Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Tugas SPT

SISTEM PEMBANGKIT TENAGA

PLTB – Pembangkit Listrik Tenaga Bayu

Nama : Kanzul Fadhil

BP : 1210913033

Dosen : Ir. Adly Havendri, M.Sc

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik

Universitas Andalas

Padang

2015

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU

1. Defenisi

Pembangkit listrik tenaga angin adalah suatu pembangkit listrik yang menggunakan angin sebagai sumber energi untuk menghasilkan energi listrik. Pembangkit ini dapat mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin.

2. Prinsip Kerja

Energi angin memutar turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan kipas angin (bukan menggunakan listrik untuk menghasilkan listrik, namun menggunakan angin untuk menghasilkan listrik). Kemudian angin akan memutar sudut turbin, lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin. Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori medan elektromagnetik, yaitu poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu di sekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan

Skema dari Pembangkit Tenaga Angin

Komponen yang terdapat pada Pembangkit Tenaga Angin

a. AnemometerMengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan angin ke pengontrol

b. Blades Kebanyakan turbin baik dua atau tiga pisau. Angin bertiup di atas menyebabkan pisau pisau untuk mengangkat dan berputar.

c. Brake Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar.

d. Controller Pengontrol mesin mulai dengan kecepatan angin sekitar 8-16 mil per jam (mph) dan menutup mesin turbin sekitar 55 mph.

e. Gear boxGears menghubungkan poros kecepatan tinggi di poros kecepatan rendah dan meningkatkan kecepatan sekitar 30-60 rotasi per menit (rpm), sekitar 1000-1800 rpm, kecepatan rotasi yang diperlukan oleh sebagian besar generator untuk menghasilkan listrik

f. Generator Mengubah energi gerak menjadi energi kinetik menjadi energi listrik

g. High-speed shaft Berfungsi untuk menggerakkan generator

h. Low-speed shaft Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 rotasi per menit.

i. NacelleNacelle berada di atas menara dan berisi gear box, poros kecepatan rendah dan tinggi, generator, kontrol, dan rem.

j. PitchBlades yang berbalik, atau nada, dari angin untuk mengontrol kecepatan rotor dan menjaga rotor berputar dalam angin yang terlalu tinggi atau terlalu rendah untuk menghasilkan listrik.

k. RotorPisau dan terhubung bersama-sama disebut rotor

l. Tower

Menara yang terbuat dari baja tabung, beton atau kisi baja. Karena kecepatan angin meningkat dengan tinggi, menara tinggi memungkinkan turbin untuk menangkap lebih banyak energi dan menghasilkan listrik lebih banyak.

m. Wind direction Ini adalah turbin pertama”yang disebut karena beroperasi melawan angin. turbin lainnya dirancang untuk menjalankan “melawan arah angin,” menghadap jauh dari angin.

n. Wind vaneTindakan arah angin dan berkomunikasi dengan yaw drive untuk menggerakkan turbin dengan koneksi yang benar dengan angin.

o. Yaw drivePenggerak arah memutar turbin ke arah angin untuk desain turbin yang menghadap angin

p. Yaw motorKekuatan dari drive yaw.

q. Penyimpan energi (Battery)Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi sebagai back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya listrik masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah sedang menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi.

3. Dasar Perancangan

Pada perancangan suatu Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTA) hal-hal yang harus dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Menetapkan besaran daya yang mampu dihasilkan oleh PLTA.

2. Mengetahui komponen-komponen yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga angin.

3. Memilih spesifikasi dari setiap komponen-komponen yang digunakan pada PLTA atau melakukan pemilihan dari komponen-komponen tesebut..

Dari yang disebutkan sebelumnya maka data-data yang diperlukan adalah sebagai berikut :

a. Daya dari PLTA

b. Data teknis setiap komponen utama PLTD

Untuk membangun pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) dibutuhkan beberapa kelengkapan yang harus dipenuhi diantaranya kelengkapan tersebut adalah :

1.) DAYA TOTALDaya total aliran angin adalah sebanding dengan tenaga kinetik aliran udara:

Dimana:Ptot = daya total aliran udara watt

m = massa udara per detik kg/sVi = kecepatan angin masuk m/sgc = faktor konversi

= 1.0 kg/Ns2

Massa aliran udara per detik dapat dihitung dengan persamaan:

Dimana:ρ = massa jenis udara kg/m3

A = luas penampang turbin m2

Sehingga didapatkan:

Dari rumus tersebut didapatkan Besar Daya total aliran udara :gc = 1 kg/Ns2

ρ (massa jenis udara) = 1,275 kg/m3

A = r2π = 42.3,14 = 50,2 m2

Vi = 18 km/jam (data diambil dari rata –rata kecepatan angin max)Vi

3 = 125 m/s (kecepatan angin )

Ptot = ( ½) 1,275. 50,2 . 125 = 4.000 wattJadi daya total aliran udara yang minimal yang dibutuhkan oleh turbin adalah 4.000 watt

2.) DAYA MAKSIMUM Daya maksimum angin (watt) yang dapat diserap oleh sudu rotor dapat dinyatakandengan persamaan:

ρ (massa jenis udara) = 1,2 kg/m3

A = r2π = 42.3,14 = 50,2 m2

Vi = 18 km/jam (data diambil dari rata-rata kecepatan angin max)Vi

3 = 125 m/s

Pmax = 0,296. 1,275 .50,2 .125 = 2.368,9 wattJadi daya maksimum yang diserap sudu rotor adalah sebesar 2.368,9 watt

3.) DAYA NYATADaya nyata adalah daya yang yang dapat dimanfaatkan oleh turbin untuk dijadikansebuah energi baru. Daya ini dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:Dimana:

η (efisiensi turbin Hummer)= 0,86

P = 0,86 . 4.000 = 3.440 wattJadi daya nyata yang dimanfaatkan oleh turbin adalah sebesar 3.440 watt

4.) KAPASITAS BATEREI YANG DIPERLUKANBaeterei merupakan alat listrik kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkannya dalam bentuk listrik.

Dimana :

P = 20kw (besar daya pembangkit yang ingin dibangkitkan)t = 8 jamVcharger = 240 volt

Qtot = (20.000. 8)/ 240 = 666,7 Ah Jadi kapasitas total baterei yang dibutuhkan adalah 666,7 Ah

5.) KEBUTUHAN BATEREI UNTUK PEMENUHAN KAPASITASSetelah kapasitas diketahui, maka untuk selanjutnya dilakukan analisa pemililihan baterei yang ada dipasaran. Dan selanjutnya menentukan jumlah baterei yang dibutuhkan.

Qtot = 666,7 AhQbatt= 250 Ah

nQ = 666,7 / 250 = 3 jadi jumlah aki yang dibutuhkan adalah 3

6.) KEBUTUHAN BATEREI UNTUK PEMENUHAN TEGANGAN

Dimana:nv = jumlah bateraiVbatt = tegangan baterai volt

nv = 240/12 = 20 Buah Jadi banyak aki yang dibutuhkan adalah 20 buah

7.) TOTAL KEBUTUHAN BATEREI/AKI

n = 20 x 3 = 60 buah unit aki jadi jumlah aki yang terpasang adalah 60 buah/unit

8.) EFISIENSI TURBIN ANGIN

Semakin besar nilai efisiensi maka penggunaan turbin angin akan semakin sedikit pada dimensi dan kecepatan angin yang sama. Persamaan yang digunakan adalah dengan mengaplikasikan persamaan(2-5), menjadi:

9.)JUMLAH TURBIN TERPASANGHarga N merupakan pembulatan dari n. untuk mendapatkan n, terlebih dahulu dihitung besarnya daya yang dihasilkan turbin kemudian dibagi dengan dayamasing-masing turbin akibat kecepatan angin. Persamaan yang digunakan adalah:dimana:

4. Komponen

Rancangan struktur pembangkit listrik yang ingin dibangun :

Pemodelan system :

DC AC

PERANCANGAN PEMBANGKIT TENAGA ANGIN (PLTB) HYBRID TENAGA SURYA (PLTS)

Wind Turbin

PV Panel Inverter Dc to Ac

Beban

Baterei

Inverter Ac to Dc

KONVERYER AC to DC

5. Performansi PLTB

η = (3.440 x 2 ) / (1,275 . 8 . 50. (2,5)3 ) = 0,86 η = 0,86 x 100% = 86 %jadi efisiensi turbin adalah 86 %

Performansi tersebut untuk daerah yang memiliki angin yang memiliki kecepatan yang cukup tinggi dan konstan.

Untuk dapat menaikkan performansi sautu PLTB dapat dilakukan dengan melakukan pendesigna ulang pada turbin angin. Salah saunya dengan penambahan winglet pada turbin angin pada saat perancangannya. Hal ini akan menambahkan efisiensi yang dimiliki oleh PLTB.

Contoh PLTB di Indonesia adalah di wilayah Bantul

Gambar PLTB Bantul