1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Perkembangan kebutuhan masyarakat akan tenaga listrik terus mengalami kenaikan. Saat ini kebutuhan akan tenaga listrik masih sangat bergantung pada energi fosil. Energi fosil yang digunakan berupa minyak bumi dan batu bara yang mana diketahui bahwa jumlahnya terus menipis dan menghasilkan polusi yang cukup berbahaya bagi lingkungan. Hal ini menyebabkan sangat diperlukannya pengembangan energi terbarukan dalam pembangkitan tenaga listrik. Salah satu energi terbarukan yang dapat dikonversikan energinya menjadi energi listrik ialah energi angin. Penggunaan kecepatan angin sebagai sumber energi listrik dilakukan dengan memanfaatkan kecepatan angin tersebut untuk memutar kincir angin yang dapat digunakan untuk memutar poros rotor dari generator. Konversi energi saat ini merupakan suatu hal yang sangat diperlukan dalam mencari solusi tentang krisis energi di Indonesia umumnya dan di Sumatera Utara khususnya kota Medan, di mana kota Medan merupakan daerah yang sangat banyak angin [1]. Potensi angin kota Medan khususnya pada Daerah Medan Tuntungan dan Sekitarnya dapat dilihat pada Tabel 1. Data kecepatan angin yang didapat merupakan data kecepatan angin sejak Januari 2013 hingga Agustus 2015. Tabel 1.1 Kecepatan Angin Rata-Rata Daerah Medan Tuntungan dan Sekitarnya (Dalam m/s) Tahun Bulan Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agu Sep Okt Nov Des 2013 4,1 5,3 5,2 2,6 5,0 5,8 4,1 5,0 3,3 4,8 4,0 4,0 2014 3,1 3,3 2,1 2,7 2,7 2,4 2,9 3,5 4,4 4,3 4,1 4,8 2015 3,9 4,6 4,0 3,7 3,8 3,1 4,4 3,0 - - - - 1
Melalui tabulasi data angin di atas, maka dapat dilihat bahwa potensi angin pada kota Medan sangatlah besar. Angin pada kota Medan terlihat berada pada kisaran kecepatan 1-6 m/s dengan data kecepatan angin rata-rata umumnya berada pada kisaran 3-4 m/s. Kecepatan angin pada kota Medan terbilang cukup stabil dengan perubahan rata-rata tiap bulannya tidak bergeser secara ekstrim. Walaupun terlihat bahwa terdapat pergeseran besaran pada suatu waktu, namun besaran itu akan stabil pada beberapa saat, sehingga hanya perlu pengaturan beban ketika kecepatan angin mengalami fluktuasi. Sedangkan perubahan pada spesifikasi turbin angin tidak perlu dilakukan. Hal ini merupakan suatu keuntungan yang dapat dimaksimalkan untuk pembangkitan listrik tenaga angin. Kecepatan angin tersebut memiliki potensi untuk dibangun turbin angin dengan besar daya keluaran 200 Watt tiap turbinnya. Turbin angin dapat dibangun dengan memanfaatkan lokasi yang sudah ada, seperti pada atap bangunan, halaman perumahan atau perkantoran dan pada trotoar jalanan yang tidak dilalui orang. Kecepatan angin ini sangatlah potensial untuk dijadikan cadangan daya listrik dan sebagai tambahan dengan tujuan penghematan biaya pembangkitan listrik dengan tenaga fosil. Terlebih dengan keuntungan pembangkit listrik tenaga angin yang dapat dibangun secara terpisah setiap turbinnya akan memaksimalkan lahan yang sudah ada dan tidak perlu membuka lahan pembangkit baru. Daerah Sumatera Utara yang memiliki Rasio Elektrifikasi sebesar 90,25% (Kondisi Mei 2014), dengan perincian Rasio Elektrifikasi PLN sebesar 87,80% dan non PLN sebesar 2,45%, maka terlihat bahwa terdapat peluang untuk 2
meningkatkan rasio tersebut pada sektor non PLN dengan memanfaatkan tenaga angin. Pembangkit tenaga angin ini juga sangat potensial untuk meningkatkan besaran rumah tangga yang teraliri listrik baik dengan pembangkit tenaga angin pribadi ataupun dengan menggunakan jasa PLN. Penambahan daya listrik sudah berada pada taraf sangat kritis dikarenakan peningkatan kebutuhan listrik pada daerah Sumatera Utara berkisar 12% dengan peningkatan ketenagalistrikan yang hanya 6-7%. Dengan demikian terlihat bahwa terdapat peluang untuk menambahkan pembangkit tenaga angin sebagai tambahan pada peningkatan ketenagalistrikan untuk membantu memenuhi kebutuhan listrik yang terus naik. Pemanfaatan energi angin untuk dikonversi menjadi energi listrik membutuhkan perangkat yang bernama turbin angin. Turbin angin adalah balingbaling yang disusun sedemikian rupa agar dapat menangkap energi angin dan mengonversikannya menjadi putaran yang akan digunakan sebagai sumber energi untuk memutar rotor generator untuk menghasilkan energi listrik. Keuntungan dari penggunaan tenaga angin ini yang utama ialah polusi yang dihasilkan oleh turbin angin sangat dapat diterima secara ekologis, dimana energi angin tidak mencemari udara. Keuntungan lainnya adalah energi angin merupakan sumber energi terbarukan yang tidak dapat habis seperti bahan bakar fosil dan relatif bisa ditempatkan dimana saja untuk menghasilkan energi listrik yang dekat dengan masyarakat yang membutuhkan. Namun energi angin juga memiliki beberapa kelemahan, diantaranya adalah timbulnya derau frekuensi rendah yang disebabkan oleh putaran dari sudu- 3
sudu turbin dengan frekuensi konstan akan menyebabkan timbulnya polusi udara. Selain itu, estetika lansekap suatu daerah juga akan terpengaruh dengan dipasangnya turbin angin di daerah tersebut. Fasilitas turbin angin juga sangat perlu untuk direncanakan dengan hati-hati agar tidak melukai ataupun mencelakakan burung atau kelelawar yang terbang di sekitar turbin angin. Ketika membahas mengenai turbin angin, hal yang patut diwaspadai adalah besarnya kecepatan angin yang tidak konstan. Dimana kecepatan angin selalu berubah besarannya setiap saat dan menyebabkan daya yang dibangkitkan menjadi fluktuatif. Kecepatan angin yang tidak konstan ini menimbulkan kebutuhan untuk menambahkan alat kontrol pada turbin angin untuk menjaga daya yang dihasilkan agar tetap maksimal pada tiap besaran angin yang sedang berlangsung. Selain itu, kontrol pada turbin angin juga berfungsi untuk memproteksi turbin angin dari kecepatan angin yang berlebihan, dimana ketika kecepatan angin sangat tinggi, maka turbin angin perlu untuk berhenti beroperasi. Pada tugas akhir ini, penulis akan melakukan penelitian tentang pengaturan pitch angle turbin angin berbasis kendali logika fuzzy menggunakan simulasi MATLAB. Dengan pengaturan pitch angle ini, diharapkan turbin angin dapat menghasilkan daya secara maksimal dengan besaran angin yang berubahubah sehingga pembangkitan energi listrik dengan memanfaakan energi angin menjadi lebih efektif dan efisien. 4
1.2 Tujuan Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Melakukan pengaturan pitch angle pada turbin angin dengan berbasis kendali logika fuzzy agar turbin angin bekerja maksimal. 2. Mengetahui perbandingan daya keluaran turbin angin dengan pengaruh pengaturan pitch angle. 3. Mengetahui pengaruh pengaturan pitch angle turbin angin pada performa kerja turbin angin. 1.3 Batasan Masalah ini adalah: Adapun pembatasan masalah yang dilakukan dalam penulisan tugas akhir 1. Tugas akhir ini berfokus kepada pengaturan pitch angle turbin angin sebagai kontrol pada turbin angin dengan berbasis kendali logika fuzzy. 2. Besaran kecepatan angin yang menjadi data pada tugas akhir ini adalah kecepatan angin untuk daerah Kota Medan. 3. Tugas akhir ini membahas turbin angin fixed-speed yang dipasang secara horizontal. 4. Tugas akhir ini membahas pengaruh variasi kecepatan angin terhadap daya keluaran generator dengan pengaruh pengaturan pitch angle. 5. Analisis dan pengujian disimulaskan dengan menggunakan software Matlab (Simulink). 5
1.4 Manfaat Dari penulisan tugas akhir ini diharapkan akan diketahui pengaruh yang diharapkan akan dihasilkan dengan menambahkan pengaturan pitch angle pada turbin angin dengan berbasis kendali logika fuzzy. Hasil penelitian ini diharapkan menjadi bahan pertimbangan dalam pemilihan jenis pengendalian yang sesuai untuk pemasangan turbin angin di suatu daerah. 1.5 Luaran Tugas Akhir Dari kegiatan tugas akhir ini, penulis mengharapkan luaran sebagai berikut: 1. Jurnal penelitian yang dipublikasikan secara nasional dan internasional. 2. Seminar penelitian. 6