PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN

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.

Tenaga angin menunjuk kepada pengumpulan energi yang berguna dari angin. Pada 2005, kapasitas generator tenaga-angin adalah 58.982 MW, hasil tersebut kurang dari 1% penggunaan listrik dunia. Meskipun masih berupa sumber energi listrik minor di kebanyakan negara, penghasilan tenaga angin lebih dari empat kali lipat antara 1999 dan 2005.

Tenaga angin digunakan dalam ladang angin skala besar untuk penghasilan listrik nasional dan juga dalam turbin individu kecil untuk menyediakan listrik di lokasi yang terisolir.

Tenaga angin banyak jumlahnya, tidak habis-habis, tersebar luas, bersih, dan merendahkan efek rumah kaca.

Indonesia, negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 Km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembanglit listrik tenaga angin, namun sayang potensi ini nampaknya belum dilirik oleh pemerintah. Sungguh ironis, disaat Indonesia menjadi tuan rumah konfrensi dunia mengenai pemanasan global di Nusa Dua, Bali pada akhir tahun 2007, pemerintah justru akan membangun pembangkit listrik berbahan bakar batubara yang merupakan penyebab nomor 1 pemanasan global.

Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbaru yang paling berkembang saat ini. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy Association), sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts, menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Amerika, Spanyol dan China merupakan negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin. Diharapkan pada tahun 2010 total kapasitas pembangkit listrik tenaga angin secara glogal mencapai 170 GigaWatt.

Di tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800 kilowatt. Di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas masing-masing 80 kilowatt (kW) sudah dibangun. Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-masing satu unit. Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada tahun 2025.

PLTB (pembangkit listrik tenaga bayu) saat ini cukup menjadi primadona di dunia barat dikarenakan potensi angin yang mereka miliki (daerah sub tropis) sangat besar. Berangsur-angsur tapi pasti, PLTN mulai diganti dengan penggunaan PLTB ataupun pembangkit renewable lainnya. Perlu diingat di lokasi-lokasi tersebut size kapasitas PLTB mereka sudah besar–besar (Min 1 MW). PLTB ukuran kecil seperti di Nusa penida dengan kapasitas 80 kW sangat teramat jarang sekarang ini.

Untuk di Indonesia, dengan iklim tropisnya mungkin akan cukup sulit untuk menemukan daerah dengan potensi angin (distribusi anginnya) yang konstan/baik. Ada beberapa daerah di Indonesia yang katanya memiliki kecepatan angin cukup tinggi (gust wind) berdasarkan survei yang dilakukan selama 3 bulan, tapi hal ini tidak berguna bagi PLTB bila kecepatan angin itu hanya cuma bertahan beberapa menit/detik saja dan kemudian hilang. Perlu adanya survei/studi berkesinambungan yang memerlukan data selama minimal satu tahun untuk mevalidasi potensi angin didaerah tersebut. Rata-rata PLTB yang dijual di pasaran untuk kapasitas kecil (kurang dari 100 kW), cut in dan cut out mereka adalah 3 dan 25 m/s dengan kecepatan optimumnya adalah 12 m/s.

Di dunia saat ini banyak ditemukan PLTB stand alone yang beredar dipasaran (untuk ukuran 10 kW). Penggunanya adalah daerah-daerah terpencil yang tidak tersentuh oleh ataupun terlalu mahal untuk dihubungkan oleh grid. Kebanyakan dari mereka tidak pure hanya menggunakan PLTB tapi juga menggunakan PV.

Selain karena disebabkan kebutuhan listrik yang cukup besar juga disertai dengan diversikasi energi apabila tiba-tiba tidak terdapat anginya yang cukup. Untuk memenuhi kebutuhan listrik di Indonesia saat ini untuk daerah-daerah terpecil seperti di kepulauan-kepulauan, diperlukan hybrid system antara potensi renewable energy yang ada di lokasi (seperti PLTB-PV-baterai, PV-PLTMH-Fuel Cell, dll). Akan tetapi perlu menjadi catatan, semua teknologi untuk penggunaan energi-energi tersebut masih cukup mahal bila dilihat dari kelayakan ekonominya terutama FC dan PV.

Kondisi Angin

Kombinasi dari penggunaan listrik tenaga angin, tenaga surya, dan tenaga micro hidro mampu mengatasi krisis energi dan mengurangi pencemaran lingkungan. Untuk tenaga angin selama kincir berputar maka suplai listrik terus terpenuhi walau hari sudah gelap. Ingatlah bahwa matahari meradiasi 1,74 x 1.014 kilowatt jam energi ke bumi setiap jam. Jadi bumi menerima 1,74 x 1.017 watt daya. Kelemahan listrik tenaga angin pada bunyi bising kincir dan resiko tersambar petir serta tidak cocok untuk daerah jalur penerbangan. Apalagi kalau banyak yang bermain layang-layang atau banyak burung terbang jadi mudah tersangkut.

Kali ini akan dibahas mini pembangkit listrik tenaga angin atau mini wind energy terutama aplikasinya untuk kalangan nelayan yang akibat kondisi ekonomi dan iklim tak kondusif membuat kehidupan mereka kian terjepit. Pesisir pantai Indonesia kaya akan hembusan angin. Sayangnya potensi energi terbarukan ini tidak dioptimalkan dan justru dianggap musibah. Saat musim angin kencang bertiup mengakibatkan himbauan dan larangan untuk tidak melaut. Karena tidak bisa bekerja mencari ikan efeknya jelas para nelayan kecil tak punya uang dan semakin terjerat lintah darat.

Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Lebih daripada kelas 8 adalah angin yang bukan dapat dimanfaatkan, tetapi membawa bencana.

Sekarang pemerintah tengah menggalakan program PnPM yang tujuannya membantu masyarakat terutama di pedesaan untuk memberdayakan diri sesuai potensi SDM dan SDA yang ada agar kesejahteraan mereka meningkat. Kaitannya dengan hal ini setidaknya penduduk pesisir pantai yang kebanyakan nelayan miskin tidak ada salahnya meniru para saudaranya di pegunungan telah berhasil memberdayakan alamnya yaitu sungai menjadi PLTMH atau micro hydro energy yang menghasilkan listrik baik untuk konsumsi warga juga bisa dijual ke PLN. Karena pantai kaya akan angin jadi usulkan saja pembuatan pembangkit listrik tenaga angin atau wind energy. Saat para nelayan tak melaut setidaknya tetap punya penghasilan dari penjualan listrik. Bisa juga dana hasil penjualan listrik dikelola oleh koperasi nelayan untuk mengurangi ketergantungan pada lintah darat. Manfaat lain karena ada listrik gratis bisa dimanfaatkan untuk mendukung usaha pengolahan ikan menjadi lebih kompentitif dan ekonomis. Sebelumnya mari kita pelajari dahulu soal pemeliharaan alat agar tidak dibodohi dan alat terjaga kinerjanya.

Kembali ke teknis pembangkit listrik tenaga angin. Ada dua alternatif yaitu beli yang sudah jadi atau dibuat sendiri listrik tenaga angin. Beli sudah jadi tentunya lebih praktis dan sudah diuji serta bisa memilih sesuai kebutuhan. Jika bikin sendiri memang repot tapi jelas bisa menekan pengeluaran. Cara-cara membuat sendiri listrik tenaga angin mutlak dipahami agar hasil optimal. Kalau beli jadi biasanya buatan RRC atau rekayasa lokal dengan paket daya 350 watt, 500 watt, 1000 watt, 2000 watt hingga puluhan kilowatt. Secara harga memang belum ekonomis karena masih mahal. Paket jadi listrik tenaga angin untuk 350 watt buatan China harganya mulai Rp. 6 jutaan, untuk 500 watt hampir Rp. 15 juta, sedangkan yang 2000 watt sekitar Rp. 30 juta.

Mekanisme Turbin Angin

Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik ke unit penyalur listrik. Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan didistribusikan ke rumah-rumah, kantor, sekolah, dan sebagainya. Turbin angin dapat memiliki tiga buah bilah turbin. Jenis lain yang umum adalah jenis turbin dua bilah.

Jadi, bagaimana turbin angin menghasilkan listrik? Turbin angin bekerja sebagai kebalikan dari kipas angin. Bukannya menggunakan listrik untuk membuat angin, seperti pada kipas angin, turbin angin menggunakan angin untuk membuat listrik.

Angin akan memutar sudut turbin, kemudian memutar sebuah poros yang dihubungkan dengan generator, lalu menghasilkan listrik. Turbin untuk pemakaian umum berukuran 50-750 kilowatt. Sebuah turbin kecil, kapasitas 50 kilowatt, digunakan untuk perumahan, piringan parabola, atau pemompaan air.

Dalam perkembangannya, turbin angin dibagi menjadi jenis turbin angin propeler dan turbin angin Darrieus. Kedua jenis turbin inilah yang kini memperoleh perhatian besar untuk dikembangkan. Pemanfaatannya yang umum sekarang sudah digunakan adalah untuk memompa air dan pembangkit tenaga listrik.

Turbin angin propeler adalah jenis turbin angin dengan poros horizontal seperti baling-baling pesawat terbang pada umumnya. Turbin angin ini harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang paling tinggi kecepatannya. Kecepatan angin diukur dengan alat yang disebut anemometer. Anemometer jenis mangkok adalah yang paling banyak digunakan. Anemometer mangkok mempunyai sumbu vertikal dan tiga buah mangkok yang berfungsi menangkap angin.

Jumlah putaran per menit dari poros anemometer dihitung secara elektronik. Biasanya, anemometer dilengkapi dengan sudut angin untuk mendeteksi arah angin. Jenis anemometer lain adalah anemometer ultrasonik atau jenis laser yang mendeteksi perbedaan fase dari suara atau cahaya koheren yang dipantulkan dari molekul-molekul udara.

Turbin angin Darrieus merupakan suatu sistem konversi energi angin yang digolongkan dalam jenis turbin angin berporos tegak. Turbin angin ini pertama kali ditemukan oleh GJM Darrieus tahun 1920. Keuntungan dari turbin angin jenis Darrieus adalah tidak memerlukan mekanisme orientasi pada arah angin (tidak perlu mendeteksi arah angin yang paling tinggi kecepatannya) seperti pada turbin angin propeler.

Saran Prof. Paijo, pakar eksperimen tehnologi tepat guna, PLTA sebenarnya merupakan prinsip sederhananya, kita harus menyediakan propeler (baling-baling), bisa dibuat sendiri atau baling-baling bekas kipas angin besar. Bagian pokok lainnya adalah generator yang dapat dibeli baru di toko teknik atau bekas dinamo pada kendaraan. Secara prinsip, angin akan memutar baling-baling dan poros baling-baling memutar generator menghasilkan listrik. Supaya baling-baling dapat menerima angin dari segala arah, maka rangkaian baling-baling dan generator musti ditempatkan pada sebuah tiang vertikal seperti dudukan kipas angin. Di bagian belakang baling-baling dibuatkan sebuah sirip ekor (tail) yang cukup besar agar posisi baling-baling bisa menyesuaikan diri secara otomatis dengan arah angin.

Untuk membuat kincir angin, pada prinsipnya dapat digunakan generator jenis apapun asal kondisinya bagus dan dayanya cocok. Jadi alternator mobil juga bisa dipakai. Pada sebagaian besar jenis alternator mobil, tidak menggunakan magnet permanen tetapi menggunakan magnet listrik (elektromagnet). Untuk mengaktifkan elektromagnet tersebut diperlukan listrik arus searah (DC) yang bisa diperoleh dari akumulator (aki). Mengenai cara pembuatan, ada beberapa hal yang musti mendapat perhatian khusus. Pertama, daya dari kincir angin musti lebih besar daripada daya generator (alternator). Yang kedua, jika kecepatan kerja (RPM) dari kincir berbeda jauh dengan kecepatan kerja (RPM) dari generator (alternator) maka poros kincir dan poros generator tidak bisa disambung secara langsung. Jika RPM kincir lebih tinggi daripada RPM generator, maka diperlukan sistem pereduksi. Jika RPM kincir lebih rendah daripada RPM generator, maka diperlukan sistem multiplikasi.Intinya putaran baling–baling dihubungkan dengan alternator agar menghasilkan arus listrik untuk mensuplai aki. Dioda berfungsi sebagai penyearah agar arus yang telah disimpan aki tidak kembali ke alternator. Kalau ada dana lebih bisa juga dipasang ampere meter dan anemomter agar akurat. Walau listrik yang dihasilkan gratis namun gunakan dengan bijak agar tidak tekor.

Dampak Lingkungan Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil. Oleh karenanya tenaga angin dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia di masa depan. Tenaga angin juga merupakan sumber energi yang ramah lingkungan, dimana penggunaannya tidak mengakibatkan emisi gas buang atau polusi yang berarti ke lingkungan. Penetapan sumber daya angin dan persetujuan untuk pengadaan ladang angin merupakan proses yang paling lama untuk pengembangan proyek energi angin. Hal ini dapat memakan waktu hingga 4 tahun dalam kasus ladang angin yang besar yang membutuhkan studi dampak lingkungan yang luas.

Emisi karbon ke lingkungan dalam sumber listrik tenaga angin diperoleh dari proses manufaktur komponen serta proses pengerjaannya di tempat yang akan didirikan pembangkit listrik tenaga angin. Namun 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. Di samping karbon dioksida, pembangkit listrik tenaga angin menghasilkan sulfur dioksida, nitrogen oksida, polutan atmosfir yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan pembangkit listrik dengan menggunakan batubara ataupun gas. Namun begitu, pembangkit listrik tenaga angin ini tidak sepenuhnya ramah lingkungan, 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 biasanya 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. Selain mengganggu pandangan akibat pemasangan barisan pembangkit angin, penggunaan lahan untuk pembangkit angin dapat mengurangi lahan pertanian serta pemukiman. Hal ini yang membuat pembangkitan tenaga angin di daratan menjadi terbatas. Beberapa aturan mengenai tinggi bangunan juga telah membuat pembangunan pembangkit listrik tenaga angin dapat terhambat. Penggunaan tiang yang tinggi untuk turbin angin juga dapat menyebabkan terganggunya cahaya matahari yang masuk ke rumah-rumah penduduk. Perputaran sudu-sudu menyebabkan cahaya matahari yang berkelap-kelip dan dapat mengganggu pandangan penduduk setempat.

Efek lain akibat penggunaan turbin angin adalah terjadinya derau frekuensi rendah. Putaran dari sudu-sudu 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. Derau mekanik yang terjadi disebabkan oleh operasi mekanis elemen-elemen yang berada dalam nacelle atau rumah pembangkit listrik tenaga angin. Dalam keadaan tertentu turbin angin dapat juga menyebabkan interferensi elektromagnetik, mengganggu penerimaan sinyal televisi atau transmisi gelombang mikro untuk perkomunikasian.

Penentuan ketinggian dari turbin angin dilakukan dengan menganalisa data turbulensi angin dan kekuatan angin. Derau aerodinamis merupakan fungsi dari banyak faktor seperti desain sudu, kecepatan perputaran, kecepatan angin, turbulensi aliran masuk. Derau aerodinamis merupakan masalah lingkungan, oleh karena itu kecepatan perputaran rotor perlu dibatasi di bawah 70m/s. Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa penggunaan skala besar dari pembangkit listrik tenaga angin dapat merubah iklim lokal maupun global karena menggunakan energi kinetik angin dan mengubah turbulensi udara pada daerah atmosfir.

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. Namun dampak ini masih lebih kecil jika dibandingkan dengan kematian burung-burung akibat kendaraan, saluran transmisi listrik dan aktivitas manusia lainnya yang melibatkan pembakaran bahan bakar fosil. Dalam beberapa studi yang telah dilakukan, adanya pembangkit listrik tenaga angin ini dapat mengganggu migrasi populasi burung dan kelelawar. Pembangunan pembangkit angin pada lahan yang bertanah kurang bagus juga dapat menyebabkan rusaknya lahan di daerah tersebut.

Ladang angin lepas pantai memiliki masalah tersendiri yang dapat mengganggu pelaut dan kapal-kapal yang berlayar. Konstruksi tiang pembangkit listrik tenaga angin dapat mengganggu permukaan dasar laut. Hal lain yang terjadi dengan konstruksi di lepas pantai adalah terganggunya kehidupan bawah laut. Efek negatifnya dapat terjadi seperti di Irlandia, dimana terjadinya polusi yang bertanggung jawab atas berkurangnya stok ikan di daerah pemasangan turbin angin. Studi baru-baru ini menemukan bahwa ladang pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai menambah 80 – 110 dB kepada noise frekuensi rendah yang dapat mengganggu komunikasi ikan paus dan kemungkinan distribusi predator laut. Namun begitu, ladang angin lepas pantai diharapkan dapat menjadi tempat pertumbuhan bibit-bibit ikan yang baru. Karena memancing dan berlayar di daerah sekitar ladang angin dilarang, maka spesies ikan dapat terjaga akibat adanya pemancingan berlebih di laut.

Dalam operasinya, pembangkit listrik tenaga angin bukan tanpa kegagalan dan kecelakaan. Kegagalan operasi sudu-sudu dan juga jatuhnya es akibat perputaran telah menyebabkan beberapa kecalakaan dan kematian. Kematian juga terjadi kepada beberapa penerjun dan pesawat terbang kecil yang melewati turbin angin. Reruntuhan puing-puing berat yang dapat terjadi merupakan bahaya yang perlu diwaspadai, terutama di daerah padat penduduk dan jalan raya. Kebakaran pada turbin angin dapat terjadi dan akan sangat sulit untuk dipadamkan akibat tingginya posisi api sehingga dibiarkan begitu saja hingga terbakar habis. Hal ini dapat menyebarkan asap beracun dan juga dapat menyebabkan kebakaran berantai yang membakar habis ratusan acre lahan pertanian. Hal ini pernah terjadi pada Taman Nasional Australia dimana 800 km² tanah terbakar. Kebocoran minyak pelumas juga dapat teradi dan dapat menyebabkan terjadinya polusi daerah setempat, dalam beberapa kasus dapat mengkontaminasi air minum.

Meskipun dampak-dampak lingkungan ini menjadi ancaman dalam pembangunan pembangkit listrik tenaga angin, namun jika dibandingkan dengan penggunaan energi fosil, dampaknya masih jauh lebih kecil. Selain itu penggunaan energi angin dalam kelistrikan telah turut serta dalam mengurangi emisi gas buang.

Penggunaan inovasi dalam teknologi, bagaimanapun selalu memunculkan permasalahan baru yang memerlukan pemecahan dengan terknologi baru lagi. Oleh karena itu kita sebagai orang-orang yang bergerak di bidang science dan teknologi haruslah dapat terus mengembangkan teknologi yang lebih ramah lingkungan yang memiliki efek negatif sekecil mungkin.

Kesimpulan

Pembangkit Listrik Tenaga Angin sampai dengan tahun 2007 menghasilkan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts, menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil.

Dampak visual biasanya merupakan hal yang paling serius dikritik. Penggunaan ladang angin sebagai pembangkit listrik membutuhkan luas lahan yang tidak sedikit dan tidak mungkin untuk disembunyikan. Efek lain akibat penggunaan turbin angin adalah terjadinya derau frekuensi rendah. Putaran dari sudu-sudu turbin angin dengan frekuensi konstan lebih mengganggu daripada suara angin pada ranting pohon.