbin angin ini.

Apa itu turbin angin?

Turbin angin adalah mesin yang mengubah energi kinetik dari angin menjadi listrik bersih. Ini juga dapat dilihat sebagai perangkat yang mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik terbarukan yang bersih.

Turbin memiliki blade yang berputar antara 13 dan 20 revolusi per menit, meskipun ini tergantung pada teknologinya. Ini dapat disebabkan oleh kecepatan konstan atau variabel, yaitu, kecepatan rotor bervariasi terhadap kecepatan angin. Ini sering membantu untuk mencapai efisiensi yang lebih besar.

Turbin angin dirancang untuk memiliki umur rata-rata lebih dari 25 tahun. Evolusi cepat teknologi angin telah membawa peningkatan daya tahan dan kegunaan turbin angin.

Turbin angin memiliki berbagai ukuran dan tipe, baik sumbu horizontal atau vertikal. Mereka dapat disebut angin farm di mana ratusan ribu turbin besar dipasang. Mereka menghasilkan lebih dari 650 gigawatt daya, dengan 60 GW ditambahkan setiap tahun, yang menjadikan mereka sumber energi terbarukan intermiten yang semakin penting. Sebagian besar negara menggunakan turbin angin untuk menurunkan biaya energi dan mengurangi penggunaan bahan bakar fosil.

Aplikasi turbin angin

Aplikasi turbin angin sangat luas karena energi diperlukan dalam hampir semua fenomena manusia. Sejak penggunaan awal energi angin, digunakan untuk menghasilkan daya mekanis. Sejak 5000 SM, Mesir menggunakan energi angin untuk mendorong perahu di sepanjang Sungai Nile. Kolonis Amerika menggunakan sistem untuk memompa air, menggiling gandum, dan memotong kayu di pabrik gergaji.

Saat ini turbin angin kecil digunakan untuk aplikasi seperti papan peringatan lalu lintas, pengisian baterai untuk daya tambahan untuk perahu atau karavan. Turbin yang lebih besar dirancang untuk berkontribusi pada pasokan daya domestik karena daya yang tidak digunakan dijual kembali kepada pemasok utilitas melalui jaringan listrik.

Selanjutnya, pada turbin besar, aplikasi mereka adalah untuk menyediakan daya ke jaringan, yang berkisar dari 100 kilowatt hingga beberapa megawatt. Turbin skala utilitas ini sering dikelompokkan bersama dalam angin farm sehingga jumlah listrik yang lebih besar dapat diproduksi. Cukup daya yang dihasilkan akan mampu mendayai puluhan ribu rumah.

Dalam turbin angin kecil, mereka biasanya dekat dengan aplikasi yang akan daya, misalnya, di dekat stasiun pompa air, rumah, piring telekomunikasi, dll. Ini menghasilkan hingga 100 kilowatt. Turbin ini terkadang terhubung dengan generator diesel, baterai, dan sistem fotovoltaik. Ini juga disebut sistem angin hibrid.

Akhirnya, turbin angin laut cenderung besar dan lebih tinggi. Mereka mampu menangkap angin laut yang kuat dan menghasilkan jumlah energi yang besar sekitar 4.000 gigawatt listrik. Ini sering digunakan di banyak negara untuk mengeksploitasi energi kuat.

Catatan: fungsi utama turbin angin adalah untuk menghasilkan daya atau langsung menggunakannya untuk energi mekanis.

Komponen turbin angin

Turbin angin mengubah energi angin menjadi energi listrik untuk distribusi. Berikut adalah komponen turbin sumbu horizontal konvensional.

• Rotor – sekitar 20% dari biaya perangkat, termasuk blade yang mengubah energi angin menjadi energi rotasi rendah kecepatan.
• Generator – sekitar 34% dari biaya turbin angin, termasuk generator listrik, elektronika kontrol, dan kemungkinan gearbox (misalnya, planetary gearbox), adjustable-speed drive, atau continuously variable transmission. Komponen turbin angin ini bertanggung jawab untuk mengubah rotasi masuk rendah kecepatan menjadi rotasi tinggi kecepatan yang cocok untuk menghasilkan listrik.
• Struktur sekitar – sekitar 15% dari biaya turbin angin, mencakup menara dan mekanisme yaw rotor.

Diagram sistem turbin angin:

Tipe turbin angin

Ada dasarnya dua tipe turbin angin di luar sana: sumbu horizontal dan sumbu vertikal.

Turbin angin sumbu horizontal:

Sebagian besar turbin angin yang digunakan saat ini adalah sumbu horizontal, yang berarti, blade propeller-nya dirancang untuk berputar di sekitar sumbu horizontal. Tipe turbin angin ini adalah upwind, yaitu, angin mengenai blade sebelum menara. Downwind adalah tipe lainnya, di mana angin mengenai menara sebelum blade.

Upwind menggunakan yaw drive dan motor, komponen yang memutar nacelle untuk menjaga rotor menghadap angin saat arahnya berubah. Ini dicapai menggunakan sensor angin yang dipasang pada sistem yaw untuk turbin besar. Turbin kecil diarahkan oleh wind vane sederhana.

Turbin sumbu horizontal disingkat sebagai HAWT. Umum saat ini bahwa turbin sumbu horizontal tiga blade besar dengan blade di upwind dari menara menghasilkan mayoritas energi angin di dunia saat ini.

Tipe turbin downwind dibangun untuk menghilangkan mekanisme tambahan untuk menjaga mereka sejajar dengan angin. Blade mereka dirancang untuk melengkung dalam angin kencang, yang mengurangi area sapuan mereka dan sehingga resistensi angin mereka.

Meskipun manfaat yang ditawarkan oleh downwind, desain upwind masih disukai. Ini karena perubahan beban dari angin saat setiap blade melewati di belakang menara pendukung dapat merusak turbin.

Turbin angin sumbu vertikal:

Turbin angin sumbu vertikal atau VAWTs memiliki poros rotor utama yang disusun secara vertikal. Tujuan pengaturan ini adalah tidak ada kebutuhan untuk turbin untuk menunjuk angin untuk efektivitas. Ini adalah keuntungan untuk situs di mana arah angin sangat bervariasi. Ini juga merupakan manfaat saat turbin terintegrasi ke dalam gedung karena secara inheren kurang dapat diarahkan.

Dalam tipe turbin angin ini, generator dan gearbox dapat ditempatkan di dekat tanah menggunakan direct drive dari rangkaian rotor ke gearbox berbasis tanah. Ini meningkatkan aksesibilitas untuk perawatan. Namun, desain ini menawarkan energi yang jauh lebih rendah rata-rata seiring waktu, yang merupakan kerugian utama.

Tipe turbin vertikal memiliki efisiensi yang jauh lebih rendah daripada desain horizontal. Kecepatan rotasi yang relatif rendah dengan konsekuensi torsi yang lebih tinggi dan biaya drive train yang lebih tinggi juga mempengaruhi sistem. Tipe turbin angin ini terbagi menjadi dua desain utama:

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.

Cara kerja turbin angin

Cara kerja turbin angin kurang kompleks dan mudah dipahami. Sebagian besar turbin angin terdiri dari tiga blade, meskipun yang memiliki dua blade juga umum. Blade ini dipasang pada menara yang terbuat dari baja pipa. Turbin menggunakan kecepatan angin yang lebih tinggi yang ditemukan pada ketinggian lebih tinggi karena menara berada pada 100 kaki atau lebih di atas tanah.

Energi angin ditangkap dengan blade yang mirip propeller, terlihat seperti sayap pesawat. Jadi, saat angin bertiup, kantong udara tekanan rendah terbentuk di satu sisi blade. Kantong udara tekanan rendah ini kemudian menarik blade menuju itu, membuat rotor berputar. Ini dikenal sebagai lift. Gaya lift jauh lebih kuat dari gaya angin terhadap sisi depan blade, yang disebut drag. Kombinasi lift dan drag menyebabkan rotor berputar seperti propeller.

Serangkaian gear digunakan untuk meningkatkan rotasi rotor dari sekitar 18 revolusi per menit. Ini kira-kira 1.800 revolusi per menit, yang memungkinkan generator turbin untuk menghasilkan listrik AC.

Seperti yang dinyatakan sebelumnya, nacelle adalah bagian yang melindungi beberapa komponen kunci turbin. Ini mencakup rotor, gear, dan generator, dipasang di atas menara turbin. Nacelle ini cukup besar. Bagian penting lainnya adalah pengontrol turbin, yang menjaga kecepatan rotor tidak melebihi 55 mph. Ini membantu menjaga sistem tetap aman dari angin kencang.

Anemometer digunakan dalam sistem untuk terus-menerus mengukur kecepatan angin dan mengirim data ke pengontrol. Nacelle juga berisi rem yang menghentikan rotor secara mekanis, listrik, atau hidrolis dalam keadaan darurat.

Tonton video di bawah ini untuk mempelajari lebih lanjut tentang cara kerja turbin angin:

Kelebihan dan kekurangan turbin angin

Kelebihan:

Berikut adalah manfaat turbin angin dalam berbagai aplikasi mereka:

• HAWT dengan menara tinggi, dasar memberikan akses ke angin yang lebih kuat di situs dengan wind shear.
• Efisiensi tinggi, karena blade bergerak tegak lurus dengan angin, menerima daya melalui rotasi keseluruhan dalam HAWT.

Untuk VAWT

• Mereka menghasilkan listrik dalam setiap arah angin
• Biaya produksi rendah dibandingkan turbin angin sumbu horizontal.
• Menara pendukung yang kuat tidak diperlukan
• Mudah dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain
• Biaya perawatan rendah.
• Dapat dipasang di area perkotaan.

Kekurangan

Meskipun keuntungan baik dari tipe turbin angin ini, beberapa keterbatasan masih terjadi. Berikut adalah kekurangan turbin angin.

Untuk HAWT:

• Konstruksi menara massal diperlukan.
• Komponen seperti gearbox, poros rotor, dan rangkaian rem diangkat ke posisi.
• Variasi downwind menderita fatigue dan kegagalan struktural.

Untuk VAWT:

• Efisiensi sangat rendah dibandingkan HAWT.
• Getaran tinggi dialami.
• Polusi kebisingan diciptakan.
• Karena getaran, aus bearing meningkat, resulting in biaya perawatan tinggi.
• Dorongan awal untuk memulai diperlukan.

Kesimpulan

Turbin angin adalah mesin yang mengubah energi kinetik dari angin menjadi listrik bersih. Ini terdiri dari dua tipe, yang disingkat sebagai HAWT dan VAWT. Keseluruhan bekerja berbeda dan menawarkan manfaat yang berbeda. Itu saja untuk artikel ini, di mana kami menjelaskan definisi, aplikasi, fungsi, komponen, diagram, tipe, dan cara kerja turbin angin. Kami juga mencantumkan keuntungan dan kekurangan turbin angin ini.

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