Technical Paper
Pengembangan Program Komputer untuk Pemilihan Kincir Angin Pembangkit Tenaga Listrik di Pedesaan Development of the Computer Program for Selecting Windmills-Generated Electric Power in Rural Areas Rusnia Zaidun1 dan Mad Yamin2
Abstract Rural areas which have not getting electricity networks provided by Perusahaan Listrik Negara or PLN can consider constructing windmills to generate electricity. In the construction of these windmills, a special attention should be paid to such factors as topography of the location and wind speed in the site of windmills so that a proper type of windmills that will be used in the area can be decided. Therefore, developing a computer program for selecting the type of windmills used is expected to serve as an input for the development of agricultural technologies that utilize renewable energy. Making the computer program consists of the following steps: making the initial view layout of the program, program scripts, animation, and program evaluation. Making a program design is started by determining the input and output components of the program so as to set the initial view of the program. Based on the formulas used for windmills generating electricity, a computer program to determine the type of windmills was developed by using Visual Basic 6.0. Meanwhile, Adobe Flash CS3 Professional software was used to construct animated windmills, which can also be run under Visual Basic 6.0 program. Keywords: windmill, energy, electricity, power Diterima: 14 Mei 2010; Disetujui: 6 September 2010
Pendahuluan Energi angin telah lama dilupakan, padahal manfaatnya begitu besar dan ramah terhadap lingkungan. Selain itu, angin merupakan energi yang tidak ada habisnya. Energi angin telah dimanfaatkan untuk pembangkit listrik dibeberapa negara di dunia, seperti Amerika Serikat, Belanda, Inggris, Perancis, Russia, Brasil, dan Denmark. Di Thailand kincir angin telah banyak digunakan sebagai pemompa air untuk ladang garam dan mengairi sawah (Aribowo 1996). Indonesia dengan jumlah penduduk sekitar 240 juta jiwa, pertumbuhan populasi penduduk sekitar 1.98% setiap tahun, pertumbuhan kebutuhan listrik sekitar 17% setiap tahun, dan dengan keadaan wilayahnya berupa ribuan kepulauan yang menyebar, mempunyai masalah dalam penyediaan dan pemerataan energi listrik bagi penduduknya. Berbagai sumber energi alternatif untuk menggantikan peran energi fosil, khususnya minyak bumi sudah banyak dicoba. Tetapi ketergantungan pada energi fosil masih demikian besar (Aribowo 1996).
Masyarakat di Indonesia tidak bisa dipisahkan dari kebutuhan akan penggunaan energi untuk setiap kegiatan atau aktivitasnya sehari-hari. Pada umumnya semua kegiatan masyarakat menggunakan energi listrik untuk kelancaran kegiatannya. Energi listrik yang disediakan oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN) untuk masyarakat tentu sangat bermanfaat. Untuk wilayah-wilayah perkotaan tidaklah sulit untuk mendapatkan pasokan energi listrik dari PLN. Namun, untuk wilayah-wilayah di pedesaan yang belum terjangkau oleh jaringan listrik PLN agak sulit untuk mendapatkan pasokan energi listrik tersebut. Berdasarkan data yang diperoleh dari PLN bahwa dari seluruh 240 juta penduduk Indonesia hanya 64% yang sudah mendapatkan jaringan listrik PLN. Jadi sisanya sebesar 36% dari seluruh penduduk Indonesia belum terjangkau jaringan listrik PLN. Pada wilayah-wilayah di pedesaan yang belum terjangkau jaringan listrik PLN perlu dikaji kemungkinan pengembangan pembangunan kincir angin sebagai pembangkit tenaga listrik. Dalam pembangunan kincir angin pembangkit tenaga listrik tersebut terdapat faktor-faktor yang perlu diperhatikan. Faktor-faktor tersebut adalah keadaan
1
Alumni Mahasiswa Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian-Institut Pertanian Bogor Staf Pengajar Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Peratanian-Institut Pertanian Bogor. Email:
[email protected] 2
89
Vol. 24, No. 2, Oktober 2010
Tabel 1. Tipe kincir angin dan kegunaannya
Type
Speed
Torque
Cp
Solidity (%)
Use
Low
High
0.25 - 0.40
50-80
Mechanical power
High
Low
Up to 0.45
Less than 5
Electricity production
Panemone
Low
Medium
Less than 0.1
50
Mechanical power
Darrieus
Moderate
Very low
0.25 - 0.35
10-20
Electricity production
Multi blade Horizontal axis Three-blade Vertical axis
aerofoil
topografi lokasi dan tingkat kecepatan angin di daerah tersebut. Dengan mengetahui faktor-faktor tersebut maka dapat diketahui mungkin tidaknya dan jenis kincir angin yang layak digunakan. Oleh karena itu, pengembangan program komputer untuk pemilihan jenis kincir angin pembangkit tenaga listrik ini diharapkan dapat menjadi masukan dalam pengembangan teknologi pertanian yang memanfaatkan energi terbarukan khususnya energi angin. Potensi Energi Angin Potensi angin pada umumnya berkecepatan lebih dari 5 m/dtk. Berdasarkan hasil pemetaan dari Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) terdapat 120 lokasi di Indonesia yang menunjukkan bahwa wilayah tersebut memiliki potensi kecepatan angin di atas 5 m/dtk. Beberapa lokasi tersebut diantaranya, Nusa penida Bali, Sulawesi Selatan, Nusa Tenggara Barat (NTB), Nusa Tenggara Timur (NTT), dan Pantai Selatan Jawa. Manga (1985) mengemukakan bahwa kincir angin dapat didefinisikan sebagai alat perubah energi kinetis aliran udara atau angin menjadi energi mekanis yang biasanya dalam bentuk putaran. Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam. Pembangkit listrik tenaga angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar kincir angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang kincir angin, sehingga
akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan ke dalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari. Energi kinetik diperoleh dari angin yang bergerak. Energi angin dapat dikonversi ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir angin atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir angin atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin atau di singkat SKEA (Anwar 2008). Perencanaan kincir angin harus disesuaikan untuk keperluan apa kincir angin tersebut digunakan. Dari data di bawah ini, dapat ditentukan berapa jumlah blade yang harus digunakan untuk berbagai penggunaan kincir angin. Sesuai dengan data pada Tabel 1, untuk membuat kincir angin yang akan digunakan untuk memproduksi tegangan listrik harus digunakan kincir angin dengan 3 blade (Sudu). Kincir angin dengan menggunakan 3 blade akan menghasilkan kecepatan tinggi dengan torsi rendah dan mempunyai solidity yang rendah, dan khusus digunakan untuk menghasilkan tegangan listrik Syarat-syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan enrgi listrik dapat di lihat pada table berikut:
Bahan dan Metode Tempat dan Waktu Penelitian Pelaksanaan penelitian dilakukan di Laboratorium Ergonomika dan Elektronika Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, Bogor. Waktu pelaksanaan penelitian mulai bulan April 2010 hingga Juli 2010.
Gambar 1. Aliran proses energi angin hingga menjadi energi listrik
90
Alat dan Bahan Penelitian Alat: a. Seperangkat komputer dengan sistem operasi Microsoft Windows XP Profesional SP 2 sebagai program dasar pengatur kerja komputer.
Tabel 2. Syarat-syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik Kelas angin
Kecepatan angin (m/dtk)
Kondisi alam di daratan
1
0.00-0.02
-
2
0.30-1.50
Angin tenang, asap lurus ke atas
3
1.60-3.30
Asap bergerak mengikuti arah angin
4
3.40-5.40
Wajah terasa ada angin, daun-daun bergoyang pelan, petunjuk arah angin bergerak
5
5.50-7.90
Debu jalan, kertas beterbangan, ranting pohon bergoyang
6
8.00-10.70
7
10.80-13.80
Ranting pohon besar bergoyang
8
13.90-17.10
Ujung pohon melengkung, hembusan angin terasa di telinga
9
17.20-20.70
Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat melawan arah angin
10
20.80-24.40
Dapat mematahkan ranting pohon, rumah rubuh
11
24.50-28.40
Dapat merubuhkan pohon, menimbulkan kerusakan
12 13
28.50-32.60 32.70-36.90
Menimbulkan kerusakan parah Tornado
Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar
b. Microsoft Visual Basic 6.0 sebagai program dasar pembuatan aplikasi. c. Adobe Flash CS3 Professional sebagai program dasar pembuatan animasi yang dapat dijalankan dalam aplikasi. Bahan: Bahan yang digunakan dalam membuat program aplikasi ini adalah data kecepatan angin dari badan meteorologi pusat di Jakarta dimana data kecepatan angin yang digunakan memenuhi syarat untuk dilakukan pemasangan kincir angin pembangkit tenaga listrik di suatu lokasi. Data kecepatan angin yang akan dijadikan contoh dalam running program
a
ini adalah data kecepatan angin di daerah Nusa Tenggara Barat dan Kalimantan Timur. Metode Pembuatan Program Pembuatan program komputer untuk menentukan pemilihan kincir angin pembangkit tenaga listrik ini terdiri atas langkah-langkah sebagai berikut : 1. Pembuatan layout tampilan program. Hal yang pertama dilakukan dalam pembuatan program komputer menggunakan Visual Basic 6.0 ini adalah dengan menentukan komponenkomponen input dan output program. Setelah input dan output program diketahui maka user
b
Gambar 2. (a) Tampilan awal program dan (b) Tampilan output pembantu di daerah NTB
91
Vol. 24, No. 2, Oktober 2010
a
b
Gambar 3. (a) Tampilan awal program dan (b) Tampilan output pembantu di daerah Kalimantan Timur
(a) Input data kecepatan angin
(c) Input ketinggian lokasi
(e) Input ukuran tinggi tower
(b) Input jumlah blade
(d) Input ukuran diameter rotor
(f) Input rasio transmisi gearbox
Gambar 4. (a), (b), (c), (d), (e), dan (f) Tampilan form help
92
dapat membuat layout tampilan program dengan mudah. 2. Pembuatan skrip program. Pembuatan skrip program dilakukan berdasarkan proses input program hingga menghasilkan output program. 3. Pembuatan animasi. Pembuatan animasi menggunakan Adobe Flash CS3 Professional, yang dapat dijalankan di Visual Basic 6.0. 4. Evaluasi program Evaluasi terhadap program dilakukan dengan cara memasukkan inputan data sesuai dengan data yang diperoleh sehingga menghasilkan output program berupa angka, tampilan animasi dan jenis kincir angin yang digunakan.
Hasil dan Pembahasan Pembuatan Desain Program Pembuatan desain program komputer untuk pemilihan kincir angin pembangkit tenaga listrik dimulai dengan menentukan komponen input dan output program sehingga dapat ditentukan tampilan awal programnya. Input dalam program ini adalah sebagai berikut : 1. Data kecepatan angin selama satu tahun di lokasi pemasangan kincir 2. Tinggi tower rencana 3. Jumlah blade yang akan digunakan 4. Ketinggian lokasi pemasangan kincir angin dari atas permukaan laut 5. Ukuran diameter rotor yang digunakan 6. Keadaan lokasi berupa jenis topografi.
generator, sistem pengaman, dan output berupa rumah yang diberi penerangan lampu, yang masingmasing ditempatkan pada layer yang berbeda. Untuk mendapatkan gambar yang bergerak, pada frame-frame tertentu diletakkan keyframe yang ditempatkan gambar rotor dengan posisi yang berbeda (dirotasi), sehingga pada saat dijalankan rotor terlihat berputar, begitu pula untuk Gambar gear dan generator serta sistem pengaman yang ditampilkan. Sama halnya dengan gambar rotor yang terlihat berputar maka untuk mendapatkan variasi kecepatan putaran rotor dan gear diatur pada frameline dengan mengubah kecepatan pergerakan frame per detik, yang biasa disebut dengan fps (frame per second). Selanjutnya file dari Adobe Flash CS3 Professional tersebut diexport kedalam bentuk video yang berformat AVI agar dapat ditampilkan dalam program yang telah dibuat. Pembuatan Program Program dibuat dengan menggunakan software Visual Basic 6.0. Software ini dipilih karena merupakan salah satu bahasa pemograman yang sudah dikenal oleh pemakai komputer dan umum digunakan dalam pembuatan program aplikasi. Selain itu bahasa Visual Basic 6.0 mudah dipelajari dan digunakan. Pembuatan program dimulai dengan pembuatan perintah untuk mengolah input menjadi output pembantu yang diletakkan pada form pembantu. Pembuatan program dilanjutkan dengan membuat perintah untuk memproses nilai output utama. Contoh hasil running program di daerah Nusa Tenggara Barat dan Kalimantan Timur adalah sebagai berikut:
Output dalam program ini adalah : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Luas area rotor (m2) Nilai kecepatan putaran rotor (rpm) Torsi yang dihasilkan rotor (Nm) Nilai koefisien power (Cp) Daya listrik (Watt) Gambar animasi kincir angin Jenis kincir angin yang digunakan
Dalam program ini, selain user mendapatkan keluaran berupa angka atau hasil perhitungan data, juga dilengkapi animasi sebagai gambaran dari output program tersebut. Pembuatan animasi menggunakan Adobe Flash CS3 Professional. Langkah pertama pembuatan animasi ini adalah membuat gambar masing-masing komponen kincir angin pembangkit tenaga listrik, yang terdiri atas tower, rotor (bilah kipas), transmisi berupa gear,
Gambar 5. Tampilan animasi di daerah NTB dan Kalimantan Timur
93
Vol. 24, No. 2, Oktober 2010
Kesimpulan 1. Berdasarkan data-data prasyarat yang diperlukan untuk membangun berbagai tipe kincir angin pembangkit tenaga listrik maka pengembangan program komputer untuk menentukan pemilihan kincir angin pembangkit tenaga listrik telah berhasil dibuat dengan menggunakan Visual Basic 6.0. 2. Berdasarkan hasil running program pada contoh kasus aplikasi di daerah NTB dengan rata-rata kecepatan angin sebesar 1.6 m/dtk, tinggi tower 10 m, jumlah blade 3 buah, diameter rotor 5 m, dan ketinggian lokasi dari atas permukaan laut (dpl) 0 mdpl; maka diperoleh nilai keluaran berupa: luas area penangkapan angin 19.6 m2, kecepatan putar rotor 51 rpm, torsi rotor 3.96 Nm, nilai Cp > 0.45 dan daya listrik 123.05 Watt. Jenis kincir angin yang sesuai untuk daerah tersebut adalah horisontal axis tipe three blade aerofoil. 3. Berdasarkan hasil running program untuk contoh kasus aplikasi di daerah Kalimantan Timur dengan rata-rata kecepatan angin sebesar 2 m/dtk, tinggi
94
tower 10 m, jumlah blade 3 buah, diameter rotor 5 m, dan ketinggian lokasi dari atas permukaan laut (dpl) 0 mdpl; maka diperoleh nilai keluaran berupa: luas area penangkapan angin 19.6 m2, kecepatan putar rotor 70 rpm, torsi rotor 7.46 Nm, nilai Cp > 0.45 dan daya listrik 318.27 Watt. Jenis kincir angin yang sesuai untuk daerah tersebut adalah horisontal axis tipe three blade aerofoil.
Daftar Pustaka Anwar, Moh. Saiful. 2008. Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Angin pada Stasiun Pengisian Accu Mobil Listrik [proyek akhir]. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Aribowo. 1996. Penilaian Sumber Daya Angin Dan Kinerja Kincir Angin Di Nusa Tenggara [skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Manga B, John. 1985. Kemungkinan Penggunaan Kincir Angin Sebagai Alat PenggerakAirUntuk Pemberian Oksigen Pada Tambak
