Powerhouse menyediakan pendukung dan housing untuk unit turbin-generator dan peralatan pendukung lain. Powerhouse dibangun pada akhir aliran di ketinggian paling bawah dari reservoir. Hal ini memberikan head maksimal pada turbin.
Secara umum powerhouse pada pembangkit listrik tenaga air dibagi menjadi tiga bagian:
Ruang generator adalah fitur utama dari powerhouse yang mengelompokkan area lain. Powerhouse dibagi menjadi blok dengan satu unit pembangkit yang biasanya terletak di setiap blok. Lebar (dimensi hulu-hilir) ruangan untuk tipe dalam ruangan harus menyediakan lorong dengan lebar minimal 10 kaki antara generator dan dinding powerhouse.
Ketinggian ruang generator diatur oleh tinggi jarak bebas maksimum yang diperlukan untuk membongkar atau memindahkan bagian-bagian utama, seperti bagian-bagian generator dan turbin; lokasi rel derek karena persyaratan teluk ereksi; persyaratan izin derek; dan jenis rangka atap.
Ketinggian lantai ruang turbin harus ditetapkan untuk memenuhi persyaratan minimum 3 kaki beton di atas kotak spiral baja, atau ketebalan atap minimum 4 kaki untuk kotak beton semispiral. Dalam menentukan jarak antara lantai ruang generator dan turbin, jika tidak digabungkan, ukuran peralatan yang akan ditangani di ruang turbin, ruang kepala antara platform di pit turbin, dan konstruksi lantai ruang generator harus dipertimbangkan.
Ruang Pengangkutan
elevasi rel derek di pembangkit listrik tenaga air. Sumber: https://electrical-engineering-portal.com/general-arrangement-of-hydropower-powerhouse
Secara umum bagian pengangkutan ditempatkan pada ujung ruang generator, sebaiknya pada elevasi lantai yang sama dan dengan panjang yang sama dengan setidaknya satu ruang generator. Ketinggian harus ditingkatkan secukupnya untuk menyediakan ruang kerja yang memadai jika akses rel disediakan ke dalam ruang pemasangan pada powerhouse.
Namun, tidak ada ruang tambahan yang diperlukan jika rel akses masuk dari ujung powerhouse. Dalam kasus di mana elevasi rel derek akan tergantung pada persyaratan bahwa transformator dengan bushing ditempatkan di bawah gelagar derek, pertimbangan harus diberikan pada kemungkinan keuntungan dari merevisi tata letak untuk mengizinkan membawa trafo di ujung struktur, di ujung ruang generator, jika ruang generator berada pada elevasi yang lebih rendah dari tempat pemasangan, atau melepas bushing sebelum memindahkan transformator ke powerhouse.
Ruang Service
Service Area. Sumber: https://www.worldbank.org/en/news/feature/2018/05/14/largest-plant-restarts-operations-in-first-step-developing-afghanistan-hydropower
Ruang ini terdiri dari: kantor, ruang kontrol dan pengujian, ruang penyimpanan, bengkel pemeliharaan, ruang peralatan bantu, dan ruang lain untuk penggunaan khusus.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2021/11/generator-room-e1637061495978.jpeg200324adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2021-11-16 11:53:552026-03-11 10:14:04powerhouse pada unit pembangkit listrik tenaga air
Pengangkutan hidrolik sangat dibutuhkan oleh kanal, penstocks, dll untuk membawa air dari reservoir ke turbin dan dari turbin kembali ke hilir sungai. Desain pengangkut ini umumnya dirancang oleh insinyur teknik sipil yang bekerja di industri pembangkit.
Komponen struktural yang diperlukan untuk mengalirkan air untuk pembangkit listrik bergantung pada lokasi, karena tata letak harus diatur dengan mempertimbangkan aliran yang tersedia, head aliran, topografi sungai dan sekitarnya termasuk kondisi geologis area proyek dan lokasi spesifik di mana diperlukan komponen struktural akan ditempatkan.
Power Canal
Kanal biasanya sejajar dengan aliran sungai di hilir bendungan. Tujuan kanal adalah untuk menyediakan pengalihan air dari sungai atau aliran reservoir. Tenaga air juga dapat diproduksi dengan memanfaatkan head yang tersedia di saluran dibuat untuk mengalirkan air untuk tujuan lain, tetapi umumnya dilakukan pada mentransfer air yang melibatkan pelepasan yang lebih besar di mana head kecil tersedia di tempat yang tidak dapat dihindari penurunan struktural atau alami dapat menghasilkan tenaga air dalam jumlah yang cukup besar.
Prospek kanal pembangkit listrik tenaga air bagus pada perbukitan dan wilayah fisiografi pegunungan tengah negara, tetapi dapat dibatasi ukurannya karena kecuraman dan kondisi geologi yang rapuh dari medan di sepanjang tepi sungai. Dimensi dan bentuknya tergantung pada debit aliran, topografi dan geologi aliran. Kanal biasanya dilengkapi dengan gravel trap.
Gravel trap (perangkap kerikil) dibangun dekat dengan inlet untuk mencegah kerikil masuk ke dalam saluran. Fungsi utama dari gravel trap adalah untuk menampung beban dasar yang masuk melaluinya ke saluran masuk. Pengaturan flushing yang terpasang dalam gravel trap dioperasikan untuk membuang kerikil yang terkumpul ke sungai. Frekuensi pembilasan akan sedikit selama periode aliran rendah sedangkan pembilasan terus menerus dianjurkan selama musim hujan.
Penstock adalah pipa atau saluran panjang yang mengalirkan air dari reservoir pembangkit listrik tenaga air ke turbin di dalam pembangkit listrik yang sebenarnya. Umumnya, penstock terbuat dari baja dan air di bawah tekanan tinggi mengalir melalui penstock. Penstock adalah komponen penting dari fasilitas pembangkit listrik tenaga air yang memungkinkan air mengalir ke turbin. Filter dapat dipasang pada ujung penstock untuk menjebak puing-puing besar. Ini memastikan bahwa puing-puing tidak dapat masuk ke saluran dan menghalanginya.
Jumlah air yang diperbolehkan mengalir melalui penstock dapat dikontrol dengan sebuah pintu air, yaitu sebuah pintu yang dapat dinaikkan dan diturunkan untuk menambah atau mengurangi jumlah air yang diperbolehkan untuk mengalir. Ketika pintu air terbuka penuh, air mengalir dengan bebas ke bawah melalui penstock. Namun, ketika ditutup sedikit ada batasan berapa banyak air yang bisa mengalir, dan dengan demikian lebih sedikit air yang masuk ke penstock.
Flume pada dasarnya adalah kanal yang ditinggikan yang didukung oleh semacam struktur. Karena flume adalah alat angkut aliran gravitasi dengan atap terbuka, sisi-sisinya dapat dilampaui. Flume bisa gagal karena erosi fondasi mereka. Seperti penstock, flume sering berada di area relief tinggi di mana tanah longsor, tanah longsor, dan pemborosan massal dapat menggagalkannya.
Flume sering melintasi lembah dan drainase. Lekukan yang terletak di jalur aliran jalur drainase dapat terkikis selama aliran tinggi, atau struktur itu sendiri terpengaruh oleh puing-puing yang mengalir selama peristiwa badai atau jika aliran puing-puing terjadi.
Kegagalan flume akibat gempa. Sumber: https://www.ferc.gov/sites/default/files/2020-04/chap12.pdf
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2021/11/penstock-e1636958448253.jpg200267adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2021-11-15 07:39:422026-03-11 10:13:47desain pengangkut air pada pembangkit listrik tenaga air
Selama ribuan tahun, bendungan (dam) telah digunakan untuk menyimpan air dan menyimpan energi air. Karakteristik bendungan ini sangat bervariasi. Artikel ini memberikan data dasar tentang bendungan dan waduk, menjelaskan alasan pemilihan desain bendungan dan metode konstruksi.
Bendungan dimaksudkan untuk mengalihkan aliran sungai ke dalam sistem pengangkutan air mengarah ke pembangkit listrik tenaga air. Bendungan juga menghasilkan head tambahan dan menyediakan kapasitas penyimpanan. Pemilihan jenis bendungan sangat tergantung pada kondisi topografi dan geoteknik setempat.
Secara umum, bendungan dibagi menjadi dua yaitu bendungan tanggul dan bendungan beton.
Bendungan tanggul adalah bendungan buatan yang besar. Bendungan ini biasanya dibuat oleh penempatan dan pemadatan gundukan semi-plastik kompleks dari berbagai komposisi tanah, pasir, tanah liat, atau batu. Bendungan ini memiliki penutup alami tahan air semi-tembus untuk permukaannya dan inti yang padat dan kedap air. Hal ini membuat bendungan tahan terhadap erosi permukaan atau rembesan. Bendungan semacam itu terdiri dari partikel material independen yang terfragmentasi. Gesekan dan interaksi partikel mengikat partikel bersama-sama menjadi massa yang stabil daripada dengan menggunakan zat penyemen.
Homogeneous dams: Bendungan ini digunakan untuk tanggul rendah (<4m) dan sering kali sebagai bendungan sekunder bendungan untuk alasan keamanan bendungan, beberapa jenis drainase hampir selalu disediakan.
Zoned embankment dams: Bendungan ini digunakan untuk ketinggian bendungan dari 4m ke atas. Konstruksi sangat sensitif terhadap desain teknik dan konstruksi, dan oleh karena itu penting untuk terlibat konsultan dan kontraktor yang sangat terampil membutuhkan insinyur pengawasan lokasi yang berpengalaman. Komponen penting bendungan ini adalah inti, zona transisi (filter) yang mengelilingi inti dan kapasitas drainase kaki bendungan.
Tanggul bendungan dengan membran: Membran dapat dari berbagai jenis dan ditempatkan baik di bagian depan hulu tanggul maupun vertikal di tengah tanggul. Membran dapat dibuat dari beton, aspal atau dalam bentuk geomembran pada lereng hulu.
Concrete Dams (Bendungan Beton)
Gravity dams: Bendungan gravitasi adalah bendungan yang dibangun dari beton atau pasangan batu dan dirancang untuk menahan air dengan hanya menggunakan berat material dan ketahanannya terhadap pondasi untuk melawan tekanan horizontal air yang mendorongnya. Bendungan gravitasi dirancang sedemikian rupa sehingga setiap bagian bendungan stabil dan tidak bergantung pada bagian bendungan lainnya.
Buttress (penopang) dams: Bendungan dengan sisi hulu yang kokoh dan kedap air yang ditopang pada interval di sisi hilir oleh serangkaian penopang atau penyangga. Dinding bendungan bisa lurus atau melengkung. Kebanyakan bendungan penopang terbuat dari beton diperkuat dan berat, mendorong bendungan ke dalam tanah. Air mendorong bendungan, tetapi penopang tidak fleksibel dan mencegah bendungan jatuh. Bendungan penopang adalah pilihan yang baik di lembah-lembah lebar di mana batuan padat jarang ditemukan.
Gravity dan Buttress Dam. Sumber: https://www.canyonhydro.com/images/Part_1_ESHA_Guide_on_how_to_develop_a_small_hydropower_plant.pdf
Arch (lengkung) dam: Bendungan ini berfungsi secara struktural sebagai lengkungan horizontal yang mentransfer tekanan air pada muka hulu ke penyangga bukan ke pondasi. Bendungan lengkung dapat dirancang dengan radius konstan di atas ketinggian bendungan, atau dengan radius yang bervariasi. Bendungan lengkung dengan radius konstan memiliki penampang vertikal dan “lurus”. Bendungan ini akan mengalami gaya regangan vertikal yang cukup besar karena deformasi bendungan akan cenderung menjadi yang terbesar di pusat vertikal bendungan. Hal ini mengharuskan bendungan diperkuat untuk menghindari retak dengan kebocoran yang menyertainya.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
Tujuan utama dari pengembangan pembangkit listrik tenaga air (hydroelectric plant) adalah menentukan berapa besar daya output yang dapat dihasilkan pada suatu pembangkit. Secara umum, daya output dari hydroelectric plant dapat dirumuskan menjadi:
P = Daya output pada generator (kW) e = Efisiensi pembangkit keseluruhan (%) γ = Berat jenis air (lb/ft3) atau (N/m3) Q = Debit aliran turbin (ft3/s) atau (m3/s) H = Head total (ft) atau (m)
Dalam menentukan daya output, Debit aliran air, head aliran, dan estimasi biaya diperlukan untuk memperoleh daya yang sesuai.
Head Hidrolik
Bendungan pembangkit listrik tenaga air. Sumber: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Hydraulic_head
Head hidrolik adalah nilai yang mengukur jumlah energi mekanik yang tersedia dalam air di sungai, atau danau. Head hidraulik setara dengan ketinggian air di badan air statis (tidak mengalir). Dalam bentuknya yang paling sederhana, head hidraulik adalah pengukuran ketinggian kolom air statis di atas titik sembarang, biasanya dinyatakan dalam meter (atau kaki di AS). Semakin tinggi ketinggian air atau head hidraulik, semakin banyak energi yang dimiliki air di lokasi tertentu.
Dalam fasilitas pembangkit listrik tenaga air, jumlah energi yang dimanfaatkan tergantung pada perbedaan antara ketinggian hulu di reservoir di hulu bendungan dan ketinggian air belakang di bawah bendungan pembangkit listrik tenaga air. Ini dikenal sebagai perbedaan tinggi hidrolik dan mewakili jumlah energi yang dapat diubah menjadi listrik oleh turbin dan generator. Perhitungan yang lebih rinci menunjukkan bahwa tidak hanya perbedaan ketinggian air yang menentukan berapa banyak energi yang dapat dimanfaatkan, tetapi ada berbagai kerugian yang dikenal sebagai kerugian head. Rugi-rugi head ini terjadi sebagai akibat gesekan pada pipa. Ketika kerugian head diperhitungkan, jumlah energi aktual yang dapat dimanfaatkan berkurang. Nilai yang dikurangi untuk head hidraulik dengan kerugian yang diperhitungkan ini dikenal sebagai head efektif.
Head Efektif = {[(P/ρg)+(V2/2g)+z]out – [(P/ρg)+(V2/2g)+z]in}(H hidrolik) – Head loss
dimana z adalah ketinggian air pada suatu titik, ρ adalah massa jenis air, P adalah tekanan air, V adalah kecepatan air, head loss adalah kerugian head.
Flow Duration Curve
Flow Duration Curve adalah salah satu informasi paling mendasar yang dimasukkan ke dalam desain proyek pembangkit listrik tenaga air, jadi bagi siapa saja yang ingin memahami bagaimana dan mengapa desain pembangkit listrik tenaga air, memahami kurva ini adalah awalan yang baik.
Cara termudah untuk memahami Flow Duration Curve adalah dengan membuatnya dari awal. Pertama kita asumsikan Anda memiliki peralatan pengukuran debit aliran di sungai selama sepuluh hari. Setiap hari Anda keluar dan mencatat aliran dan pada akhir periode seperti di bawah ini:
Tanggal
Debit
1 November
0.25 m3/s
2 November
0.40 m3/s
3 November
1.60 m3/s
4 November
1.00 m3/s
5 November
0.60 m3/s
6 November
4.50 m3/s
7 November
3.00 m3/s
8 November
2.40 m3/s
9 November
1.90 m3/s
10 November
1.30 m3/s
Tabel Debit aliran per hari
Alih-alih memplot laju aliran terhadap tanggal, biasanya kurva ini diplot terhadap skala ‘persentase keterlampauan’ (exceedence percentage). Dalam contoh kita ada sepuluh laju aliran, dan skala persentase keterlampauan akan berubah dari 0% menjadi 100%, jadi setiap kenaikan persentase keterlampauan akan menjadi 100% dibagi dengan jumlah titik data, jadi dalam hal ini 100% dibagi 10 = 10 persen. Ini dapat ditambahkan ke tabel di atas untuk menunjukkan berapa persentase pelampauan setiap laju aliran yang terjadi.
Debit
Percentage Exceedence
4.50 m3/s
10%
3.00 m3/s
20%
2.40 m3/s
30%
1.90 m3/s
40%
1.60 m3/s
50%
1.30 m3/s
60%
1.00 m3/s
70%
0.60 m3/s
80%
0.40 m3/s
90%
0.25 m3/s
100%
Data ini kemudian dapat diplot dan garis yang dihaluskan ditarik di antara setiap titik data untuk menghasilkan Kurva Durasi Aliran yang ditunjukkan di bawah ini.
Jika Anda melihat nilai aliran pada 60%, Anda akan melihat bahwa itu adalah 1,3 m3/s. Ini tidak berarti bahwa laju aliran adalah 1,3 m3/s untuk 60% dari waktu, tetapi bahwa aliran tersebut disamai atau dilampaui untuk 60% dari waktu, jadi pada dasarnya aliran berada pada aliran ini atau pada aliran yang lebih tinggi selama 60 % dari waktu. Jika Anda melihat aliran pada 20%, itu adalah 3 m3/s; ini adalah laju aliran yang lebih tinggi, jadi alirannya hanya pada atau lebih besar dari laju aliran ini untuk proporsi tahun yang lebih kecil. Jika Anda melihat 100%, itu adalah 0,25 m3/s, yang merupakan laju aliran terendah yang tercatat, jadi menurut definisi aliran di sungai berada pada laju aliran ini atau lebih untuk 100% sepanjang waktu.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2021/11/Hydroelectricdam-e1636612377664.png200295adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2021-11-11 08:22:452026-03-11 10:12:57head aliran pada pembangkit listrik tenaga air
Hydropower adalah energi yang berasal dari air yang mengalir. Lebih dari 2.000 tahun yang lalu, orang Yunani kuno menggunakan tenaga air untuk menggerakkan roda untuk menggiling biji-bijian. Hydropower sekarang ini adalah salah satu cara yang paling hemat biaya untuk menghasilkan listrik dan seringkali merupakan metode yang disukai jika tersedia.
Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Air
Pembangkit listrik tenaga air biasanya mencakup lima elemen: sistem pengumpulan air, penstock, turbin yang mengubah energi potensial menjadi energi mekanik, generator yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dan sistem kendali mengatur aliran air. Setelah digunakan, air dikembalikan ke aliran alaminya tanpa mengalami perubahan apapun dilihat dari sifat kimia dan fisikanya.
Sistem pengumpulan air biasanya tersimpan di bendungan. Hal ini harus mematuhi prinsip bangunan dan pengoperasian yang sangat ketat diatur oleh undang-undang. Perataan permukaan selang dan outlet bawah memastikan pengelolaan air yang terkontrol di bendungan. Setelah pengumpulan, air dialirkan ke turbin melalui pipa. Pipa-pipa ini dimulai dari tempat air berada dikumpulkan dan membawa air ke pabrik di mana energi listrik dihasilkan. Pipa-pipa ini terdiri dari baja bulat tabung (memiliki katup di kepala dan kaki yang memungkinkan mereka untuk memblokir saluran air).
Untuk menghitung potensi hidroelektrik suatu lokasi, perlu diketahui variasi aliran sepanjang tahun dan head aliran. Terkadang jasa hidrografi memasang unit pengukuran dan mengumpulkan data tentang kecepatan aliran sebelumnya. Jika data hidrogeologi tidak diketahui, perlu dilakukan pengukuran laju aliran untuk satu tahun. Setiap turbin berisi asupan air dan perangkat distribusi yang mengarah ke impeller di mana energi potensial diubah menjadi energi mekanik. Selain itu, turbin dapat dibagi menjadi turbin impuls dan turbin reaksi. Turbin air impuls lebih disukai ketika head yang tersedia lebih tinggi (hingga 1.000 meter) dan laju aliran terbatas. Jika head yang tersedia lebih rendah (hingga 200 meter) dan laju aliran lebih besar, turbin reaksi lebih disukai untuk memanfaatkan kerja impeller juga.
Pengembangan Hydropower
Ada tiga jenis teknologi tenaga air: impoundment, diversion, dan pumped storage. Berbagai jenis teknologi ini mencakup hidrokinetik seperti teknologi gelombang, pasang surut, arus, dan termal.
Pembangkit listrik tenaga air konvensional atau impoundment menyimpan sejumlah besar air di belakang bendungan besar. Untuk menghasilkan listrik, air dilepaskan, yang mengubah turbin menjadi pembangkit listrik.
Diversion tidak dimaksudkan untuk menyimpan sumber daya air melainkan mereka menggunakan sumber daya air di sepanjang sungai dengan mengalihkan sungai melalui saluran untuk memanfaatkan energi kinetik. Sebagian air disalurkan dan dialirkan melalui pembangkit tenaga listrik, menghasilkan listrik. Air kemudian dikembalikan ke sungai, mengurangi dampak lingkungan. Saluran sumber daya tenaga air memanfaatkan energi dari sumber daya air yang dialihkan untuk penggunaan lain seperti irigasi tanaman. Air mengalir melalui pipa dan saat dalam perjalanan ke tujuan akhirnya, listrik dapat dihasilkan melalui turbin di dalam pipa.
Pumped storage hydropower (PSH) menggunakan dua reservoir, reservoir atas dan reservoir bawah dengan perubahan ketinggian di antara keduanya. PSH meniru baterai untuk mengisi, air dipompa ke reservoir atas dan untuk melepaskan air dilepaskan ke reservoir bawah. Saat air mengalir ke hilir, ia melewati turbin dan menghasilkan listrik. PSH dapat menjadi loop terbuka jika terhubung ke badan air alami atau loop tertutup jika reservoir tidak terhubung ke badan air luar.
Tipe hydropower. Sumber: https://clearpath.org/tech-101/introduction-to-hydropower/
Kelebihan Hydropower
Sama seperti jenis sumber terbarukan lainnya, pembangkit listrik tenaga air memiliki keunggulan yang luar biasa dibandingkan dengan produksi energi listrik dari bahan bakar fosil. Emisi zat pencemar ke udara dan air hampir tidak ada, karena tidak ada proses pembakaran terlibat. Secara khusus, emisi karbon dioksida (CO2) berkurang 670 gram untuk setiap kW/jam keluaran energi. Keuntungan lainnya adalah ketergantungan yang rendah pada sumber energi kimia.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2021/04/CFD_water_turbine_mesh-e1617527373494.jpg200289adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2021-11-10 09:02:572026-03-11 10:12:32pengenalan tenaga air (hydropower)
Masalah lingkungan seperti pembatasan fisik, kebisingan, desain menara, gangguan ekologi, efek radio komunikasi dan televisi, dampak pada burung, dll harus sepenuhnya dievaluasi sebelumnya memilih lokasi pemasangan. Aspek ekonomi seperti biaya awal, perakitan dan operasional pengujian, pengangkutan, instalasi turbin dan menara, biaya KWH listrik , pemeliharaan, dll harus menjadi pertimbangan.
Faktor-faktor lingkungan dan masalah penting lainnya harus dipertimbangkan secara serius sebelum memilih lokasi instalasi pembangkitan listrik dari turbin angin. Ini mungkin sulit atau bahkan tidak mungkin untuk mendapatkan persetujuan dari otoritas yang sesuai untuk mengoperasikan sistem turbin angin di area zonasi terbatas karena alasan dari penduduk di sekitar lokasi instalasi.
Pemilihan Lokasi Instalasi
Instalasi pembangkit adalah pilihan paling penting. Jumlah signifikan dari gaya geser dan kompresi biasanya terjadi di dalam aliran angin horisontal pada permukaan tinggi di setiap lokasi pemasangan. Data meteorologi harus dikumpulkan selama beberapa tahun untuk memastikan bahwa kecepatan angin 20 hingga 30 mph tersedia pada ketinggian operasi 20 hingga 30 kaki, di mana kecepatan angin biasanya diukur dengan anemometer.
Gaya geser menghasilkan kecepatan angin yang lebih rendah di dekat permukaan daripada di ketinggian pada aliran angin bebas. Selanjutnya, kecepatan aliran bebas pada ketinggian cukup jauh dari permukaan agar tidak terpengaruh oleh geser permukaan secara signifikan lebih besar daripada angin di permukaan atau pada ketinggian anemometer 20 hingga 20 kaki di mana kecepatan angin biasanya diukur. Kecepatan angin di dekat permukaan bumi meningkat mendekati 1/7 tenaga ketinggian turbin di atas permukaan tanah, di atas perairan terbuka seperti danau, sungai, atau laut, dan di atas dataran datar. Jelas bahwa kecepatan angin (V) bervariasi karena gedung-gedung tinggi, karena pohon dan rumah, dan dari permukaan air terbuka dan dataran. Hubungan kecepatan angin versus tinggi hanya berlaku untuk beberapa negara di mana pengukuran kecepatan telah dilakukan selama rentang 8 hingga 10 tahun. Nilai-nilai ini mungkin tidak berlaku di daerah gurun karena variasi suhu yang luas dalam 20 kaki di atas permukaan bumi.
Perubahan Iklim Lokal
Pembangkit tenaga angin dapat mempengaruhi pola cuaca di lingkungan secara langsung. Pembangkit tenaga angin dapat mempengaruhi iklim di wilayah terdekat mereka. Di Xilingo, Mongolia, data menunjukkan bahwa telah terjadi musim kemarau yang luar biasa sejak tahun 2005, dan kekeringan ini meningkat lebih cepat di daerah dengan banyak turbin angin. Turbin angin dapat menciptakan efek krusial pada iklim dan cuaca di tingkat provinsi jika kepadatan turbin terkonsentrasi di area yang luas. Turbulensi putaran rotor turbin angin meningkatkan pencampuran kalor vertikal dan uap air yang mempengaruhi kondisi meteorologi angin, termasuk curah hujan. Secara keseluruhan, pembangkit turbin angin massal menyebabkan sedikit pemanasan di malam hari dan sedikit pendinginan di siang hari.
Proses pemanasan lingkungan sekitar turbin angin. Sumber: Adeyeye, Kehinde; Ijumba, Nelson; Colton, Jonathan (2020). Exploring the environmental and economic impacts of wind energy: a cost-benefit perspective. International Journal of Sustainable Development & World Ecology, (), 1–14. doi:10.1080/13504509.2020.1768171
Dampak ini dapat dikurangi dengan memanfaatkan rotor dengan efisiensi yang lebih tinggi atau menempatkan turbin angin di area dengan turbulensi alam yang tinggi. Sedikit pemanasan pada malam hari dapat menguntungkan pertanian dengan mengurangi kerusakan es dan meningkatkan musim subur. Petani di berbagai negara saat ini melakukan hal tersebut dengan sirkulasi udara di sekitar turbin angin yang luas. Menggunakan suhu tanah yang diperkirakan oleh satelit, peneliti menemukan sedikit pemanasan 0,5°C pada malam hari di area khusus di bawah turbin angin. Dampak pemanasan ini kecil dan mempengaruhi lingkungan sekitarnya. Pemanasan malam mempengaruhi area yang lebih luas dari lingkungan sekitar turbin angin.
Kebisingan
Turbin angin menghasilkan dua jenis kebisingan: mekanis dan aerodinamis. Kebisingan mekanis dihasilkan oleh komponen mekanik dan generator listrik sedangkan kebisingan aerodinamis dihasilkan oleh aliran udara di sekitar sudu turbin. Kombinasi dari kedua suara tersebut adalah suara keseluruhan dari turbin angin. Akhir-akhir ini, karena ada pengembangan peredaman kebisingan tingkat lanjut desain turbin, kebisingan mekanis telah berkurang, dan tidak dipandang sepenting kebisingan aerodinamis, terutama untuk turbin angin skala besar. Faktor yang berbeda berkontribusi pada penyebaran kebisingan dari turbin angin, termasuk udara suhu, kelembaban, halangan, pantulan, dan material permukaan tanah.
Kedekatan turbin angin dengan kawasan pemukiman memiliki efek buruk pada kesehatan manusia. Hasil dari survei individu yang tinggal di dekat turbin angin sepanjang 2 km menunjukkan bahwa turbin angin memengaruhi kualitas hidup dan kemewahan bagi sebagian penduduk. Penghuni itu tidak mau menerima turbin angin dan menyimpan pemikiran mengganggu terhadap energi turbin angin. Untuk mengontrol tingkat kebisingan ini, pemisahan dasar dari turbin angin dan tempat tinggal biasanya disarankan oleh pemerintah atau organisasi medis dan berbeda antar negara atau daerah. Pemeriksaan atribut kebisingan aerodinamis dari turbin angin dapat menggunakan teknik numerik terkoordinasi yang tergantung pada hipotesis. Hasilnya menunjukkan bahwa menempatkan rintangan di jalur propagasi minimal dapat mengurangi kebisingan turbin angin. Selain itu, penempatan yang tepat dan bahan isolasi dapat digunakan untuk membatasi secara moderat dampak kebisingan.
Dampak Kehidupan Burung-burung
Turbin angin tinggi, struktur vertikal dengan bilah panjang berputar, yang berbahaya bagi burung yang terlalu dekat. Kematian burung akibat benturan dengan turbin angin secara konsisten diklasifikasikan sebagai kerugian lingkungan yang mendasar terhadap energi angin dan umumnya dilihat sebagai masalah penting untuk pengembangan tenaga angin. Terlepas dari kenyataan kematian burung dari turbin angin, baik di darat dan lepas pantai, jauh lebih sedikit daripada banyak struktur pembangkit energi dan teknologi manusia lainnya. Kematian burung dapat menjadi masalah yang signifikan jika pembangkit dipasang secara ekstensif, yang mungkin dapat mengakibatkan penurunan keanekaragaman hayati.
Masalah Keamanan
Beberapa kebakaran nacelle turbin tidak dapat dipadamkan karena tingginya dan terkadang dibiarkan padam dengan sendirinya. Dalam kasus seperti itu, turbin dapat membuat asap beracun dan dapat menyebabkan kebakaran sekunder pada tanah di bawah. Turbin angin baru diproduksi dengan alat pemadam kebakaran otomatis, seperti yang digunakan dalam mesin jet. Sistem otonom ini, yang dapat pasang di turbin angin yang lebih tua, dapat mendeteksi kebakaran, menutup menurunkan turbin, dan memadamkan api.
Di musim dingin, es dapat terbentuk di bilah turbin dan dapat jatuh selama operasi. Ini adalah risiko mematikan dari turbin. Turbin modern dapat mendeteksi getaran yang berlebihan selama pembentukan es dan operasi dan dapat mati secara otomatis. Kontrol elektronik dan subsistem keamanan memantau turbin, generator, menara, dan banyak aspek lainnya untuk menentukan apakah turbin beroperasi dengan aman dalam batas yang ditentukan. Sistem ini dapat mematikan turbin sementara karena angin kencang, ketidakseimbangan beban daya, getaran, dan masalah lain.
Dampak Ekonomi lokal
Proyek energi angin mendukung ekonomi lokal. Hubungan antara turbin angin, lapangan kerja per kapita, dan pendapatan per kapita secara statistik signifikan dan positif. Para peneliti mempelajari dampak industri angin di daerah pedesaan. Peneliti menemukan bahwa pengembangan energi angin meningkatkan pendapatan total dan lapangan kerja di negara berkembang. Hasil membuktikan bahwa untuk setiap megawatt kapasitas energi angin, setengah dari satu pekerjaan telah dibuat dan untuk sekitar setengah dari semua pembangkit dibuat, dan pendapatan pribadi meningkat. Daerah yang terkena dampak pengembangan energi angin dapat meningkatkan pembayaran rata-rata untuk pemasangan, pengoperasian, atau penyewaan turbin.
Nilai Properti Daerah yang Terpasang Turbin Angin
Tingkat pertumbuhan nilai properti meningkat setelah penempatan turbin angin. Tidak ada bukti empiris bahwa turbin angin mempengaruhi nilai riil. Sebagai contoh, sebuah studi yang dilakukan oleh Hoen et al. di (2013), dianalisis data dari lebih dari 50.000 penjualan rumah di 27 (kebanyakan pedesaan) di sembilan negara bagian AS termasuk tujuh wilayah, empat di antaranya di New York yang dalam jarak 0,5 sampai 10 mil dari fasilitas angin. Tidak ada bukti yang signifikan secara statistik ditemukan dalam penelitian bahwa setelah pengumuman, harga properti terpengaruh dekat turbin angin sebelum atau sesudah konstruksi.
Sebuah studi serupa meneliti 122.000 penjualan rumah di dekat 41 turbin yang terletak di daerah yang lebih padat penduduknya di Massachusetts, AS dalam jarak 5 mil dari fasilitas angin di 2014. Studi ini menyimpulkan bahwa tidak ada efek bersih pada nilai properti karena turbin angin. Sebagai hasil dari penelitian, hanya data lemah yang ditemukan, menunjukkan bahwa pengumuman proyek angin memiliki dampak yang cukup negatif pada harga real estat dan dampak tersebut setelah proyek ini dibangun dan mulai beroperasi menjadi tidak terlihat. Sebaliknya, sebuah penelitian yang berbasis di Inggris dan Wales berpendapat bahwa semakin dekat properti dengan turbin angin 1–10 turbin, semakin tinggi penurunan harga properti. Properti dalam radius 2 km dari pembangkit memiliki dampak pengurangan harga 5%, dalam radius 4 km pengurangan adalah 1,5%, dan diabaikan di luar radius 4 km. Untuk turbin angin besar, pengurangan harga properti dalam radius 2 km mencapai antara 5% dan 6%, kurang dari 2% dalam jarak 4 km, dan dampak minimal (dibawah 1%) di daerah dalam radius 14 km. Efek jangka panjang dari pengoperasian turbin angin pada nilai properti akhirnya netral atau agak positif. Analisis penjualan real estat sejak proyek pasca 1998 membuktikan bahwa tidak ada alasan untuk percaya bahwa pengembangan energi angin akan merusak nilai properti.
Pendapatan Tahunan Negara
Energi angin memberikan kontribusi bagi perekonomian terutama pada pendapatan tahunan. Di Dutton Dunwich komunitas di Kanada, proyek energi angin berkontribusi sekitar 1,7 USD juta per tahun, sekitar 1.170 USD per rumah tangga. Proyek energi angin meningkatkan pendapatan Dutton Dunwich bersih pada tahun 2015 sebesar 6% menambahkan sekitar 180.000 USD per tahun. Di negara bagian Texas di AS, pajak properti tahunan dihasilkan lebih dari 7 USD juta dari energi angin pada tahun 2009. Selanjutnya, proyek pusat energi angin di Langdon pada tahun 2008 membuat pajak properti lokal tahunan pembayaran 456.000 USD, yaitu sekitar 2.900 USD per MW.
Kesimpulan
Dampak lingkungan dari energi angin adalah hal yang sensitif dan isu kontroversial bahkan dengan dampak positif pada ekonomi. Efek ekonomi dan lingkungan energi angin adalah spesifik. Semua bentuk aktivitas manusia memiliki dampak yang sesuai pada lingkungan termasuk energi angin. Sangat penting melakukan lebih banyak penelitian dan optimasi untuk memastikan energi angin menjadi ramah lingkungan dan berkelanjutan dengan menimbang dengan benar dampak positif dan negatif terhadap lingkungan dan ekonomi dan dengan menggunakan metode desain terbaik.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
Jha, A.R. 2011. Wind Turbine Technology. Florida: CRC Press Taylor & Francis Group.
Adeyeye, Kehinde; Ijumba, Nelson; Colton, Jonathan (2020). Exploring the environmental and economic impacts of wind energy: a cost-benefit perspective. International Journal of Sustainable Development & World Ecology, (), 1–14. doi:10.1080/13504509.2020.1768171
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2021/11/proses-pemanasan-lingkungan-pada-turbin-angin-di-atmosfer-e1636449944535.jpg200160adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2021-11-09 09:28:562026-03-11 10:11:56masalah lingkungan dan ekonomi yang memengaruhi pemasangan turbin angin
Meningkatnya penggunaan listrik dan kelangkaan bahan bakar fosil membuat masyarakat di perkotaan harus memutar otak untuk mendapatkan sumber energi baru. Sumber energi baru yang sering dibahas oleh para insinyur adalah energi angin (turbin angin) pada daerah umum.
Pemasangan turbin angin di lingkungan bangunan menghadirkan masalah kompleks yang jarang ditemui di lingkungan terbuka. Banyak pertimbangan desain yang harus dipelajari seperti kecepatan angin pemukiman, suara bising yang dihasilkan, dimensi turbin, kekuatan struktur, dll.
Kecepatan angin di pemukiman lebih kecil dari yang bertiup di pedesaan/terbuka, karena adanya hambatan. Penempatan turbin angin di atap bangunan menjadi solusi yang paling jelas. Instalasi semacam itu juga memungkinkan untuk manfaatkan kecepatan angin yang tidak terganggu , yang sering disebut “efek bukit” (hingga 20% dari kecepatan angin tidak terganggu, tergantung pada kedua angin yang masuk arah dan orientasi bangunan). Turbulensi yang dihasilkan dari bangunan menyajikan beberapa tantangan karena arah angin yang berubah-ubah dengan cepat, menghasilkan tekanan ekstra pada bilah turbin dan menurunkan produksi energi dunia.
Contoh Pemasangan Turbin Angin Pemukiman Di Dunia
Tiga jenis desain yang ada di dunia:
Pinggiran jalanan umum.
Terpasang pada bangunan.
Integrasi penuh, Bangunan didesain sedemikian rupa sehingga turbin angin menjadi bagian dari arsitektur bangunan. Biasanya bentuk rotornya memiliki desain unik.
Contoh pemasangan turbin angin di perkotaan. Sumber: https://publications.waset.org/4779/a-retrospective-of-wind-turbine-architectural-integration-in-the-built-environment
Turbin angin untuk perkotaan harus relatif kecil untuk memanen energi angin dari sering berubahnya arah angin dan mendapat keuntungan dari wilayah kecil di puncak bangunan yang ditandai dengan aliran yang dipercepat. HAWT akan dipakai jika bentuk bangunan memiliki arah angin yang hampir konstan pada titik pemasangan turbin. VAWT adalah pilihan yang paling sering digunakan di perkotaan secara umum, karena cocok pada aliran angin miring di atas pada bangunan berujung tajam.
Estimasi Kecepatan Angin Di Perkotaan
Persamaan sederhana untuk profil kecepatan angin rata-rata untuk lapisan batas atmosfer pada kondisi netral-stabil diberikan oleh hukum log yang terkenal sebagai berikut:
U(z) = (u∗/k) ln [(z-d)/z0]
di mana u∗ adalah kecepatan gesekan di permukaan tanah, k adalah konstanta von Karman (~0,40), z adalah ketinggian di atas tanah, z0 adalah kekasaran ketinggian (roughness height) aerodinamis, yang bergantung pada medan jenis (lihat Tabel), dan d disebut perpindahan bidang nol di mana kecepatan angin 0 m/s. Pada ketinggian perpindahan ini, aliran dipengaruhi oleh hambatan seperti bangunan.
Model profil aliran angin pada perkotaan. Sumber: https://www.mdpi.com/1996-1073/11/9/2204
Eksploitasi sumber daya angin di dalam kawasan perkotaan merupakan ide yang relatif baru. Kekasaran lingkungan perkotaan menyebabkan turbulensi angin, sehingga mengurangi energi produksi banyak turbin angin kecil yang umum digunakan. Namun, menempatkan sistem konversi energi angin di atas atap atau mengintegrasikannya di dalam arsitektur bangunan memungkinkan desainer untuk mengambil keuntungan dari peningkatan lokal dari kecepatan angin yang tidak terganggu. Di sisi lain, motivasi untuk mengintegrasikan sumber energi terbarukan dengan bangunan tidak hanya didorong oleh masalah lingkungan tetapi segi arsitektur selalu mencerminkan tren masyarakat dan salah satu tren tersebut saat ini tentu saja menyangkut kebutuhan untuk menggunakan energi ramah lingkungan.
Desain turbin angin di perkotaan dapat dianalisis menggunakan metode komputasi. Metode komputasi yang sering digunakan adalah simulasi struktur Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD). FEA (Finite Element Analysis) adalah metode yang memanfaatkan komputer untuk menyelesaikan persamaan struktur yang sudah didiskritisasi dari yang tadinya sebuah object kontinyu menjadi object dengan jumlah elemen dengan jumlah terhingga (finite element) sehingga persamaan tersebut dapat diselesaikan secara numerik. Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah seni untuk menggantikan persamaan-persamaan integral dan diferensial parsial menjadi persamaan aljabar diskrit, yang mana untuk kemudian dapat diselesaikan untuk memperoleh solusi berupa angka-angka nilai aliran pada titik-titik diskrit ruang dan waktu.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
Jha, A.R. 2011. Wind Turbine Technology. Florida: CRC Press Taylor & Francis Group.
https://www.mdpi.com/1996-1073/11/9/2204 (diakses pada tanggal 8 November 2021)
https://publications.waset.org/4779/a-retrospective-of-wind-turbine-architectural-integration-in-the-built-environment (diakses pada tanggal 8 November 2021)
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2021/11/pemasangan-turbin-angin-kota.png200500adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2021-11-08 13:30:422026-03-11 10:11:35turbin angin pada bangunan umum
Sistem turbin angin yang stand-alone (berdiri sendiri) memainkan peran penting jika site pembangkit tidak ada. Generator turbin angin stand-alone paling cocok untuk penggunaan jarak jauh.
Pembangkit listrik ringan ini menggunakan turbin angin kapasitas kecil atau sedang dan ukuran bank baterai untuk membawa listrik untuk rumah tangga selama angin musim dingin yang parah dan periode darurat musim panas. Turbin kecil banyak digunakan di daerah pedesaan untuk memasok listrik ke daerah-daerah terpencil di mana saluran listrik tidak tersedia.
Sistem turbin angin stand alone. Sumber: Buku Wind Turbine Technology (2011)
Sistem stand-alone jarak jauh yang hanya bergantung pada turbin angin terkadang memerlukan generator listrik cadangan atau sistem baterai berkapasitas tinggi. Teknologi fotovoltaik mengubah daya yang berdiri sendiri dari jarak jauh dengan memungkinkan pemilik rumah untuk menyesuaikan sistem tenaga dengan kebutuhan mereka dan anggaran.
Sistem Hybrid
Desain sistem tenaga hybrid stand-alone terdiri dari turbin kapasitas rendah, sel surya sebagai sumber energi terbarukan, baterai untuk diisi, inverter untuk mengubah listrik DC ke AC, pengisi daya baterai, generator cadangan, dan pusat beban AC. Konfigurasi sistem hybrid stand-alone ini dapat mengisi daya baterai dan menyediakan arus AC ke perangkat daya yang beroperasi pada frekuensi 110 V, 60 Hz. Sistem hybrid hemat biaya dan memastikan pasokan terus menerus dari listrik jika salah satu dari dua modul daya sementara tidak aktif. Dalam kata lain, jika turbin tidak dapat beroperasi karena kondisi angin yang tidak normal, tenaga surya akan menyediakan listrik DC untuk pengisian baterai dan daya listrik AC untuk menggerakkan peralatan. Sebaliknya, jika tenaga surya tidak tersedia karena awan tebal atau hujan, energi listrik tersedia dari turbin angin kecil.
Sistem turbin hybrid. Sumber: Buku Wind Turbine Technology (2011)
Turbin Angin Mikro
Turbin angin mikro di perumahan. Sumber: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Micro-wind_turbine
Turbin angin mikro digunakan dalam pembangkit angin mikro dan skalanya jauh lebih kecil daripada yang digunakan pada pembangkit angin konvensional sehingga lebih cocok untuk produksi energi perumahan. Pembangkit angin mikro adalah metode pembangkitan mikro yang menggunakan aliran energi angin untuk menghasilkan listrik untuk rumah atau pertanian. Secara garis besar ada dua jenis turbin angin yang dapat dipasang yaitu VAWT dan HAWT.
Instalasi turbin angin mikro biasanya terdiri dari turbin dan inverter. Angin menyebabkan bilah turbin angin berputar, menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik dari putaran diubah menjadi arus searah (DC) di turbin dan menggunakan inverter, diubah menjadi arus bolak-balik (AC). Output inverter terhubung ke panel pemutus di mana listrik dapat dibagi di antara peralatan listrik di rumah. Kelebihan listrik dapat diekspor dari rumah ke jaringan listrik menggunakan meteran dua arah dan kredit akan diberikan oleh pengecer berdasarkan tarif arus listrik untuk listrik.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
Sensor dan perangkat pengontrol yang sesuai diperlukan untuk menjaga stabilitas dinamis turbin angin dan meningkatkan kinerja pada macam-macam kondisi angin. Pemantauan sensor untuk mencatat efisiensi dan data stabilitas dinamis turbin harus dikumpulkan secara acak.
Komponen penting seperti rotor, generator, transmisi, dan komponen lainnya bertanggung jawab untuk efisiensi sistem keseluruhan, keandalan, keamanan, dan stabilitas dinamis. Kebanyakan sensor pemantauan ,perangkat keamanan, dan komponen penting lainnya terletak di nacelle.
Komponen nacelle
Sistem Kontrol Regulasi
Sistem kontrol regulasi dengan loop umpan balik cepat, mekanisme kontrol berbasis mikroprosesor, dan algoritme kontrol banyak digunakan oleh turbin angin berkapasitas tinggi untuk menjaga stabilitas dinamis dan operasi yang andal di berbagai jenis angin termasuk turbulensi. Penting untuk ditekankan bahwa kedua pengaturan pitch dan yaw control diperlukan untuk mencapai stabilitas dinamis, aman dan pengoperasian rotor yang andal di berbagai kondisi angin.
Kendali Pitch Rotor
Persyaratan kontrol pengaturan pitch menunjukkan bahwa sudut serang harus dijaga di bawah 5,7 derajat jika koefisien daya optimal dan stabilitas dinamis harus dipertahankan di berbagai lingkungan angin. Sudut aliran (jumlah sudut pitch dan sudut serangan) berubah di berbagai macam kondisi angin pada satu wilayah. Sudut pitch harus disesuaikan di berbagai lokasi di sepanjang panjang blade untuk memenuhi persyaratan sudut aliran.
Tabel di bawah adalah tabel pengaturan pitch oleh pengendali pitch berdasarkan jari-jari blade dan kecepatan angin:
Tabel pengaturan pitch agar memenuhi sudut aliran yang diperlukan. Sumber: Buku Wind Turbine Technology (2011).
Sudut pitch harus disesuaikan dengan mekanisme kontrol pitch yang terdiri dari motor pitch, pengontrol, dan aksesori penggerak untuk memenuhi persyaratan sudut aliran. Penyesuaian sudut aliran dan sudut pitch akan bervariasi sebagai fungsi radius atau panjang blade. Dari tabel di atas terlihat bahwa sudut aliran, kecepatan angin, dan sudut pitch semuanya meningkat dari ujung blade ke lokasi hub. Nilai-nilai dari parameter ini berubah sesuai fungsi dari jari-jari blade.
Block diagram pitch control. Sumber: Buku Wind Turbine Technology (2011).
Elemen penting dari kontrol sistem adalah aktuator, pengontrol berbasis mikroprosesor, kontrol algoritma, power set point device, dan power transducer. Daya dihasilkan oleh turbin angin diukur menggunakan transduser biasanya terletak di dalam dasar menara. Sinyal listrik terukur dibandingkan dengan precision set point device device dan sinyal error kemudian dibawa ke pengontrol mikroprocessor. Kontrol algoritma digunakan untuk memperoleh respon dinamis yang dibutuhkan untuk aktuator memutar blade. Rotasi dari blade harus lancar dan presisi.
Yaw Control
Diagram blok sistem kontrol regulasi yaw mirip dengan pengaturan pitch, namun kontrol yaw kurang canggih. Pengaturan pitch belum cukup menjaga stabilitas dinamis pada kondisi turbulensi.
Implementasi kontrol yaw juga penting untuk memastikan stabilitas dinamis dan perlindungan struktural sistem turbin angin di lingkungan yang bergejolak. Sistem yaw pada turbin berguna untuk membelokkan arah rotor ke kanan/kiri untuk menerima aliran angin. Penerapan sistem pengaturan pitch dan yaw menambah biaya dan membuat sistem lebih kompleks, tetapi sistem kontrol ganda diperlukan untuk stabilitas dinamis utama dan pengoperasian yang aman dari turbin angin berkapasitas tinggi tanpa memedulikan kecepatan angin dan perubahan lingkungan.
Sensor untuk Memantau Parameter Angin
Desain turbin angin menggunakan wind-vane dan perangkat anemometer untuk memantau arah dan kecepatan angin. Pengukuran akurat dari parameter angin ini penting untuk mengoptimalkan efektivitas dari pitch dan kontrol yaw.
Turbin angin menggunakan wind vane untuk memantau arah angin. Perangkat pemantau arah modern untuk turbin angin berkapasitas tinggi memberikan akurasi dan respon cepat. Sebuah monitor arah terletak di dekat anemometer. Anemometer banyak digunakan pada turbin angin untuk merekam kecepatan angin. Perangkat ini cukup akurat. Perangkat berbasis nanoteknologi sangat direkomendasikan, jika respons angin yang cepat dan akurat diperlukan.
Wind vane dan Anemometer. Sumber: https://www.mdpi.com/1996-1073/12/13/2624/htm
Sistem Transmisi
Daya mekanik yang dihasilkan oleh rotor ditransmisikan ke generator listrik oleh sistem mekanis yang terdiri dari gearbox, clutch, dan pengereman untuk mengerem rotor pada situasi darurat. Gearbox diperlukan untuk meningkatkan kecepatan biasanya dari 20 menjadi 50 rpm hingga 1000 hingga 1500 rpm yang dibutuhkan untuk menggerakkan sebagian besar jenis generator. Gearbox terletak di bagian atas menara.
Kekompakan poros dan pengoperasian poros yang mulus adalah persyaratan utama untuk stabilitas dinamis dan operasi rotor yang andal. Dua poros dalam gearbox harus beroperasi bebas getaran dan andal. Desainer harus berkonsentrasi pada beban dinamis tinggi karena daya yang berfluktuasi output dari rotor di bawah lingkungan angin variabel. Beban dinamis dapat dikendalikan dengan menambahkan penyesuaian mekanis dan kemampuan redaman ke dalam mekanisme drive train. Teknik ini sangat penting untuk turbin angin berkapasitas tinggi yang menghadapi beban dinamis tinggi dan generator induksi yang memiliki redaman sedikit. Singkatnya, kinerja sistem transmisi tergantung pada: efisiensi, keandalan, dan kekompakan komponen gearbox.
Beberapa jenis generator tersedia secara komersial untuk ditempatkan di turbin angin. Generator induksi, generator sinkron, generator variable-speed menggunakan elemen switching berbasis transistor cepat, dan generator frekuensi konstan tersedia secara komersial. Generator terbagi dalam dua kategori: sinkron dan generator asinkron. Generator asinkron juga dikenal sebagai generator induksi dan generator sinkron umumnya dikenal sebagai alternator. Semua turbin angin yang terhubung ke jaringan digabungkan ke generator AC tiga fase untuk mengkonversi tenaga mekanik menjadi tenaga listrik. Stator dari generator sinkron dan asinkron memiliki tiga fase gulungan dilaminasi besi inti menghasilkan medan magnet yang berputar pada kecepatan konstan.
Rotor generator sinkron memiliki medan gulungan untuk membawa arus searah. Bidang lekok ini menciptakan medan magnet konstan berputar yang dibuat oleh stator lekok. Dengan demikian rotor selalu berputar pada kecepatan konstan sinkron dengan medan stator dan frekuensi jaringan. Pada beberapa desain generator, medan magnet rotor dihasilkan oleh magnet permanen yang tidak cocok untuk generator listrik besar.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
Jha, A.R. 2011. Wind Turbine Technology. Florida: CRC Press Taylor & Francis Group.
https://www.mdpi.com/1996-1073/12/13/2624/htm (diakses pada tanggal 4 November 2021)
https://ww2.mathworks.cn/help/physmod/sps/powersys/ref/windturbinedoublyfedinductiongeneratorphasortype.html (diakses pada tanggal 4 November 2021)
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2021/11/komponen-nacelle-e1636009835772.jpg200257adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2021-11-04 11:08:362026-03-11 10:11:04sensor dan perangkat kontrol turbin angin
Sayap adalah balok yang panjangnya terbatas dengan airfoil sebagai penampang, dengan demikian menciptakan perbedaan tekanan antara sisi bawah dan atas sayap. Perbedaan tekanan menghasilkan gaya angkat (lift).
Pada ujung sayap muncul kebocoran, di mana udara mengalir di sekitar ujungnya dari sisi bawah ke sisi atas. Arus yang mengalir di atas sayap akan dibelokkan ke dalam dan streamline yang mengalir di bawah sayap akan dibelokkan ke luar. Oleh karena itu di tepi belakang ada lompatan pada kecepatan tangensial.Karena lompatan ini ada lembaran vortisitas streamwise terus menerus di bangun di belakang sayap. Lembar ini dikenal sebagai vortisitas belakang.
Streamline di atas dan di bawah sayap dan Vektor kecepatan dilihat dari belakang sayap. Sumber: https://www.osti.gov/etdeweb/servlets/purl/618185
Literatur klasik tentang aerodinamika mengungkapkan bahwa filamen vortex dapat memodelkan aliran melewati airfoil untuk sudut serang kecil. Hal ini dikarenakan aliran untuk sudut serang kecil memiliki viskositas nol dan diatur oleh persamaan Laplace linier. Untuk kasus khusus ini, lift bisa menjadi didefinisikan menggunakan persamaan Kutta-Joukowski dengan perkalian cross product:
L = ρV∝ X Γ
di mana ρ adalah massa jenis udara dan Vα adalah kecepatan aliran pada sudut serang. Sayap yang lengkap dimodelkan oleh serangkaian filamen vortex Γi , i=l,2,3,4,…, seperti pada gambar di bawah. Filamen vortex paling kuat (panjang) di ujung sayap dan berkurang di bagian dalam sayap.
Model vortex 3D dan Induced Velocity.
Dalam aliran nyata, vortex bebas akan meringkuk di sekitar ujung seperti gambar. Vortex bebas yang diinduksi (downwash) oleh hukum Biot-Savart adalah komponen kecepatan w pada setiap posisi sayap. Untuk satu filamen vortex Γ kecepatan induksi (induced velocity) di titik p adalah:
Kecepatan induksi w, kecepatan awal Vꚙ dan kecepatan efektif Ve ditunjukkan pada bagian sayap dengan perbedaan sudut serang αg, αi dan αe . Dari teori potensial, yang berlaku untuk sudut serang di bawah stall, diketahui bahwa gaya angkat (L) tegak lurus pada kecepatan awal seperti pada persamaan L. Pada gambar di bawah, gaya ini dilambangkan dengan R. Namun, gaya angkat menurut definisi adalah gaya yang tegak lurus terhadap aliran awal Vꚙ, dan gaya yang dihasilkan karena itu didekomposisi menjadi komponen tegak lurus dan komponen dalam arah Vꚙ. Gaya drag di sini dilambangkan dengan drag induksi Di. Di ujung sayap gaya angkat (lift) adalah nol.
Skema gaya lift dan drag.
Sistem Vortex Pada Turbin Angin
Rotor turbin angin HAWT terdiri dari sejumlah sudu yang berbentuk sayap. Jika sayap dipotong pada jarak r dari sumbu rotasi seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, airfoil akan lebih mudah diamati komponen kecepatannya dan komponen sudut-sudutnya.
Rotor turbin HAWT dan potongan airfoilnya.
Sudut serang lokal α pada pitch airfoil ϴ, kecepatan aksial Va pada bidang rotor dan kecepatan rotasi Vrot pada bidang rotor dapat dirumuskan menjadi:
α = Φ – ϴ
Φ adalah sudut aliran yang dapat dirumuskan menjadi:
Φ = arc tan (Va/Vrot)
Karena turbin angin sumbu horizontal terdiri dari sayap yang berputar, sistem vortex mirip dengan sayap pesawat pasti muncul. Lembaran vortex bebas berorientasi pada jalur heliks di belakang rotor. Vortex yang kuat terletak di ujung rotor dan vortex pada akar baling-baling terletak di jalur linier sepanjang sumbu rotor.
Vortex pada rotor HAWT
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2021/11/Model-vortex-3D-dan-induced-velocity.png200500adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2021-11-03 07:57:382026-03-11 10:10:51model aerodinamika tiga dimensi untuk sayap dengan panjang berhingga (finite wing)
