Mungkin Anda pernah melihatnya saat mengemudi di pedesaan. Atau mungkin Anda melihat mereka di lepas pantai, menjulang besar di cakrawala dengan pedang berputar mereka. Kemudian lagi, Anda mungkin melihatnya di atap seseorang, atau sebagai bagian dari operasi perkotaan skala kecil. Terlepas dari lokasi, turbin angin dan tenaga angin menjadi fitur yang semakin umum di dunia modern.
Sebagian besar ini ada hubungannya dengan ancaman Perubahan Iklim, polusi udara, dan keinginan untuk menyapu umat manusia dari ketergantungannya pada bahan bakar fosil. Dan ketika datang ke energi alternatif dan terbarukan, tenaga angin diharapkan untuk menempati pangsa pasar terbesar kedua di masa depan (setelah matahari). Tapi bagaimana tepatnya cara kerja turbin angin?
Deskripsi:
Turbin udara adalah perangkat yang mengubah energi kinetik angin dan mengubah aliran udara menjadi energi listrik. Secara umum, mereka terdiri dari komponen-komponen berikut: rotor, generator, dan komponen pendukung struktural (yang dapat berbentuk menara, mekanisme rotor yaw, atau keduanya).
Rotor terdiri dari bilah yang menangkap energi angin dan poros, yang mengubah energi angin menjadi energi rotasi kecepatan rendah. Generator - yang terhubung ke poros - mengubah rotasi lambat menjadi tinggi menjadi energi listrik menggunakan serangkaian magnet dan konduktor (yang biasanya terdiri dari kawat tembaga melingkar).
Ketika magnet berputar dengan kawat tembaga, magnet itu menghasilkan perbedaan potensial listrik, menciptakan tegangan, dan arus listrik. Terakhir, ada komponen pendukung struktural, yang memastikan bahwa turbin berada pada ketinggian yang cukup tinggi untuk menangkap perubahan tekanan angin secara optimal, dan / atau menghadap ke arah aliran angin.
Jenis Turbin Angin:
Saat ini, ada dua jenis turbin angin - Turbin Angin Sumbu Horisontal (HAWT) dan Turbin Angin Sumbu Vertikal (VAWT). Seperti namanya, turbin angin horisontal memiliki poros rotor utama dan generator listrik di bagian atas menara, dengan bilah mengarah ke angin. Turbin biasanya diposisikan melawan arah angin dari menara pendukungnya, karena menara tersebut cenderung menghasilkan turbulensi di belakangnya.
Turbin sumbu vertikal (sekali lagi, sesuai namanya) memiliki poros rotor utama yang tersusun secara vertikal. Biasanya, ini lebih kecil di alam, dan tidak perlu diarahkan ke arah angin untuk memutar. Dengan demikian mereka dapat mengambil keuntungan dari angin yang bervariasi dalam hal arah.
Secara umum, turbin angin sumbu horisontal dianggap lebih efisien dan dapat menghasilkan lebih banyak daya. Sementara model vertikal menghasilkan lebih sedikit listrik, ia dapat ditempatkan pada ketinggian yang lebih rendah dan membutuhkan lebih sedikit komponen (terutama mekanisme menguap). Turbin angin juga dapat dibagi menjadi tiga kelompok umum berdasarkan desain mereka, yang meliputi model Towered, Savonius, dan Darrieus.
Model menara adalah bentuk HAWT yang paling konvensional, terdiri dari menara (seperti namanya) dan serangkaian bilah panjang yang berada di depan (dan sejajar dengan) menara. Savonis adalah model VAWT yang mengandalkan bilah berkontur (sendok) untuk menangkap angin dan putaran. Mereka umumnya efisiensi rendah, tetapi memiliki manfaat untuk memulai sendiri. Jenis turbin ini sering merupakan bagian dari operasi angin di atap atau dipasang di kapal laut.
Model Darrieus, juga dikenal sebagai turbin "Eggbeater", dinamai sesuai dengan penemu Perancis yang memelopori desain - Georges Darrieus. Model VAWT ini menggunakan serangkaian bilah vertikal yang sejajar dengan dukungan vertikal. Mereka umumnya efisiensi rendah, memerlukan rotor tambahan untuk mulai berputar, menghasilkan torsi tinggi, dan menempatkan tekanan tinggi pada menara. Oleh karena itu, mereka dianggap tidak dapat diandalkan saat desain berjalan.
Sejarah Pembangunan:
Tenaga angin telah digunakan selama ribuan tahun untuk mendorong layar, menyalakan kincir angin, atau menghasilkan tekanan untuk pompa air. Contoh paling awal yang diketahui berasal dari Asia Tengah, di mana kincir angin yang digunakan di Persia kuno (Iran) telah berusia antara 500 - 900 Masehi. Teknologi ini mulai muncul di Eropa selama Abad Pertengahan, dan menjadi fitur umum pada abad ke-16.
Pada abad ke-19, dengan pengembangan daya listrik, turbin angin pertama yang mampu menghasilkan listrik dibangun. Yang pertama dipasang pada tahun 1887 oleh akademisi Skotlandia James Blyth untuk menerangi rumah liburannya di Marykirk, Skotlandia. Pada tahun 1888, penemu Amerika Charles F. Brush membangun turbin angin otomatis pertama untuk memberi daya rumahnya di Cleveland, Ohio.
Pada awal abad ke-20, turbin angin mulai menjadi sarana umum untuk memberi daya rumah di daerah-daerah terpencil (seperti farmsteads). Pada tahun 1941, turbin angin kelas megawatt pertama dipasang di Vermont dan terhubung ke jaringan utilitas lokal. Pada tahun 1951, Inggris memasang turbin angin pertama yang terhubung dengan jaringan listrik di Kepulauan Orkney.
Pada tahun 1970-an, penelitian dan pengembangan teknologi turbin angin maju pesat berkat krisis OPEC dan protes terhadap tenaga nuklir. Pada dekade-dekade berikutnya, asosiasi dan pelobi yang didedikasikan untuk energi alternatif mulai muncul di negara-negara Eropa Barat dan Amerika Serikat. Pada dekade terakhir abad ke-20, upaya serupa muncul di India dan Cina karena meningkatnya polusi udara dan meningkatnya permintaan energi bersih.
Tenaga angin:
Dibandingkan dengan bentuk energi terbarukan lainnya, tenaga angin dianggap sangat andal dan stabil, karena angin konsisten dari tahun ke tahun dan tidak berkurang selama jam sibuk permintaan. Awalnya, pembangunan ladang angin adalah usaha mahal. Tetapi berkat perbaikan baru-baru ini, tenaga angin telah mulai menetapkan harga puncak di pasar grosir energi di seluruh dunia dan memotong pendapatan dan keuntungan industri bahan bakar fosil.
Menurut sebuah laporan yang dikeluarkan oleh Departemen Energi pada bulan Maret 2015, pertumbuhan tenaga angin di Amerika Serikat dapat menyebabkan pekerjaan yang lebih terampil dalam banyak kategori. Berjudul "Visi Angin: Era Baru untuk Tenaga Angin di Amerika Serikat", dokumen tersebut mengindikasikan bahwa pada tahun 2050, industri ini dapat mencapai 35% dari produksi listrik AS.
Selain itu, pada tahun 2014, Dewan Energi Angin Global dan Greenpeace Internasional bersama-sama menerbitkan laporan berjudul “Global Wind Energy Outlook 2014”. Laporan ini menyatakan bahwa di seluruh dunia, tenaga angin dapat menyediakan sebanyak 25 hingga 30% dari listrik global pada tahun 2050. Pada saat penulisan laporan ini, instalasi komersial di lebih dari 90 negara memiliki total kapasitas 318 gigawatt (GW), menyediakan sekitar 3,1% dari pasokan global.
Ini merupakan peningkatan hampir enam belas kali lipat dalam tingkat adopsi sejak tahun 2000, ketika tenaga angin menyumbang kurang dari 0,2%. Cara lain untuk melihatnya adalah dengan mengatakan bahwa pangsa pasar tenaga angin meningkat dua kali lipat dalam waktu kurang dari 15 tahun. Ini menempatkannya di urutan kedua setelah tenaga surya, yang dua kali lipat tujuh kali lipat pada periode yang sama, tetapi masih tertinggal dalam hal pangsa pasar secara keseluruhan (sekitar 1% pada 2014).
Dalam hal kelemahannya, satu masalah yang secara konsisten diangkat adalah efek turbin angin terhadap satwa liar setempat, dan gangguan kehadirannya terhadap lanskap lokal. Namun, kekhawatiran ini sering ditunjukkan meningkat oleh kelompok kepentingan khusus dan pelobi yang berusaha mendiskreditkan tenaga angin dan sumber energi terbarukan lainnya.
Sebagai contoh, sebuah studi tahun 2009 yang dirilis oleh Laboratorium Energi Terbarukan Nasional menetapkan bahwa kurang dari 1 hektar per megawatt terganggu secara permanen oleh pembangunan ladang angin skala besar, dan kurang dari 3,5 hektar per megawatt terganggu sementara. Studi yang sama menyimpulkan bahwa dampaknya relatif rendah pada satwa liar burung dan kelelawar, dan bahwa kesimpulan yang sama berlaku untuk anjungan lepas pantai.
Di seluruh dunia, pemerintah dan komunitas lokal mencari tenaga angin untuk memenuhi kebutuhan energi mereka. Di zaman kenaikan harga bahan bakar, meningkatnya kekhawatiran tentang Perubahan Iklim, dan peningkatan teknologi, ini hampir tidak mengejutkan. Pada tingkat adopsi saat ini, kemungkinan akan menjadi salah satu sumber energi terbesar pada pertengahan abad.
Dan pastikan untuk menikmati video ini tentang turbin angin, milik Pusat Penelitian Lewis NASA:
Kami telah menulis banyak artikel menarik tentang turbin angin dan tenaga angin di sini di Space Magazine. Inilah Apa itu Energi Alternatif?, Apa itu Bahan Bakar Fosil?, Apa Berbagai Jenis Energi Terbarukan?, Tenaga Angin di Lautan (dengan Bantuan dari Luar Angkasa), dan Mungkinkah Dunia Hidup dengan Tenaga Surya dan Angin?
Untuk informasi lebih lanjut, lihat artikel How Stuff Works tentang sejarah dan mekanisme tenaga angin dan halaman Greenspace NASA.
Pemain Astronomi juga memiliki beberapa episode yang relevan dengan subjek. Inilah Episode 51: Bumi dan Episode 308: Perubahan Iklim.
Sumber:
- Wikipedia - Turbin Angin
- NASA - Angin Perubahan
- Departemen Energi - Bagaimana Cara Kerja Turbin Angin?
- Badan Informasi Energi AS - Jenis Turbin Angin
