Sistem PLTB Kecepatan Rendah dan Berubah Tanpa Menggunakan Gearbox


Sistem PLTB Kecepatan Rendah dan Berubah Tanpa Menggunakan Gearbox

Kadek Fendy Sutrisna

5 September 2011

 Dukung Fendy Sutrisna untuk tetap berbagi dalam artikel ketenagalistrikan Indonesia dengan klik link LIKE, COMMENT & SHARE di halaman facebook ini -> Catatan Fendy Sutrisna

Tenaga angin merupakan salah satu potensi yang belum dimanfaatkan secara maksimal sebagai pembangkit listrik energi terbarukan di Indonesia saat ini.

Daya keluaran yang dapat dihasilkan untuk sebuah pembangkit listrik dari pemanfaatan energi angin (PLTB) adalah sebesar 1-100 kWatt. Pembangkit listrik dengan daya keluaran sebesar ini sebenarnya sangat cocok digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik rumah tangga/perkantoran di Indonesia.

Alasan utama pembangkit listrik jenis ini belum berkembang karena kecepatan angin di Indonesia lebih rendah dan lebih berfluktuatif jika dibandingkan dengan kecepatan angin di Eropa ataupun di JepangJadi dengan kata lain sebenarnya Indonesia tidak bisa mengadopsi langsung teknologi pembangkit listrik ini dari negara lain, dan harus mendesain sendiri sistem pembangkit listrik yang mampu mengkonversikan energi angin secara maksimal pada kecepatan angin yang rendah dan berubah-ubah, yang sesuai dengan karakteristik kecepatan angin di Indonesia.

Perlu diketahui bahwa biasanya kecepatan putar turbin angin di Indonesia diantara 100-200 rpm. Untuk mengatasi kecepatan putar turbin angin yang rendah, biasanya digunakan komponen roda gigi untuk menyesuaikan dengan kecepatan putaran generator. Dan untuk mengatasi kecepatan angin yang berfluktuatif, biasanya turbin angin dioperasikan variable speed dengan mengunakan rangkaian elektronika daya.

Pada artikel kali ini, akan dibahas tentang sistem PLTB kecepatan rendah – berubah menggunakan generator permanen magnet. Semoga artikel ini bisa dijadikan referensi untuk perkembangan pembangkit listrik tenaga angin di Indonesia. 

Sistem Turbin Angin Direct-drive (Gearless / tidak menggunakan roda gigi)

Alasan utama penulis mengajukan sistem tanpa gearbox karena penggunaan roda gigi dapat menimbulkan adanya gesekan pada saat mengkonversikan putaran rendah pada baling-baling menjadi putaran tinggi pada generator. Gaya gesekan yang timbul ini akan menyebabkan turbin angin bergetar tak-seimbang, terkadang menimbulkan polusi suara bising, dan tentu saja hal ini nantinya akan membutuhkan perawatan khusus dengan memberikan pelumas secara rutin.

Sistem PLTB tanpa menggunakan gearbox (gearless wind turbine system) atau sering juga disebur direct drive, selain membuat efisiensi PLTB menjadi lebih tinggi diklaim juga dapat mengurangi polusi suara serta mengurangi biaya investasi awal dan perawatan pada sistem pembangkit listrik tenaga angin.

Desain direct drive biasanya menggunakan generator sinkron – rotor belitan atau generator sinkron – magnet permanen. Alasannya karena kedua tipe generator ini memungkinkan untuk membuat generator dengan kutub banyak (perbanyak jumlah kutub rotor) yang kecepatan putarnya sesuai dengan putaran nominal turbin angin.

Sayangnya generator kutub banyak ini hanya cocok untuk aplikasi PLTB daya kecil, karena semakin besar daya yang didesain akan menyebabkan generator menjadi lebih besar dan lebih berat.

KESIMPULAN SEMENTARA : Untuk aplikasi PLTB berdaya rendah dan sedang, permasalahan penggunaan gerabox dapat dieliminasi dengan mendesain generator kutub banyak yang menghasilkan listrik secara optimal pada kecepatan angin yang rendah. Solusi dari permasalahan ini adalah Indonesia harus menguasai teknologi pembuatan generator kutub banyak.

Bagaimana dengan permasalahan kecepatan angin di Indonesia yang sangat berfluktuasi?

Kecepatan angin di Indonesia sering melonjak selama beberapa saat sehingga membutuhkan desain sistem PLTB yang dapat menghasilkan daya keluaran generator maksimum pada kecepatan angin yang berubah-ubah.

Jika kita merancang generator pada satu kecepatan angin rendah (low fixed speed), generator tidak bisa mengkonversikan energi pada kecepatan angin yang tinggi untuk mengurangi resiko kerusakan generator.

Sebaliknya, sistem PLTB yang biasanya dipasang di Indonesia memiliki efisiensi konversi energi yang rendah karena generator dirancang berputar pada kecepatan yang sedikit lebih tinggi dari kecepatan angin rata-rata. Kedua sistem PLTB ini bukan merupakan solusi sistem PLTB di Indonesia.

Sistem Turbin Angin Direct Drive dan Variable Speed dengan Generator Sinkron Magnet Permanen

Dari gambar terlihat bahwa sistem ini memerlukan generator magnet permanen berkutub banyak, penyearah dioda, konverter DC-DC, dan Inverter. Dengan sistem seperti ini memungkinkan untuk mendesain turbin angin dapat berputar pada kecepatan poros yang berubah-ubah.

Variable speed dan direct-drive menggunakan generator magnet permanen

Keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan sistem ini antara lain :

  • Generator bekerja maksimum pada kecepatan angin yang berubah-ubah, atau dengan kata lain sistem variable speed direct-drive ini dapat mengekstrak daya pada kecepatan putar turbin berapapun.
  • Menghindarkan penggunaan roda gigi / gearbox dengan menggunakan generator yang dapat beroperasi pada putaran rendah (multi-pole generator).
  • Tidak menggunakan brush, sehingga biaya perawatan komponen generator dan juga rugi-rugi daya pada rotor dapat dikurangi.
  • Tidak memerlukan sistem daya untuk medan eksitasinya.
  • Menggunakan magnet permanen untuk membangkitkan tegangan, sehingga rugi-rugi daya pada rotor yang biasanya timbul pada generator rotor belitan dapat dihilangkan.

Sedangkan kekurangan sistem ini adalah :

  • Ukuran generator dapat menjadi besar dan berat.
  • Generator magnet permanen kutub banyak tidak dijual dipasaran secara umum, butuh keahlian khusus untuk mendesain generatornya.
  • Membutuhkan magnet permanen yang mahal dan sulit diperoleh di Indonesia.
  • Butuh keahlian khusus untuk mendesain rangkaian elektronika daya yang spesifik.

Dukung Fendy Sutrisna untuk tetap berbagi dalam artikel ketenagalistrikan Indonesia dengan klik link LIKE, COMMENT & SHARE di halaman facebook ini -> Catatan Fendy Sutrisna

Menerima jasa Konsultasi Studi Kelayakan (Feasibility Study, FS) untuk proyek Pembangkit Listrik, konsultansi meliputi pemilihan lokasi pembangunan pembangkit listrik, studi perhitungan daya dan energi listrik, studi sistem kelistrikan, membuat estimasi biaya pembangunan pembangkit listrik mencakup analisis harga satuan pekerjaan sipil, peralatan elektrikal-mekanik, peralatan jaringan transmisi-distribusi-instalasi rumah, pajak serta biaya pengembangan; memperkirakan komponen biaya operasional (fixed & variable O&M Cost); menghitung harga tarif yang tepat, analisa finansial, dan mematangkan segala langkah pembangunan dan operasional proyek pembangunan pembangkit listrik.
WA/Line : 0813378-01378,
Email : ir.fendysutrisna@gmail.com

ARTIKEL LAINNYA :

  1. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Pada bagian akhir artikel ini dibahas lengkap tentang sistem PLTB variable speed untuk berbagai jenis generator.
  2. Sistem PLTB Fixed Speed dan Variable Speed
  3. Kumpulan artikel tentang PLTA
  4. Kumpulan artikel tentang sel surya
  5. Kumpulan artikel tentang PLTN
  6. Kumpulan artikel tentang elektronika daya

Baca juga artikel lainnya tentang Wind Farm :

  1. Wind Farm (1) : Solusi Pemanfaatan PLTB di Indonesia
  2. Wind Farm (2) : Permasalahan dan Tantangan Wind Farm di Indonesia
  3. Wind Farm (3) : Sistem Turbin Angin
  4. Wind Farm (4) : Mendesain Wind Farm

REFERENSI :

1. Power Electronic for modern wind turbines by Frede Blaabjerg, Zhe Chen

2 thoughts on “Sistem PLTB Kecepatan Rendah dan Berubah Tanpa Menggunakan Gearbox

  1. Pingback: Sistem PLTB Fixed Speed vs Variable Speed « Indone5ia

  2. Pingback: Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin | Indone5ia

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s