Bab I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Indonesia sebagai salah satu negara berkembang turut menerapkan teknologi yang hingga saat ini terus berkembang. Penerapan teknologi untuk menunjang kehidupan masyarakat tentu dibarengi dengan kebutuhan energi yang menjadi syarat berfungsinya teknologi yang diterapkan. Sumber energi yang umum digunakan adalah sumber energi fosil yang merupakan sumber energi yang terbatas ketersediaannya dan tidak terbarukan. Perkembangan teknologi menyebabkan meningkatnya kebutuhan energi nasional sedangkan persediaan sumber energi fosil terbatas. Hal ini menjadi masalah yang harus dicari solusinya sebelum terlambat. Data hasil survey BAKOSURTANAL menunjukkan pada tahun 2004 Indonesia memproduksi 500 juta barel minyak bumi untuk keperluan domestik dan ekspor, namun cadangan minyak bumi yang tersedia hanya untuk 18 tahun ke depan. Produksi gas bumi sebesar 3,0 TCSF per tahun, dan cadangannya diperkirakan untuk 61 tahun. Produksi batubara 130 juta ton per tahun dan cadangannya diperkirakan untuk 147 tahun. Dalam penggunaan nasional di tahun 2003, penggunaan BBM sebesar 63%, batubara 18%, gas 17%, dan listrik 10%. Penggunaan sumber energi fosil memberikan pengaruh negatif pada lingkungan. Emisi yang dihasilkan dari pembakaran hidrokarbon (bahan bakar fosil) menghasilkan gas karbon dioksida (CO 2 ) yang terakumulasi di atmosfer, terjebak sebagai gas rumah kaca dan memainkan peran penting dalam pemanasan global. Kandungan pengotor dalam bahan bakar atau pembakaran yang tidak sempurna akan menghasilkan zat sisa yang mengganggu keseimbangan lingkungan bahkan membahayakan kelangsungan hidup makhluk hidup. Penambangan material bahan 1
bakar baik berupa bahan bakar gas, cair, atau padat seringkali menyebabkan kerusakan lingkungan di sekitar area pertambangan. Solusi dari permasalahan tersebut adalah memulai menggunakan sumber energi yang ramah lingkungan dan terbarukan. Sumber energi ramah lingkungan yang dimaksud adalah sumber energi yang dalam pemanfaatannya meminimalisir pengaruh negatif pada lingkungan. Sumber energi terbarukan adalah sumber energi yang persediaannya tidak terbatas atau bahkan dapat dibuat. Angin sebagai sumber energi yang jumlahnya melimpah merupakan sumber energi yang terbarukan. Energi angin akan tetap ada selama bumi masih mendapatkan energi dari matahari. Dengan menggunakan teknologi pengolahan energi yang tepat guna, energi angin sebagai sumber energi terbarukan akan menjadi sumber energi yang ramah lingkungan Indonesia sebagai negara kepulauan yang berada di khatulistiwa memiliki potensi angin yang besar karena dilalui angin muson pada setiap musim. Potensi energi angin yang besar ini belum dimanfaatkan secara optimal karena minimnya penguasaan teknologi konversi energi angin. Energi angin telah dimanfaatkan oleh beberpa negara maju sebagai sumber energi alternatif. Pemanfaatan energi angin dilakukan dengan menggunakan perangkat berupa turbin angin. Belanda, Inggris, Amerika, Prancis, Jerman, Denmark, dan Rusia telah memanfaatkan energi angin dalam skala besar menggunakan turbin angin berteknologi tinggi dan berukuran besar. Jerman adalah negara dengan kapasitas pembangkit terbesar, sekitar 6 GW, disusul oleh denmark 2 GW [1]. Sumber energi angin yang dimanfaatkan dapat memberi kontribusi pada pemenuhan kebutuhan energi warganya. Banyak negara yang mengembangkan turbin angin untuk pembangkit listrik. Teknologi yang berkaitan dengan konversi energi angin khususnya menggunakan turbin angin masih terus dikembangkan. Pengembangan turbin angin masih luas. Banyak hal yang belum diketahui, masih banyak penelitian dan pengujian yang diperlukan untuk pengembangan teknologi turbin angin. Teknologi turbin angin membuka pilihan pengelolaan energi terbarukan yang ramah lingkungan. 2
1.2 Rumusan Masalah Pemanfaatan angin sebagai sumber energi memerlukan alat konversi energi berupa turbin angin. Beberapa masalah yang diangkat pada penelitian ini adalah: 1. Bagaimana merancang turbin angin yang cocok untuk penggunaan di Indonesia 2. Bagaimana kondisi aliran di sekitar rotor dan pembebanan pada rotor akibat dari kondisi aliran tersebut dalam simulasi 3. Bagaimana pengaruh besar sudut pitch terhadap kinerja turbin angin pada kondisi operasi tertentu dalam simulasi 4. Bagaimana merancang konstruksi badan turbin angin dan struktur penopang tubin angin 5. Bagaimana kinerja turbin angin pada berbagai kecepatan angin. 1.3 Tujuan Tujuan penelitian adalah membuat prototipe tubin angin yang cocok untuk penerapan di indonesia. Dari tujuan tersebut, beberapa tujuan khusus yang ingin dicapai adalah: 1. Membuat turbin angin untuk operasi pada kecepatan angin rendah, dan konstruksi sederhana. 2. Mengetahui kondisi aliran di sekitar rotor dan pembebanan pada rotor akibat kondisi aliran tersebut 3. Mengetahui pengaruh besar sudut pitch terhadap kinerja turbin angin melalui simulasi aliran dengan program komputer 4. Mengetahui karakteristik keluaran daya turbin angin pada berbagai kecepatan angin 1.4 Manfaat Pengembangan turbin angin sebagai pembangkit listrik akan memberikan kontribusi pada pasokan energi nasional. Angin adalah energi terbarukan sehingga 3
persediaannya melimpah. Energi angin juga ramah lingkungan sehingga pemanfaatannya meminimalisir kerusakan lingkungan. Indonesia memiliki banyak potensi di setiap daerah. Namun potensi di beberapa daerah belum berkembang karena keterbatasan energi termasuk energi listrik. Pemanfaatan turbin angin di daerah tersebut dapat membantu mengembangkan potensi daerahnya karena ketersediaan sumber energi alternatif berarti terbukanya kesempatan yang lebih besar untuk memanfaatkan teknologi dalam rangka menunjang kemajuan daerah. 1.5 Batasan Masalah Banyak aspek yang terlibat dalam kegiatan perancangan dan pembuatan suatu alat, namun dalam penelitian ini, tidak semua aspek dilibatkan. Terdapat batasan masalah yang perlu diberikan agar penelitian berjalan. Batasan masalah tersebut adalah: 1. Spesifikasi turbin angin yang akan dibuat adalah: a. Diameter rotor : 3,5 m b. Bahan sudu : kayu c. Jumlah sudu : 3 d. Kecepatan angin nominal : 5 m/s 2. Merancang Turbin angin meliputi merancang rotor, konstruksi turbin angin dan struktur penopangnya 3. Merancang Rotor meliputi Geometri sudu, sudut pitch dan konstruksi rotor 4. Merancang Konstruksi turbin angin dan struktur penopangnya dilakukan dengan penekanan kepada aspek keterbuatan. 5. Melakukan analisis aliran untuk mendapatkan nilai torsi yang diberikan dan sudut pitch optimum dan untuk mengetahui kondisi aliran yang terjadi di sekitar rotor 6. Melakukan pengujian performa turbin angin pada berbagai kecepatan angin 4
1.6 Sistematika Penulisan Penulisan tugas sarjana ini dilakukan dengan sistematika sebagai berikut: Bab I Pendahuluan Pendahuluan berisi subbab latar belakang penelitian, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat, batasan masalah, dan sistematika penulisan. Subbab latar belakang mengemukakan mengapa penelitian ini penting untuk dilakukan. Subbab rumusan masalah memberikan informasi masalah-masalah yang timbul dalam pengerjaan penelitian. Subbab tujuan berisi tujuan penelitian baik secara umum maupun tujuan khusus yang semuanya merupakan tindak lanjut dari rumusan masalah yang telah disebutkan. Subbab manfaat adalah harapan penulis akan manfaat yang bisa diambil dari penelitian yang dilakukan. Subbab batasan masalah menjelaskan batasan masalah yang diberikan untuk tercapainya tujuan penelitian dengan menggunakan potensi yang ada secara optimal dan membatasi penelitian agar terarah dan konsisten dengan rumusan masalah. Subbab yang terakhir dalam bab 1 adalah subbab sistematika penulisan yang menjelaskan metoda dan sistematika penulisan laporan tugas akhir yang dilakukan oleh penulis untuk menyampaikan hasil penelitiannya. Bab II Tinjauan Pustaka Tinjauan pustaka adalah bab yang berisi ringkasan kerangka teoritis yang digunakan oleh penulis untuk menganalisis permasalahan. Bab tinjauan pustaka terdiri dari subbab energi angin, jenis-jenis turbin angin, prinsip konversi energi angin, merancang rotor, analisis aliran dengan Fluent, sistem transmisi daya, konstruksi turbin angin, dan sistem kelistrikan. Semua subbab yang disebutkan merupakan hasil karya dan penelitian yang telah ada dan menjadi pijakan bagi penulis dalam penelitian. Bab III Perancangan dan Pembuatan Turbin Angin Bab perancangan dan pembuatan turbin angin berisi tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini. Bab ini terdiri dari subbab metode perancangan dan pembuatan, penentuan spesifikasi turbin angin, perancangan rotor, pemodelan 5
geometri dengan Gambit, analisis aliran dengan Fluent, dan perancangan komponenkomponen turbin angin. Bab IV Analisis dan Pengujian Bab Analisis dan pengujian adalah bab yang memberikan analisis dari apa yang telah dikerjakan dalam bab sebelumnya. Bab ini berisikan subbab analisis simulasi aliran pada profil airfoil, analisis simulasi aliran pada rotor, dan pengujian kinerja turbin angin. Bab V Penutup Bab penutup adalah bab yang terakhir dalam laporan ini. Bab penutup terdiri dari dua buah subbab yaitu kesimpulan dan saran. Kesimpulan adalah hasil akhir yang diambil dari hasil analisis yang telah dilakukan sedangkan saran berisi saran penulis untuk memperbaiki dan menyempurnakan penelitian yang telah dilakukan untuk memperoleh hasil yang lebih baik dan bermanfaat. 6