Embedded Files
Energi Angin Telah Digunakan oleh Manusia Selama Ribuan Tahun
Gambar 3. Sisa-sisa salah satu turbin angin kuno
Energi angin telah memainkan peran penting dalam sejarah peradaban manusia selama ribuan tahun. Penggunaan pertama energi angin yang tercatat terjadi sekitar 5.000 tahun lalu di Mesir, di mana layar digunakan untuk membantu menggerakkan perahu. Kincir angin pertama, berupa mesin yang menggunakan baling-baling pada poros untuk menciptakan gerakan melingkar, ditemukan di Persia sekitar tahun 1700 SM. Pada abad ke-10 M, kincir angin mulai digunakan untuk menggiling biji-bijian di wilayah yang kini menjadi bagian dari Iran timur dan Afghanistan. Dunia Barat baru mulai memanfaatkan kincir angin sekitar abad ke-12, juga untuk menggiling biji-bijian. Beberapa abad kemudian, teknologi ini digunakan untuk memompa air, memungkinkan Belanda merebut kembali lahan dari laut. Turbin angin modern pertama kali dikembangkan pada pertengahan abad ke-20, dengan fokus utama pada pembangkitan listrik. Agaknya turbin angin akan disejajarkan dengan arah angin yang berlaku, karena strukturnya tampaknya tidak dapat berputar.
Bukti pertama turbin angin di Tiongkok adalah pada tahun 1219 M. Mungkin karena kapal layarnya yang berkembang dengan baik, turbin angin awal ini menggunakan layar kain daripada rotor kayu yang kaku. Ini dimaksudkan untuk memompa air dari reservoir. Turbin angin sumbu horizontal banyak digunakan di wilayah Tenggara Tiongkok selama periode abad ke-14 hingga ke-17 M.
Gambar 4. Contoh sumbu vertikal awal desain turbin angin
sumber : https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Carlvon%20Canstein
Gambar 5. Desain turbin angin sumbu horizontal
sumber : Food and Agriculture Organization of the United Nations, Irrigation and Drainage Paper 43, P.L. Fraenkel, 1986, ISBN 92-5-102515-0. Reproduced with permission.
Referensi pertama mengenai turbin angin horizontal di Eropa tercatat pada akhir abad ke-12 M, berasal dari Yorkshire, Inggris. Teknologi ini kemungkinan terinspirasi oleh roda air Romawi yang berputar pada sumbu horizontal. Pada akhir abad ke-13, kincir angin sumbu horizontal jenis Post mill mulai muncul di Canterbury, Inggris. Di bawah dicantumkan sebuah ilustrasi abad pertengahan menggambarkan Post mill yang terbenam, yang menggunakan bilah rotor yang terhubung dengan roda gigi kayu dan cincin untuk mengubah rotasi horizontal menjadi rotasi vertikal, yang menggerakkan batu asah. Foto kincir Post mill dari abad ke-17 yang lebih jelas dapat ditunjukan juga pada gambar di bawah ini.
Gambar 6. Ilustrasi abad pertengahan
Sumber: https://fr.wikipedia.org/wiki/Utilisateur:Poussin jeance
Gambar 7. Turbin angin Post mill abad ke-17
Sumber : https://commons.wikimedia.org/wiki/User:HeinzJosef Lucking, CC By-SA 3.0 de (https://creativecommons.org/licenses/bysa/3.0/de/deed.en).
Gambar 8. Pabrik Smock yang umum di Belanda
Sumber : https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Cnyborg
Sementara itu, variasi dari Post mill yang dikenal sebagai kincir "Smock" dikembangkan di Belanda. Nama ini berasal dari bentuknya yang menyerupai pola kain smocking. Contoh desain unik ini dapat dilihat pada foto di samping. Kincir Smock memperbaiki desain Post mill dengan menambahkan atap yang dapat diputar, sehingga memungkinkan bilah rotor diarahkan sesuai dengan arah angin. Sementara atapnya dapat bergerak, dasar kincir Smock tetap diam, memberikan stabilitas yang lebih baik.
Salah satu keunggulan desain ini adalah kemampuan untuk menempatkan poros angin pada ketinggian yang lebih tinggi dibandingkan dengan Post mill, sehingga dapat menangkap angin yang lebih kuat dan konsisten. Selain itu, desain ini juga menyediakan ruang tambahan di bagian bawah untuk menampung peralatan penggilingan, menjadikannya lebih efisien dalam penggunaannya. Kincir Smock mencerminkan inovasi teknis yang tidak hanya memperbaiki kinerja, tetapi juga memaksimalkan ruang dan struktur, menjadikannya salah satu warisan teknologi penting dalam sejarah kincir angin.
John Smeaton adalah salah satu pionir dalam pengembangan energi angin. Ia menjadi salah satu ilmuwan pertama yang merancang model matematika untuk memperkirakan efisiensi kincir angin. Smeaton juga mengungkapkan pentingnya memutar bilah turbin angin agar dapat mencapai tingkat efisiensi yang optimal.
Turbin angin sumbu vertikal pertama yang digunakan untuk menghasilkan listrik diproduksi oleh Profesor Skotlandia James Blyth. Rotor turbin angin memiliki diameter 17 m dan tinggi hub 18 m. Ini menghasilkan daya listrik 12 kW.
Gambar 9. John Smeaton (1750) yang mengembangkan model matematika awal untuk memprediksi efisiensi kincir angin
Sumber : https://en.wikipedia.org/wiki/User:Magnus Manske
Gambar 10. Foto turbin angin sumbu vertikal Blyth yang pertama kali menghasilkan listrik
Sumber : unknown. PD-US - published in the U.S. before 1923 and public domain in the U.S.
Charles Brush adalah salah satu tokoh utama dalam perkembangan awal turbin angin untuk pembangkit listrik sekaligus pelopor dalam industri listrik di Amerika Serikat. Ia dikenal karena merancang dinamo arus searah (DC) yang efisien untuk jaringan listrik umum dan mengembangkan metode inovatif dalam pembuatan baterai timbal-asam. Pada tahun 1887, Brush menciptakan turbin angin otomatis pertama untuk menghasilkan listrik, sebuah inovasi penting yang menandai awal pemanfaatan energi angin pada skala modern.
Turbin rancangan Brush memiliki rotor dengan diameter 15,2 meter yang terdiri dari 144 bilah kayu cedar, dirancang untuk memaksimalkan efisiensi konversi energi angin. Turbin ini mampu menghasilkan daya sebesar 12 kW, yang cukup untuk memenuhi kebutuhan listrik dasar pada masanya. Hebatnya, turbin ini beroperasi dengan andal selama dua dekade, menunjukkan daya tahan dan kecanggihan desainnya.
Selain itu, Perusahaan Brush Electric yang didirikan oleh Charles Brush kemudian bergabung dengan Edison Electric, membentuk General Electric Corporation (GE), yang hingga kini menjadi salah satu perusahaan teknologi terbesar di dunia. Inovasi dan dedikasi Brush dalam memanfaatkan energi angin dan listrik meninggalkan warisan yang mendalam, tidak hanya sebagai pencapaian teknis tetapi juga sebagai inspirasi bagi pengembangan teknologi energi terbarukan yang terus berlangsung hingga saat ini.
Gambar 11. Halaman Scientific American yang menunjukkan berbagai pandangan tentang turbin angin sumbu horizontal Brush yang dibangun pada tahun 1887
Sumber : (1890-12-20).“Mr. Brush’s Windmill Dynamo”. Scientific American 63: p. 54. Author: Anonymous. PD-US - published in the U.S. before 1923 and public domain in the U.S.
Gambar 12. Turbin angin sumbu horizontal tahun 1897
Sumber : Courtesy of the Paul la Cour Museum, Askov.
Paul la Cour, salah satu perintis aerodinamika modern, membangun turbin angin di Denmark pada akhir 1800-an. Sebagai seorang ahli meteorologi, ia memiliki pemahaman mendalam tentang karakteristik angin, termasuk sifatnya yang tidak stabil. Hal ini mendorongnya untuk fokus pada penyimpanan energi yang dihasilkan oleh angin. Paul la Cour menggunakan listrik dari turbin anginnya untuk melakukan proses elektrolisis, menghasilkan gas hidrogen yang kemudian disimpan dan dimanfaatkan sebagai bahan bakar untuk lampu gas. Namun, penyimpanannya tidak selalu aman, karena beberapa kali ledakan hidrogen menyebabkan kerusakan pada jendela gedung-gedung di sekitarnya. Pada tahun 1905, ia mendirikan Society of Wind Electricians sebagai wadah pengembangan lebih lanjut teknologi energi angin.
Johannes Juul adalah salah satu mahasiswa awal Poul la Cour yang mengikuti kursus tahun 1904 tentang "Ahli Listrik Angin." Juul menjadi perintis dalam pengembangan turbin angin pertama di dunia yang menghasilkan listrik AC, yang dibangun pada tahun 1956 di Vester Egesborg, Denmark. Turbin ini, yang dikenal sebagai turbin angin Gedser, memiliki kapasitas daya 200 kW. Turbin ini memperkenalkan sejumlah konsep yang kini menjadi standar pada turbin angin modern, seperti kontrol rotor stall dan sistem pengereman darurat. Turbin Gedser beroperasi selama 11 tahun tanpa memerlukan perawatan. Pada tahun 1975, turbin ini diperbarui atas permintaan NASA untuk menyediakan data bagi program energi angin di Amerika Serikat.
Gambar 13. Turbin angin Gedser yang dirancang Johannes Juul yang dibangun pada tahun 1956 dan berlokasi di Vester Egesborg, Denmark.
Sumber : Status of Wind-Energy Conversion, R. Thomas and J. Savino, NASA TM X-71523, 1973 (Fig. 3)
Turbin angin Smith-Putnam, seperti gambar yang tercantum dibawah, merupakan tubrin angin yang dibangun pada tahun 1941 di Castleton, Vermont, merupakan turbin angin pertama dalam skala megawatt yang terhubung ke jaringan distribusi listrik. Dirancang oleh Palmer Cosslett Putnam dan diproduksi oleh S. Morgan Smith Company, turbin ini memiliki rotor dua bilah dengan diameter 175 kaki. Rotor tersebut dipasang di sisi bawah angin dari menara kisi baja setinggi 120 kaki. Setiap bilah rotor memiliki lebar sekitar 8 kaki, panjang 66 kaki, dan berat mencapai delapan ton. Bilah-bilahnya dibuat dari rangka baja yang dilapisi baja tahan karat, dengan engsel pada pangkalnya yang memungkinkan bilah membentuk sudut kerucut kecil. Turbin ini hanya beroperasi selama 1.100 jam sebelum mengalami kerusakan pada bilah rotor akibat titik lemah yang diketahui tetapi tidak diperkuat karena kekurangan material selama perang. Hingga tahun 1979, Smith-Putnam tetap menjadi turbin angin terbesar yang pernah dibuat.
Gambar 14. Turbin angin Smith-Putman yang dibangun pada tahun 1941 dan terletak di Castleton, Vermont
Sumber : United States Government, http: //www.nrel.gov/data/pix/searchpix.cgi?getrec=1080709&display type=verbose&search reverse=1, 13533.JPG, PDUSGOV-DOE.
Desain turbin angin modern berkembang berkat kemajuan aerodinamika, yang juga berpengaruh pada pengembangan pesawat terbang. Di awal abad ke-20, turbin angin sumbu vertikal (VAWT) seperti Darrieus dan Savonius dikembangkan untuk menghasilkan listrik. Turbin Darrieus, yang memanfaatkan gaya angkat aerodinamis, mengalami kegagalan struktural di beberapa lokasi, sementara Savonius, yang bergantung pada drag aerodinamis, lebih efisien di angin rendah tetapi kurang optimal dibandingkan turbin sumbu horizontal (HAWT).
HAWT, seperti turbin General Electric 2.5 MW dan MHI Vestas V164, lebih efisien, dengan kemampuan untuk menangkap angin kuat di ketinggian. HAWT memiliki keunggulan dalam kapasitas daya dan kemampuan memulai rotasi sendiri. Namun, pemeliharaan lebih mahal karena generator terletak di ketinggian. Teknologi turbin angin terus berkembang, meskipun tantangan variabilitas angin dan efisiensi masih ada. Meningkatkan diameter rotor bisa meningkatkan penangkapan energi angin, tetapi ada batasan biaya.
Energi angin semakin penting di seluruh dunia, meskipun hanya sebagian kecil dari total energi yang dihasilkan. Penyimpanan energi dan pengelolaan ketidakpastian angin adalah tantangan utama dalam meningkatkan keandalan sistem energi angin. Kemajuan lebih lanjut dalam desain aerodinamis dan kontrol dapat meningkatkan efisiensi dan daya tahan turbin angin.
Peristiwa penting dalam pengembangan energi angin :
Tantangan lain termasuk penampilan ladang angin yang dianggap mengganggu pemandangan, suara bising yang dihasilkan turbin, serta dampak negatif terhadap satwa liar, terutama burung dan kelelawar yang berisiko tertabrak bilah turbin saat terbang [6].
Kekurangan MInyak dan Masalah Lingkungan Menjadi Penyebab Meningkatnya Penggunaan Energi Angin
Pada tahun 1970-an, kelangkaan minyak memicu minat terhadap sumber energi alternatif seperti energi angin untuk pembangkit listrik. Pemerintah federal AS mendukung pengembangan turbin angin besar, dan pada awal 1980-an, ribuan turbin dipasang di California berkat kebijakan federal dan negara bagian. Sejak 1990-an, pemerintah AS telah menetapkan insentif keuangan dan persyaratan untuk penggunaan energi terbarukan, menyediakan dana penelitian, insentif pajak, dan investasi untuk proyek tenaga angin. Kebijakan ini mendorong peningkatan jumlah turbin angin dan listrik yang dihasilkan dari energi angin. Pada tahun 2022, energi angin menyumbang sekitar 10,2% dari pembangkitan listrik AS, meningkat dari kurang dari 1% pada tahun 1990. Insentif di Eropa dan investasi besar di Tiongkok juga telah meningkatkan penggunaan energi angin secara signifikan. Pada tahun 2021, 128 negara menghasilkan sekitar 1,808 miliar kWh listrik tenaga angin, meningkat drastis dari 3,6 miliar kWh pada tahun 1990.
Referensi
[6] Small, C. (2017). Wind, Waves, and the Sun: The Rise of Alternative Energy. Cavendish Square Publishing, LLC.
Page updated
Google Sites
Report abuse