Selama ini banyak negara yang menggantungkan sumber energinya pada batubara, minyak bumi dan gas alam. Namun ketergantungan terhadap bahan bakar fosil menjadi masalah besar. Hal ini dikarenakan keterbatasan bahan bakar fosil sebagai sumber daya alam yang tidak terbarukan. Pada akhirnya dunia akan kehabisan bahan bakar fosil atau bahan bakar fosil akan menjadi barang yang sangat mahal jika ingin dipertahankan sebagai sumber energi. Di samping itu, bahan bakar fosil merupakan penyebab pencemaran udara, air dan tanah serta menghasilkan gas rumah kaca (green house gas) yang berperan dalam pemanasan global. Sumber daya energi terbarukan seperti angin, sinar matahari, tenaga air menawarkan pilihan yang lebih bersih untuk menggantikan bahan bakar fosil. Sumber daya tersebut lebih sedikit atau bahkan tidak mencemari atau pun menghasilkan gas rumah kaca. Dan sumber daya tersebut akan tetap tersedia. 1. Energi Surya Matahari merupakan sumber energi terbesar. Sinar matahari, atau tenaga surya dapat digunakan untuk memanasi, memberikan penerangan, atau mendinginkan rumah atau bangunan lain, menghasilkan listrik, memanaskan air dan bermacam proses industri. Kebanyakan sumber energi terbarukan berasal baik secara langsung maupun tidak langsung dari matahari. Sebagai contoh, panas dari matahari menyebabkan angin bertiup, berperan dalam pertumbuhan pohon dan tanaman lain yang digunakan sebagai energi biomassa dan mempunyai peran yang sangat penting dalam daur penguapan dan peresapan yang memungkinkan energi air. 2. Energi Angin Angin adalah pergerakan udara yang terjadi akibat udara hangat naik dan udara dingin mengalir menggantikan udara panas. Energi angin telah digunakan selama berabad-abad lalu untuk menggerakkan perahu layar dan menggerakkan kincir angin yang mengolah biji-bijian. Sekarang angin dipergunakan untuk menggerakkan turbin yang menghasilkan energi listrik. 3. Energi Air Air yang mengalir dari hulu ke hilir merupakan energi yang sangat besar. Air merupakan sumber daya terbarukan, yang secara terus menerus tersirkulasi oleh penguapan dan peresapan. Panas matahari menyebabkan air di danau dan lautan menguap untuk membentuk awan. Kemudian air tersebut jatuh kembali ke bumi dalam bentuk hujan dan salju dan mengalir melalui sungai dan aliran lain menuju lautan. Air yang mengalir dapat dijadikan energi untuk memutar kincir yang selanjutnya energi tersebut digunakan untuk proses mekanis industri. Energi aliran air juga dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik melalui turbin dan generator. 4. Energi Biomassa Pada awalnya, biomassa dikenal sebagai sumber energi ketika manusia membakar kayu untuk memasak makanan atau menghangatkan tubuh pada musim dingin. Kayu merupakan sumber energi biomassa yang masih lazim digunakan tetapi sumber energi biomassa lain termasuk makanan hasil panen, rumput dan tanaman lain, limbah dan residu pertanian atau pengolahan hutan, komponen organik limbah rumah
tangga dan industri, juga gas metana sebagai hasil dari timbunan sampah. Biomassa dapat digunakan untuk menghasilkan listrik dan sebagai bahan bakar transportasi. 5. Hidrogen Hidrogen mempunyai potensi yang luar biasa sebagai bahan bakar dan sumber energi, tetapi teknologi yang dibutuhkan untuk mendukungnya masih dalam tahap-tahap awal. Hidrogen merupakan zat yang berlimpah di bumi. Sebagai contoh, air mengandung dua pertiga hidrogen, tetapi di alam hidrogen dijumpai bersama-sama dengan elemen lain. Sekali terpisah dari elemen lainnya, hidrogen dapat digunakan untuk menggerakkan kendaraan, menggantikan gas alam untuk memasak dan memanaskan, juga untuk menghasilkan energi listrik. 6. Energi Panas Bumi Panas yang terkandung dalam perut bumi menghasilkan uap dan air panas yang dapat digunakan untuk memberikan tenaga pada generator dan menghasilkan listrik, atau untuk pemakaian lain seperti pemanasan rumah dan pembangkit daya pada industri. Energi panas bumi dapat diambial dari sumber di bawah tanah dengan pengeboran atau dari sumber lain yang lebih dekat dengan permukaan bumi. 7. Energi Gelombang Lautan Lautan menyediakan banyak bentuk energi terbarukan, dan setiap bentuknya dikendalikan oleh kekuatan tersendiri. Energi dari gelombang lautan dan ombak dapat digunakan untuk membangkitkan energi listrik dan tenaga panas lautan dapt diubah menjadi listrik juga. Dengan teknologi yang ada sekarang ini, kebanyakan energi dari lautan kurang efektif dalam hal biaya dibandingkan dengan sumber energi terbarukan yang lain, namun tetap saja lautan menyimpan potensi energi yang besar untuk masa depan.
Apa Saja Energi Terbarukan dan Energi Tidak Terbarukan Itu? 1. Energi Terbarukan Energi ini termasuk ke salah satu sumber energy perolehan dan energy modal, di mana energy yang dihasilkannya tak terhabiskan dan dapat diperbaruhi. Energi terbarukan harus terus dikembangkan. Contoh-contoh dari energy terbarukan, di antaranya : a. Energi Matahari Energi ini telah ada sejak lama dirasakan manusia. Disamping untuk mengeringkan sesuatu, pada jaman romawi kuno energy matahari yang dipusatkan pada cermin digunakan untuk membakar kepal-kapal. b. Energi Laut Sebagai manusia yang hidup di zaman ini, tentunya kita sudah sangat sering mendengar, membaca dan melihat bahwa persediaan bahan bakar fosil di bumi ini kian menipis. Selain itu, penggunaannya juga dapat mengakibatkan kerusakan lingkungan. Oleh karena itu, diperlukan pemanfaatan energi alternatif, terutama yang bersumber dari sumber daya terbarukan dan tidak memberikan kerusakan pada lingkungan dalam jumlah besar. Terdapat tiga macam energi dari laut, yaitu energi ombak, energi pasang surut, dan energi panas laut. Kenyataannya, yang paling mudah dimanfaatkan dan yang paling banyak jenisnya adalah pembangkit listrik tenaga ombak c. Energi Angin Karena matahari memanaskan permukaan bumi secara tidak merata, maka terbentuklah angin. Energi Kinetik dari angin dapat Digunakan untuk Menjalankan Turbin angin, Beberapa mampu memproduksi tenaga 5 MW. Keluaran tenaga Kubus adalah fungsi dari kecepatan angin, maka Turbin tersebut paling tidak membutuhkan angin dalam kisaran 5,5 m / d (20 km / j), dan dalam praktek sangat sedikit wilayah yang memiliki angin yang bertiup terus menerus. Namun begitu di daerah Pesisir atau daerah di ketinggian, angin yang cukup Tersedia KONSTAN. d. Anergi Air Pembangkit hidro adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan energi air untuk menghasilkan listrik.Energi mekanik yang dihasilkan turbin berasal dari energi kinetik air. Turbin yang digunakan memiliki jenis yang berbeda-beda, antara lain crossflow, pelton, francise.... e. Energi Panas Energi panas bumi adalah energi yang diekstraksi dari panas yang tersimpan di dalam bumi. Energi panas bumi ini berasal dari aktivitas tektonik di dalam bumi yang terjadi sejak planet ini diciptakan. Panas ini juga berasal dari panas matahari yang diserap oleh permukaan bumi. Energi ini telah dipergunakan untuk memanaskan (ruangan ketika musim dingin atau air) sejak peradaban Romawi, namun sekarang lebih populer untuk menghasilkan energi listrik. Sekitar 10 Giga Watt pembangkit listrik tenaga panas bumi telah dipasang di seluruh dunia pada tahun 2007, dan menyumbang sekitar 0.3% total energi listrik dunia. 2. Energi Tidak Terbarukan Energi tak terbarukan adalah energi yang diperoleh dari sumber daya alam yang waktu pembentukannya sampai jutaan tahun. Dikatakan tak terbarukan karena, apabila sejumlah sumbernya dieksploitasikan, maka untuk mengganti sumber sejenis dengan jumlah sama, baru mungkin atau belum pasti akan terjadi jutaan tahun yang akan datang. Hal ini karena, disamping waktu terbentuknya yang sangat lama, cara terbentuknya lingkungan tempat terkumpulkan bahan dasar sumber energi inipun tergantung dari proses dan keadaan geologi saat itu. Contoh dari Energi tak terbarukan yang sangat dikenal, yaitu minyak bumi. Dari cara terbentuknya, Minyak bumi atau minyak mentah merupakan senyawa hidrokarbon yang berasal dari sisa-sisa kehidupan
purbakala (fosil), baik berupa hewan, maupun tumbuhan. Hal ini juga telah dijelaskan dalam Al-Qur'an. Saat ini negara-negara di dunia nulai meninggalkan energi yang kotor ini. Dewasa ini di berbagai negara di belahan dunia termasuk Indonesia, aktivitas pencarian energi alternatif untuk menggantikan energi tak terbarukan tengah digalakkan, biasanya dengan melakukan penelitian mengenai kandungan senyawa kimiawi terhadap spesies tumbuhan tertentu, dilanjutkan dengan berbagai proses percobaan, agar energi yang dihasilkan setara dengan atau paling tidak, mendekati besarnya energi yang diperoleh dari sumber energi tak terbarukan itu.
Pendahuluan Energi angin telah dimanfaatkan selama ribuan tahun untuk menggerakkan mesin seperti penggilingan gandum, pompa air dan aplikasi mekanik lainnya. Penggunaan energi angin sebagai Pembangkit Tenaga Listrik semakin menarik dalam dekade terakhir karena sifatnya yang terbarukan. Di Indonesia Pembangkit Listrik dari energi angin disebut Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB). Menurut sejarahnya, upaya untuk membangkitkan energi listrik dari angin telah dilakukan sejak abad ke-19, yang dimulai oleh Professor James Blyth dari the Royal College of Science and Technology Inggris. Seiring perjalanan waktu, teknologi energi angin berkembang dengan pesat. Pada era 1980-an, perkembangan energi angin dianggap telah matang. Dari tahun 1980 s.d 2000an, biaya pembangunan PLTB menurun secara linear dan kapasitas pembangkitan meningkat secara signifikan. Saat ini, dibeberapa Negara Eropa, PLTB dianggap jenis pembangkitan listrik dengan biaya yang paling efektif. Dengan adanya perbaikan pada desain , biaya, dan reliability maka diharapkan dalam beberapa dekade ke depan perkembangan PLTB akan lebih meningkat. Perkembangan PLTB juga semakin menarik dengan penempatan lokasinya di lepas pantai, yang secara teknis memiliki keunggulan dibanding dengan penempatan PLTB di daratan. Pada tahun 2010, total kapasitas pembangkitan PLTB diseluruh dunia telah mencapai 194 GW, 36 GW diantaranya baru dibangun pada tahun tersebut yang berarti 11 kali lipat kapasitas dibanding yang dipasang pada tahun 2000. Secara rata-rata, pertumbungan PLTB diseluruh dunia mencapai 22% setiap tahun. (Boyle and Open University., 2012) Turbin Angin (Wind Turbine) Secara garis besar turbin angin terbagi atas dua konfigurasi. Horizontal Axis dan Vertikal Axis.Horizonal axis, sumbu putarnya sejajar dengan arah angin. Sementara Vertikal Axis, sumbu putarnya tegak lurus terhadap arah angin.
Horizontal dan vertical turbine (Sumber : http://www.windturbineworks.com/basics.html)
Horizontal Axis Wind Turbine (sumber :http://www.allenergies.net/wind/images/windturbine.JPG)
Horizontal Axis Wind Turbines (HAWT) secara umum memiliki 2 atau 3 blade atau bisa lebih. Turbin angin dengan banyak blade digunakan sejak abad ke-19 untuk pompa air di lahan pertanian. Solidity digunakan untuk menggambarkan area sapuan turbin angin yang solid. Karenanya, turbin angin dengan jumlah blade yang banyak memiliki solidity tinggi (high solidity). Turbin angin yang memiliki area solid yang lebih kecil (area kosong lebih banyak) disebut low solidity. Turbin angin untuk pompa air memiliki turbin high solidity dan turbin untuk pembangkit listrik memiliki low solidity. Turbin low solidity bekerja efektif bekerja efektif pada kecepatan putaran yang lebih tinggi dibandingkan dengan high solidity.
Vertical Wind Turbine (Sumber : http://www.conserve-energy-future.com/VerticalAxisWindTurbines.php) Vertical Axis wind Turbine (VAWT) atau turbin angin sumbu vertikal, dapat mengekstrak tenaga angin dari semua arah tanpa perlu mengubah posisi rotor jika terjadi perubahan arah angin. Namun demikian, kekurangan dari jenis turbin ini adalah masalah power quality, siklus beban dan system tower yang lebih rumit dibanding HAWT, disampinng itu VAWT memiliki efisiensi lebih rendah dibandingkan dengan HAWT. Saat ini, secara komersial lebih banyak digunakan HAWT dibandingkan dengan VAWT.
Aerodinamic pada Turbin Angin Gaya yang bekerja pada pemanfaatan energi angin terdiri atas dua jenis gaya : gaya dorong (drag force) dan gaya angkat (lift force). Gaya dorong adalah komponen gaya yang
sejajar dengan arah angin. Gaya angkat adalah gaya yang tegak lurus terhadap arah angin. Untuk energi angin, gaya angkat lebih banyak digunakan dibandingkan dengan gaya dorong.
Energi angin Energi yang terkandung dalam angin adalah energi kinetik. Energi kinetic pada benda yang bergerak (angin) sebanding dengan setengah dari massa (m), dikali dengan kuadrat kecepatan angin (V) Kinetic energi = setengah massa x kuadrat kecepatan = 0.5 mV² (1) dimana m dalam kilogram dan V dalam meter per second massa udara sendiri tergantung dari kerapatan massa udara (pada ketinggian 0 diatas permukaan laut = 1.2256 kg/m3 dan debit udara (Q) yang melewati (volume/second). Volume udara dapat pula disubtitusikan sebagai perkalian antara luas bidang yang dilewati angin (A) dikalikan dengan kecepatan V. sehingga: m = ρAV (2) persamaan diatas dapat disubstitusikan ke persamaan (1), sehingga didapatkan P = 0.5 ρAV³ (Joule/second) atau (Watt) Sehingga bisa disimpulkan bahwa daya pada angin sebanding dengan:
Kerapatan massa dari udara
Luas bidang yang dilewati angin
Kecepatan angin
Nilai daya diatas adalah daya yang dapat dihantarkan oleh angin. Namun dalam aplikasinya, tidak ada peralatan mekanis yang dapat mengekstrak semua energi angin yang melewatinya. Persentase kemampuan ekstraksi ini disebut power coeeficient (Cp). Sehingga persamaan daya untuk energi angin menjadi. Nilai Cp maksimum berdasarkan persamaan Bernoulli adalah 0.59
Performance Turbin Dalam normal operasi, performance turbin angin digambarkan dengan Kurva Power dalam 4 zona operasi :
Performance Turbine Curve (Harrison, 2013) Zona 1 : Sebelum kecepatan cut-in, P = 0 Zona 2 : Diatas kecepatan cut-in dan dibawah kecepatan ratingnya, nilai P mengikuti polynomial Zona 3 : Diatas kecepatan rating dan dibawah kecepatan cut-out, nilai daya tetap sesuai dengan rating Zona 4 : diatas kecepatan cut-out, turbin shut down, P = 0
Kesimpulan:
PLTB merupakan salah satu jenis pembangkit listrik dari energy terbarukan yang perkembangannya sangat pesat dan teknologinya telah dianggap mapan.
Gaya yang lebih mempengaruhi dalam ekstraksi energy angin untuk pembangkit listrik adalah gaya angkat.
Energi angin yang dapat diekstrak sangat tergantung kepada kerapatan massa udara, luas bidang cakupan angin, kecepatan angin dan peralatan mekanis yang digunakan.
Performance turbin angin dapat dianalisa dari 4 zona yang dibatasi oleh kecepatan pada saat cut in, kecepatan rating dan kecepatan saat cut-out.
Reference: BOYLE, G. & OPEN UNIVERSITY. 2012. Renewable energy : power for a sustainable future, Oxford, Oxford University Press in association with the Open University. HARRISON, G. 2013. Wind Power : Lecture Technologies for Sustainable Energy. University of Edinburgh.
