Pembangkit Listrik Tenaga Angin
    A. Sejarah Energi Angin
         Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Sejak zaman dahulu,
      orang telah memanfaatkan energi angin. Lebih dari 5.000 tahun yang lalu, orang Mesir
      kuno menggunakan angin untuk berlayar kapal di Sungai Nil. Kemudian, orang-orang
      membangun kincir angin untuk menggiling gandum dan biji-bijian lainnya. Naskah tertua
      tentang   kincir   angin   terdapat   dalam   tulisan   Arab   dari   abad   ke-9   Masehi   yang
      menjelaskan bahwa kincir angin yang dioperasikan di perbatasan Iran dan Afganistan
      sudah ada sejak beberapa abad sebelumnya, kadang disebut Persian windmill. Kincir
      angin dikenal paling awal adalah di Persia (Iran). Awal kincir angin ini tampak seperti
      roda dayung besar. Berabad-abad kemudian, orang-orang Belanda meningkatkan desain
      dasar kincir angin mereka. Kualitas kreatifitas masyarakat Belanda akan aplikasi kincir
      angin, membuat Belanda menjadi terkenal dengan kincir anginnya. Sedangkan koloni
      Amerika menggunakan kincir angin untuk menggiling gandum dan jagung, untuk
      memompa air, dan memotong kayu di penggergajian. Pada akhir tahun 1920-an, Amerika
      menggunakan kincir angin kecil untuk menghasilkan listrik di daerah pedesaan yang
      hidup tanpa layanan listrik. Ketika kabel listrik mulai digunakan untuk transportasi listrik
      di daerah pedesaan di tahun 1930-an, kincir angin lokal menjadi semakin jarang
      digunakan. Meskipun demikian, kincir angin tersebut masih dapat dilihat pada beberapa
      peternakan di daerah barat. Kekurangan minyak pada 1970-an mengubah gambaran
      mengenai energi untuk negara dan dunia. Ini menciptakan suatu kepentingan sumber
      energi alternatife baru, membuka jalan bagi masuknya kembali kincir 
         Angin untuk menghasilkan listrik. Pada awal 1980an energi angin menjadi sangat
      luar biasa di California, sebagian besar karena kebijakan negara yang mendorong sumber
      energi terbarukan. Dukungan untuk pembangunan angin telah menyebar ke negara lain,
      tapi pada saat itu California masih dapat memproduksi sebanyak lebih dari dua kali
      energi angin apapun di negara lain. Kincir angin jenis Persian windmill juga digunakan di
      Cina untuk menguapkan air laut dalam memproduksi garam. Terakhir masih digunakan di
      Crimea, Eropa dan Amerika Serikat. Selanjutnya sejarah berkembang menjadi manipulasi
      fungsi. Kincir angin yang pertama kali digunakan untuk membangkitkan listrik, dibangun
      oleh P.La Cour dari Denmark diakhir abad ke19. Setelah perang dunia I, kincir angin
      diterapkan pada layar dengan penampang melintang menyerupai sudut propeler pesawat
      yang pada masa ini disebut type propeler atau turbin. Eksperimen kincir angin sudut
      kembar dilakukan di Amerika Serikat tahun 1940, berukuran sangat besar. Mesin raksasa
      ini   disebut mesin Smith-Putman, karena salah satu perancangnya bernama Palmer
      Putman, kapasitasnya 1,25 MW yang dibuat oleh Morgen Smith Company dari York
      Pensylvania. Diameter propelernya 175 ft (55m) beratnya 16 ton dan menaranya setinggi
      100 ft (34m). Tapi dikemudian hari salah satu batang propelernya patah pada tahun 1945.
    B. 2.2  Pengertian Angin
         Secara singkat dapat dijelaskan bahwa angin adalah udara yang bergerak.
      Menurut Buys Ballot, ahli ilmu cuaca dari Perancis, angin adalah massa udara yang
      bergerak dari daerah bertekanan maksimum ke daerah bertekanan minimum. Gerakan
      massa udara yang arahnya horizontal dikenal dengan istilah angin. Anemometer mangkok
      adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin. Satuan yang biasa
      digunakan dalam menentukan kecepatan angin adalah km/jam atau knot (1 knot = 0,5148
      m/det = 1,854 km/jam). Sisteman penamaan angin biasanya dihubungkan dengan arah
      datangnya massa udara tersebut.
         Ladang Angin atau wind farm adalah serangkaian tiang turbin angin yang di desain
      untuk menyuplai listrik dari kekuatan angin bagi penduduknya dan sebagai bentuk dalam
      upaya menyelamatkan bumi dari kerusakan alam akibat eksplorasi sumber bahan bakar
      secara besar-besaran di lepas pantai atau daratan.
    C. 2.3  Sumber Energi Angin 
         Angin disebabkan oleh pemanasan sinar matahari yang tidak merata di atas
      permukaan bumi. Udara yang lebih panas akan mengembang menjadi ringan   dan
      bergerak naik ke atas, sedangkan udara yang lebih dingin akan lebih berat dan bergerak
      menempati daerah tersebut. Perbedaan tekanan atmosfer pada suatu daerah yang
      disebabkan oleh perbedaan temperatur akan menghasilkan sebuah gaya. Perbedaan
      dalam tekanan dinyatakan dalam istilah gradien tekanan merupakan laju perubahan
      tekanan karena perbedaan jarak. Gaya gradien merupakan gaya yang bekerja dalam arah
      dari tekanan lebih tinggi ketekanan yang lebih rendah. Arah gaya gradien tekanan di
      atmosfer tegak lurus permukaan isobar. Beberapa karakteristik angin : 
      1. Angin Darat-Laut 
          Wilayah Indonesia merupakan daerah kepulauan dengan luas lautan lebih besar
       dari daratan. Angin darat-laut disebabkan karena daya serap panas yang berbeda
       antara   daratan   dan   lautan.   Perbedaan   karakteristik   laut   dan   darat   tersebut
       menyebabkan angin di pantai akan bertiup secara kontinyu.
      2. Angin Orografi 
          Angin orografi merupakan angin yang dipengaruhi oleh perbedaan tekanan
       antara permukaan tinggi dengan permukaan rendah (angin gunung dan angin
       lembah). Pada pagi sampai menjelang siang hari, bagian lereng atau punggung
       pegunungan lebih dahulu disinari matahari bila dibandingkan dengan wilayah lembah.
       Akibatnya, wilayah lereng lebih cepat panas dan mempunyai tekanan udara yang
       rendah, sedangkan suhu udara di daerah lembah masih relatif dingin sehingga
       mempunyai tekanan udara yang tinggi. Maka massa udara bergerak dari lembah ke
       lereng atau ke bagian punggung gunung. Massa udara yang bergerak ini disebut
       sebagai angin lembah.
         Pada malam hari, suhu udara di wilayah gunung sudah sedemikian rendah
      sehingga terjadi pengendapan massa udara padat dari wilayah gunung ke lembah yang
      masih relatif lebih hangat. Gerakan udara inilah yang disebut angin gunung.
    D. Turbin Angin 
         Turbin angin adalah suatu kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan
      tenaga listrik. Sistem kerjanya adalah mengkonversikan tenaga angin menjadi tenaga
      listrik.   Berikut  pada gambar  dibawah ini akan dijelaskan mengenai bagian–bagian
      penyusun dari turbin angin :
                  Gambar 2.1 Bagian Dalam Turbin Angin
         Sesuai  susunan  dan   fungsi   dari   beberapa   komponen   penting   dalam   turbin
      pembangkit listrik tersebut, maka dapat diuraikan tugas dan fungsinya masing-masing.
     1. Blades (Bilah Kipas): Kebanyakan turbin angin mempunyai 2 atau 3 bilah kipas angin
       yang menghembus menyebabkan turbin tersebut berputar. 
     2. Rotor: Bilah kipas bersama porosnya dinamakan rotor Tower (Menara): Menara bisa
       dibuat  dari   pipa   baja,   beton,   ataupun   rangka   besi.   Karena   kencangnya   angin
       bertambah dengan seiring dengan bertambahnya ketinggian, maka makin tinggi
       menara makin besar tenaga angin yang didapat.
     3. Pitch (Sudut Bilah Kipas): Bilah kipas dapat diatur sudutnya sesuai dengan kecepatan
       rotor yang dikehendaki. Tergantung kondisi angin yang terlalu rendah atau terlalu
       kencang.
     4. Brake (Rem): Suatu rem cakram yang dapat digerakkan secara mekanis dengan
       bantuan tenaga listrik atau hidrolik untuk menghentikan rotor atau saat keadaan
       darurat. 
     5. Low-speed shaft (Poros Puutaran Rendah): Poros turbin yang berputar kira-kira 30-60
       rpm.
            6. Gear box (Roda Gigi): Roda gigi menaikkan putaran dari 30-60 rpm menjadi sekitar
                1000-1800 rpm. Ini merupakan tingkat putaran standar yang disyaratkan untuk
                memutar generator listrik.
            7. Generator: Generator pembangkit listrik, biasanya sekarang disebut alternator arus
                bolak-balik.
            8. Controller (Alat Pengontrol): Alat Pengontrol ini men-start turbin pada kecepatan
                angin kira-kira 12-25 km/jam, dan kemudian mematikannya pada kecepatan 90
                km/jam. Turbin tidak beroperasi di atas 90 km/jam. Hal ini dikarenakan tiupan angin
                yang terlalu kencang dapat merusakkannya.
            9. Anemometer: Mengukur kecepatan angin dan mengirim data angin ke alat pengontrol.
            10.Wind vane (Tebeng Angin): Mengukur arah angin, berhubungan dengan penggerak
                arah yang memutar arah turbin disesuaikan dengan arah angin.
            11.Nacelle (Rumah Mesin): Rumah mesin ini terletak di atas menara . Di dalamnya berisi
                gearbox,   poros   putaran   tinggi/rendah,   generator,   alat   pengontrol,   dan   alat
                pengereman.
            12.High-speed shaft (Poros Putaran Tinggi): Berfungsi untuk menggerakkan generator. 
            13.Yaw drive (Penggerak Arah): Penggerak arah memutar turbin ke arah angin untuk
                desain turbin yang menghadap angin. Untuk desain turbin yang mendapat hembusan
                angin dari belakang tak memerlukan alat ini.
            14.Yaw motor (Motor Penggerak Arah): Motor listrik yang menggerakkan Yaw drive.
            15.Tower (Menara).
         E. Jenis Turbin Angin 
                     Turbin angin memanfaatkan energi kinetik dari angin dan mengkonversinya
             menjadi energi listrik. Ada dua jenis turbin angin yang utama: 
                 Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) / Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT)
                 Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) / Vertical Axis Wind Turbin (VAWT)
              1. Turbin Angin Sumbu Horizontal 
                        Turbin Angin Sumbu Horizontal Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki
                poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil
                diarahkan oleh sebuah baling-baling angin (baling-baling cuaca) yang sederhana,
                sedangkan turbin berukuran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin
                yang digandengkan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gear box
                yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar. Karena
                sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin biasanya diarahkan
                melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar mereka tidak
                terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi.  Turbin angin sumbu
                horizontal dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut.
                                           Gambar 2.2 Turbin Angin Sumbu Horizontal
                   a. Kelebihan TASH
                               Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat di
                       tempat-tempat yang memiliki geseran angin,  perbedaan antara laju dan arah
                       angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi. Di
                       sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin
                       meningkat sebesar 20%.
                   b. Kelemahan TASH 
                          Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit
                           diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa mencapai 20% dari
                           seluruh biaya peralatan turbin angin.
                            TASH yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang yang sangat
                           tinggi dan mahal serta para operator yang trampil.
                          Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-bilah yang
                           berat, gearbox, dan generator.
                          TASH yang tinggi bisa memengaruhi radar airport.
                          Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan mengganggu
                           penampilan landscape/Pemandangan.
                          TASH membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan
                           kincir ke arah angin.
              2. Turbin Angin Sumbu Vertikal
                          Turbin angin sumbu vertikal memiliki bilah yang memanjang dari atas ke
                  bawah. Turbin angin jenis ini yang paling umum adalah turbin angin Darrieus,
                  dinamai sesuai dengan nama insinyur Perancis Georges Darrieus yang desainnya
                  dipatenkan pada tahun 1931. Jenis turbin angin vertikal biasanya berdiri setinggi 100
                  meter dengan lebar 50 kaki. Turbin angin sumbu vertikal dapat dilihat pada gambar
                  2.3 berikut.
                                         Gambar 2.3 Turbin Angin Sumbu Vertikal
                    a. Kelebihan TASV
                            Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.
                            Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan mekanisme yaw.
                            Sebuah TASV bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan
                             bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.
                            TASV memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat
                             secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang
                             tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.
                            Desain TASV berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak
                             atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk
                             diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya TASH.
                            TASV memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada TASH.
                             Biasanya TASV mulai menghasilkan listrik pada 10km/jam (6 m.p.h.)
                            TASV biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan
                             putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih
                             rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat angin berhembus
                             sangat kencang.