Energi angin adalah salah satu energi terbarukan terpenting di dunia. Penggunaannya semakin meningkat karena kemampuannya menghasilkan energi bersih tanpa menghasilkan gas rumah kaca. Oleh karena itu, penting untuk mengetahui pengoperasiannya dan, khususnya, turbin angin. Di sini, kami akan membahas secara mendalam cara kerjanya dan fitur utamanya.
Turbin angin, juga dikenal sebagai turbin angin, merupakan salah satu elemen dasar dari jenis energi ini. Meskipun secara umum semua turbin memiliki aspek yang sama, terdapat jenis turbin yang berbeda tergantung pada pembangkit listrik tenaga angin atau instalasinya. Selain itu, turbin telah berevolusi sejak model pertamanya, memungkinkan kita memperoleh energi dengan cara yang semakin efisien.
Pada artikel ini, kami akan memberi tahu Anda semua yang perlu Anda ketahui tentang turbin angin, karakteristik dan cara kerjanya, serta detail tambahan tentang struktur ladang angin.
Apa itu turbin angin?
Turbin angin adalah suatu alat mekanis yang mengubah energi angin menjadi energi listrik. Ini dirancang untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik melalui pergerakan bilah rotor, yang kemudian diubah menjadi listrik melalui generator.
Prinsip dasar pengoperasian turbin angin didasarkan pada tiga hukum dasar fisika:
- Energi yang dihasilkan turbin sebanding dengan kuadrat kecepatan angin. Artinya, jika kecepatan angin berlipat ganda, maka daya yang dihasilkan meningkat empat kali lipat.
- Energi yang tersedia sebanding dengan luas sapuan sudu, artinya semakin besar sudu maka semakin besar jumlah energi yang ditangkap.
- Efisiensi teoritis maksimum turbin angin adalah 59% yang dikenal dengan batas Betz.
Berbeda dengan kincir angin tua yang digerakkan oleh gaya dorong angin langsung, turbin modern menggunakan prinsip aerodinamis yang lebih kompleks, seperti efek Venturi, untuk menangkap energi sebanyak mungkin.
Interior generator angin
Di dalam turbin angin, kita menemukan beberapa elemen kunci yang memungkinkan energi kinetik angin diubah menjadi listrik. Rotor, yang terdiri dari bilah-bilah, bertanggung jawab untuk menangkap energi angin dan membuatnya berputar pada porosnya.
Gerakan rotasi ini disalurkan ke generator listrik melalui sistem power train, yang mencakup gearbox yang meningkatkan kecepatan putaran ke tingkat yang sesuai untuk generator. Generator didasarkan pada hukum Faraday yang menyatakan bagaimana energi mekanik rotasi diubah menjadi energi listrik.
Untuk melakukan hal ini, sistem menyertakan rotor yang digabungkan ke alternator, yang mengubah gerakan mekanis menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan dapat digunakan langsung atau disimpan dalam baterai untuk digunakan nanti.
Elemen turbin angin
Turbin angin terdiri dari berbagai elemen yang bekerja sama untuk memastikan pengoperasian turbin yang optimal dan konversi energi angin menjadi listrik secara efektif. Ini adalah komponen utamanya:
- Rotor: Rotor adalah elemen yang mengumpulkan energi dari angin. Ini terdiri dari bilah-bilah, yang berputar bahkan pada kecepatan angin rendah, berkat desain aerodinamisnya.
- Sistem kopling: Ini adalah seperangkat mekanisme yang menghubungkan bilah ke rotor generator untuk mentransfer gerakan rotasi.
- Pengganda atau gearbox: Sistem ini meningkatkan kecepatan putaran dari sekitar 10-40 RPM rotor menjadi 1.500 RPM yang diperlukan generator untuk menghasilkan listrik.
- Generator: Generator mengubah energi mekanik menjadi listrik. Tergantung pada turbinnya, dayanya dapat bervariasi dari 5kW hingga 10 MW pada model terbaru.
- Motor orientasi: Hal ini memungkinkan nacelle dan rotor dapat berputar agar selalu menghadap arah angin yang ada.
- Tiang dukungan: Ini adalah struktur yang menopang generator dan rotor. Semakin besar turbin, semakin tinggi pula ketinggian tempat nacelle berada.
- Bilah dan anemometer: Anemometer mengukur kecepatan angin, sementara sensor mengerem bilah ketika angin melebihi ambang batas tertentu, sehingga mencegah kerusakan pada turbin.
Jenis turbin angin
Ada dua jenis utama turbin angin, yang dibedakan berdasarkan orientasi sumbu rotornya:
- Turbin sumbu horizontal: Mereka adalah yang tradisional yang digunakan di ladang angin, dengan sumbu rotasi sejajar dengan tanah. Jenis ini adalah yang paling efisien dalam hal energi yang ditangkap oleh permukaan yang disapu.
- Turbin sumbu vertikal: Turbin ini memiliki keuntungan dalam menangkap angin dari segala arah tanpa harus melakukan reorientasi, meskipun efisiensinya biasanya lebih rendah dibandingkan turbin dengan sumbu horizontal.
Selain itu, muncul pula desain baru, seperti turbin angin tanpa bilah, yang memanfaatkan osilasi angin untuk menghasilkan listrik, meski masih dalam tahap pengembangan.
Pengoperasian ladang angin
Ladang angin terdiri dari beberapa turbin angin yang berlokasi strategis untuk memanfaatkan angin yang ada di area tersebut secara maksimal. Seperangkat turbin menghubungkan listrik yang dihasilkan melalui jaringan internal yang mengangkutnya ke gardu induk, di mana listrik diubah menjadi tegangan yang sesuai untuk didistribusikan.
Untuk memastikan pengoperasian berkelanjutan dan efisiensi taman, sistem kontrol digunakan yang memantau kecepatan angin, orientasi nacelles, dan status turbin. Hal ini memungkinkan produksi listrik menjadi maksimal dan kerusakan dapat dihindari jika terjadi angin yang sangat kencang.
Selain itu, beberapa fasilitas menggunakan turbin angin lepas pantai (di lepas pantai) yang, meskipun lebih mahal untuk dipasang, menawarkan kemungkinan memanfaatkan angin yang lebih konstan dan lebih kuat di laut.
Kelebihan dan kekurangan energi angin
Seperti sumber energi lainnya, energi angin memiliki kelebihan dan kekurangan:
Manfaat:
- Ini adalah sumber energi terbarukan, tidak ada habisnya dan tidak mengeluarkan gas rumah kaca.
- Memungkinkan mengurangi ketergantungan bahan bakar fosil.
- Ladang angin dapat dipasang di berbagai lokasi, termasuk wilayah maritim dan lahan pertanian tanpa mempengaruhi penggunaannya.
- Su jejak karbon minimal dibandingkan dengan teknologi energi lainnya.
Kekurangan:
- Efisiensinya bergantung pada ketersediaan angin, sehingga a sumber yang terputus-putus energi.
- Dampak visual dan suara dari pembangkit listrik tenaga angin dapat menimbulkan kerugian di beberapa daerah.
- Turbin besar dapat mempengaruhi satwa liar, terutama burung, sehingga faktor-faktor ini perlu dipertimbangkan ketika memilih lokasi.
- Biaya pemasangan awal tinggi, meskipun akan terbayar dalam jangka panjang.
Energi angin terus menjadi salah satu pilihan terbaik untuk produksi energi yang lebih berkelanjutan dan ramah lingkungan. Dengan kemajuan teknologi yang terus-menerus, turbin angin tidak hanya mengalami peningkatan dalam hal efisiensi, namun juga menjadi lebih mudah diakses dan tidak terlalu mengganggu dalam hal visual dan suara, menjadikannya pilihan yang tepat untuk masa depan energi global.