PROSPEK PEMANFAATAN ENERGI ANGIN SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF DI DAERAH PEDESAAN Syahrul Dosen Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FT UNM Abstrak Energi angin telah dimanfaatkan di beberapa negara sejak lama, namun menghilang ketika penggunaan teknologi energi fosil meluas. Pemanfaatan energi angin itu kembali meluas ketika harga bahan bakar minyak melonjak, tapi surut kembali ketika harga bahan bakar minyak anjlok tahun 1985, kecuali sistem yang berdaya saing. Penggunaan sistem yang berdaya saing tinggi sebagai altematif penyediaan energi terus berkembang. Aplikasi turbin kecil di luar jaringan (off-grid) diarahkan untuk listrik pedesaan atau pemompaan air pada pertanian/peternakan, sedangkan turbin angin besar terhubung jaringan (grid-connected) diarahkan untuk pembangkitan skala besar. Sumber daya angin merupakan dasar pertimbangan dalam rancangan, aplikasi dan kelayakan sistem energi angin. Pemanfaatan energi angin di Indonesia dewasa ini diarahkan untuk listrik pedesaan, dan berkontribusi sebagai energi altematif di masa mendatang. Informasi kecepatan angin menunjukkan bahwa penggunaan turbin angin kecil adalah potensial, sementara penggunaan turbin angin besar juga dimungkinkan. Dengan terus berkembangnya teknologi energi angin dan meningkatnya kebutuhan energi, sistem energi angin akan semakin berdaya saing. Kata Kunci: Energi Angin, Energi Alternatif, Daerah Pedesaan Penipisan potensi sumber daya minyak di satu sisi dan peningkatan kebutuhan energi di sisi lain, membawa konsekuensi bagi perlunya digalakkan upaya pengembangan pemanfaatan sumber energi terbarukan antara lain energi angin sebagai energi alternatif yang dapat dipakai untuk membangkitkan tenaga listrik. Semakin luas isu kerusakan lingkungan akibat polusi dari penggunaan bahan bakar fosil yang menimbulkan polusi, sehingga pemanfaatan sumber energi baru dan terbarukan yang berwawasan lingkungan merupakan salah satu upaya untuk mengurangi polusi. Energi angin merupakan sumber energi penting sejak waktu lama di beberapa negara. Cina telah memanfaatkan energi angin untuk pemompaan lebih dari seribu tahun lalu. Di Eropa barat, kincir angin mekanik untuk pemompaan atau penggilingan telah digunakan sejak abad ke-13 dan di Amerika untuk pemompaan pada peternakan sejak awal abad ke-18. Sementara itu, turbin angin listrik telah diaplikasikan oleh para petani di Amerika sejak tahun 1930. Diseminasi pemanfaatan teknologi energi angin klasik tersebut berlangsung hingga pertengahan abad ke 19, namun menghilang bersamaan dengan meluasnya aplikasi pembangkitan listrik berbahan bakar fosil. Aplikasi teknologi energi angin sebagai alternatif meluas kembali ketika harga bahan bakar minyak melonjak, namun menyusut dengan cepat ketika harga bahan bakar minyak anjlok pada akhir tahun 1985, kecuali yang kompetitif. Fluktuasi harga bahan bakar minyak dan merebaknya isu lingkungan terus mendorong perkembangan teknologi energi angin. Aplikasi turbin angin kecil dan turbin angin besar berkembang di beberapa negara sebagai alternatif penyediaan kebutuhan listrik yang terus meningkat tidak saja di perkotaan. Berbagai upaya telah dan terus dilakukan dalam mengembangkan teknologi energi angin yang berwawasan lingkungan tersebut guna mendapatkan hasil yang semakin efisien dan berdaya saing. Sejalan dengan upaya pengembangan sumber energi terbarukan seperti mikrohidro, energi surya, dan 69
biomas sebagai energi alternatif di Indonesia, LAPAN telah melakukan riset dan pengembangan energi angin sejak tahun 1979 mencakup inventarisasi potensi energi angin serta pengembangan dan diseminasi teknologi pemanfaatannya. Riset dan pengembangan teknologi energi angin tersebut dewasa ini diarahkan terutama untuk aplikasi skala kecil di pedesaan dan juga kemungkinan sebagai pembangkitan skala besar guna menunjang penyediaan energi di masa datang. PERKEMBANGAN APLIKASI TURBIN ANGIN Aplikasi Turbin Angin di Luar Jaringan Aplikasi turbin angin di luar jaringan utilitas, mencakup aplikasi turbin angin kecil (0,1-20 kw) di pedesaan dan turbin angin menengah (20-100 kw) yang digabung dengan pembangkitan lain. Kebutuhan listrik yang terus meningkat dan peranan listrik yang besar bagi peningkatan kesejahteraan di pedesaan, telah mendorong aplikasi turbin angin tersebut. Di RRC misalnya, lebih dari 100.000 unit turbin angin (100-300 W) telah ligunakan oleh para petani di pedesaan terutama di Mongolia Tengah Aplikasi turbin angin kecil secara mandiri sesuai untuk kondisi perumahan tersebar, sementara aplikasi turbin angin menengah untuk pemukiman yang relatif padat. Turbin Angin dihubungkan Dengan Jaringan Aplikasi turbin dihubungkan dengan jaringan, merupakan aplikasi turbin angin besar (100-500 kw) atau sederetan turbin angin atau ladang angin (windfarm) untuk pembangkitan skala besar (1-100 MW) dan dihubungkan ke jaringan utilitas. Pengembangan turbin besar dihubungkan dengan jaringan yang dilakukan di beberapa negara seperti Amerika, Denmark, Belanda atau Jerman, berkembang pesat sebagai akibat dari krisis minyak bersamaan dengan merebaknya isu pemanasan global akibat emisi pembakaran. Sebagai gambaran, jurnlah daya terpasang turbin angin di Amerika dan Eropah Barat adalah 1.950 MW dan di luar itu sebesar 50 MW. Hingga tahun 2000 diproyeksikan sekirat 10.000 MW di Amerika dan Eropah Barat, dan 5.000 MW di negara yang potensial lainnya. Potensi di seluruh dunia hingga tahun 2020 mendatang diperkirakan sekitar 450.000 MW. SISTEM APLIKASI Kajian sistem aplikasi mencakup rancangan sistem, pengembangan teknologi turbin angin dan ekonomi diberikan berikut ini. Sumber daya angin disajikan terlebih dulu. Sumber Daya Angin Sumber daya angin yang tersebar dan bersih adalah sifat yang positif, tetapi sifat angin yang tidak menentu merupakan masalah. Topografi atau ketinggian berbeda menyebabkan potensi angin berbeda, dan karena daya angin sebanding dengan kecepatan angin pangkat tiga, perbedaan kecepatan angin yang kecil pun akan menghasilkan perbedaan daya yang besar. Kondisi dan kecepatan angin menentukan tipe dan ukuran rotor. Kecepatan angin rata-rata mulai dari 3 m/s memadai untuk turbin angin propeler ukuran kecil, di atas 5 m/s untuk turbin angin menengah dan di atas 6 m/s untuk turbin angin besar. Rancangan Sistem Aplikasi Agar dapat menyuplai listrik dengan jumlah dan kualitas tertentu, pada prinsipnya sistem aplikasi mencakup turbin angin (mandiri atau gabungan) sebagai unit pembangkitan, kontrol dan penyimpanan untuk menjaga stabilitas dan kontinuitas serta distribusi energi. Sebagai ilustrasi, pada Gambar 1 ditunjukkan sketsa sistem aplikasi gabungan angin, fotovoltaik, dan disel yang khas di luar jaringan utama. Variabilitas keluaran daya akibat fluktuasi angin penting diperhatikan dalam rancangan sistem aplikasi. Fluktuasi sesaat berpengaruh pada turbin angin mandiri, tetapi pada ladang angin cenderung 70
tidak ada. Fluktuasi harian dan juga fluktuasi musiman dapat disesuaikan dengan pola beban untuk mendapatkan keuntungan tambahan. Khusus untuk rancangan sistem terhubung jaringan, besarnya suplai daya yang tidak menimbulkan fluktuasi berlebihan dalam jaringan dan keselarasan pola angin yang menguntungkan bagi pola beban, penting dievaluasi secara cermat. tidak menyita tempat dan andal. Sementara itu, untuk turbin angina kecil, dikembangkan konfigurasi tanpa transmisi, sehingga lebih sederhana dan lebih sesuai untuk pedesaan. Generator Untuk turbin angin besar dikembangkan generator tipe asinkron dengan efisiensi tinggi dan andal, tahan karat dan cuaca. Sementara itu, untuk turbin angin kecil dikembangkan generator magnet permanen putaran rendah yang dapat digerakkan langsung oleh rotor tanpa transmisi, tahan karat dan diberi perapat yang baik sehingga tahan terhadap pengaruh cuaca. Gambar 1. Sketsa Sistem Aplikasi Oabungan Angin, Fotovoltaik dan Diesel di luar Jaringan Utilitas Pengembangan Teknologi Beberapa rincian tentang pengembangan komponen utama dan konfigurasi turbin angin adalah sebagai berikut: Rotor Sebagai komponen terpenting, telah dikembangkan rotor bersudu tiga dengan penampang airfoil khusus dan dibuat dari fiberglas sehingga efisiensinya tinggi (35-45 persen), stabil, kuat, ringan serta tahan karat dan cuaca. Transmisi Battery bank Transmisi pada turbin angin besar menggunakan roda gigi teknologi tinggi dengan konstruksi kompak dan dibuat dan bahan yang tahan karat, sehingga efisiensinya tinggi (85-95 persen), Kontrol Pada turbin angin besar, untuk pengarahan dikembangkan mekanisme penggerak samping responsif yang tidak menimbulkan beban tambahan berlebihan. Untuk pengaturan dikembangkan mekanisme pitch variabel atau stall yang akurat dan untuk pengamanan dikembangkan mekanisme pengereman aerodinamik, mekanik atau keduanya, yang bekerja otomatis. Sementara itu pada turbin angin kecil dikembangkan kontrol yang sederhana terpadu dan andal. Ekonomi Energi Angin Biaya turbin angin kecil dewasa ini relatif mahal, yaitu sekitar Rp 7-20 juta/kw daya terpasang (rated), namun kompetitif dengan pembangkit alternatif lainnya. Sebagai perbandingan dapat digambarkan bahwa biaya energi turbin angin (sekitar Rp 1.150/kW), selain dengan mikrohidro (sekitar Rp 500/kW), kompetitif dengan disel (sekitar Rp 1.960 /kw), perluasan Jaringan (sekitar Rp 3.185/kW) atau fotovoltaik (sekitar Rp 3.230/kW). Sementara itu, biaya turbin angin besar mengalami penurunan biaya yang signifikan. Di Amerika misalnya, biaya terpasang menurun dari sekitar Rp 7,5 juta/kw (1981) 71
menjadi sekitar Rp 2 juta/kw (1987). Biaya produksi energi dewasa ini sekitar Rp 100-300 /kw (kecepatan angin pada ketinggian naf 6,5-8,5 m/s, diproyeksikan menurun hingga sekitar 30 persen pada tahun 2010 dan sekitar 10 persen lagi 20 tahun berikutnya. APLIKASI TURBIN ANGIN Dl INDONESIA Berkenaan dengan aplikasi turbin angin di Indonesia, berbagai hasil riset dan pengembangan dapat diuraikan seperti berikut ini. Potensi Angin Peta estimasi potensi angin (ketinggian standar 10 m), mengkategorikan kecepatan angin ratarata di Indonesia (0-4,4) m/s, (4,4-5,1) m/s dan (5,1-5,6) m/s. Data dari stasiun pengukuran BMG, menunjukkan 50 lebih lokasi memiliki kecepatan angin (3-5) m/s; sementara hasil pengukuran LAPAN menunjukkan 30 lebih lokasi memiliki kecepatan angin juga antara (3-5) m/s. Meskipun relatif terbatas, informasi potensi angin yang ada memberikan indikasi bahwa aplikasi turbin angin kecil dan menengah potensial. Kecepatan angin yang lebih tinggi untuk turbin angin yang lebih besar dapat diperoleh dengan menambah ketinggian. Sebagai contoh, penambahan ketinggian dari 10 hingga 24 m (untuk Desa Bungaiya, pulau Selayar), kecepatan angin rata-rata akan meningkat dari 3,8 menjadi 5,5 m/s atau sekitar 44 persen, dan daya angin meningkat sekitar 156 persen. Aplikasi Turbin di Pedesaan Di desa Bulak Baru dan Kalianyar, Jepara, telah dioperasikan 40 unit lebih turbin angin (0,07-2,5 kw), dan di dusun Selayar, Lombok Timur sebanyak 7 unit turbin angin (1 kw). Di Oeaso, Kupang Barat, juga telah diaplikasikan satu unit turbin angin kecil (1,5 kw) yang digunakan untuk penggerak pompa air dangkal (1,5 hp.) dengan head 4-6 m dan kapasitas rata-rata 150 m 3 /hari sebagai percontohan irigasi. Selain itu, di Tanglad, Nusa Penida, Bali telah diaplikasikan turbin angin (2x10 kw), yang digabung dengan fotovoltaik (2 x 9,7 kw) dan diesel (2 x 40 kw), beroperasi sejak akhir November 1993 dengan produksi energi 200 kwh/hari. Juga telah diaplikasikan sekitar 500 unit turbin angin (0,1 dan 0,3 kw) secara mandiri di pedesaan, yang tersebar di wilayah Sumbawa Timur, pulau Selayar dan Buton. Guna lebih meningkatkan hasil yang dicapai, beberapa masalah krusial memerlukan pemecahan lebih lanjut sebagai berikut: Prestasi turbin angin sering tidak maksimal karena masalah dalam pemeliharaan akibat terbatasnya sarana pendukung di pedesaan memerlukan pengembangan keandalan lebih lanjut. Turbin angin buatan luar negeri yang kebanyakan lebih sesuai untuk kondisi angin yang lebih tinggi memerlukan kajian dan penyesuaian lebih lanjut dengan kondisi angin setempat. Pemanfaatan energi angin tampaknya memerlukan diseminasi informasi dan teknologi yang lebih handal secara lebih intensif agar dapat lebih dikenali dan diyakini. Kemungkinan Aplikasi Turbin Angin Besar Informasi potensi angin yang diperoleh sampai saat ini, memberikan kemungkinan untuk aplikasi turbin angin besar. Penambahan ketinggian menara turbin angin untuk meningkatkan kecepatan angin akan memperbesar kemungkinan itu, di samping mengembangkan turbin angin dengan kecepatan angin operasi yang relatif rendah. Pengembangan turbin angin untuk aplikasi skala besar yang terhubung jaringan utilitas itu memerlukan kajian yang lebih cermat dan lebih rinci. Aspek Sosial Ekonomi Pengembangan listrik pedesaan sangat berperan dalam peningkatan kesejahteraan masyarakat 72
dan dapat didukung dengan aplikasi energi alternatif. Penggunaan mikrohidro relatif lebih murah, tetapi terbatas untuk lokasi yang potensial saja. Penggunaan turbin angin produk luar negeri seperti dilakukan selama ini, dirasakan mahal. Sebagai gambaran, biaya produksi energi dengan turbin angin seperti di Jepara, diestimasi sekitar 1500-4000 Rp/kWh. Aplikasi turbin angin tersebut dewasa ini masih memerlukan subsidi. Produksi turbin angin secara lokal dapat menurunkan biaya. Semakin potensialnya BBM bagi perolehan devisa dan semakin perlunya pengurangan emisi pembakaran, juga memungkinkan aplikasi turbin angin akan semakin berdaya saing. KESIMPULAN Turbin angin kecil (0,1-20 kw) dapat diaplikasikan secara mandiri atau dengan pendukung dan turbin angin menengah (20-100 kw) sebagai jaringan mini. Sementara itu, turbin angin besar (100-500 kw) dapat diaplikasikan terhubung dengan jaringan utilitas skala besar (1-100 MW). Tingkat prestasi dan biaya energi turbin angin sangat tergantung pada kondisi lokasi, kecepatan angin, aplikasi dan efisiensi sistem. Teknologi energi angin terus mengalami kemajuan pesat, namun penurunan biaya pada aplikasi terhubung jaringan lebih signifikan daripada di luar jaringan. Biaya produksi energi dengan turbin angin kecil dewasa ini (sekitar 1.200 Rp/kWh), meskipun kompetitif dengan disel, perluasan jaringan atau fotovoltaik, dirasakan mahal oleh masyarakat pedesaan dan masih perlu disubsidi. Informasi potensi angin yang sudah diperoleh tidak saja potensial untuk aplikasi turbin angin kecil tapi juga memungkinkan untuk aplikasi turbin angin menengah dan juga besar. DAFTAR PUSTAKA Anonim, "Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Angin di Jepara dan Lombok Timur", Laporan Intern, LAPAN, Jakarta, 1994. Anonim, "DataAngin Untuk 70 Lokasi di Indonesia", Laporan Intern, LAPAN, Jakarta, 1994. Anonim, "Data Angin di Beberapa Lokasi di Indonesia", Laporan Intern, LAPAN, Jakarta. 1995. Bergey, M.S.S., 1993. "Wind Energy for Bulk Power and Rural Electrification in Indonesia", Makalah pada Opportunities for Renewable Energy Development in Indonesia REPSO Workshop, Jakarta, Indonesia, 1993. Djojodihardjo, H., 1993. "Perkembangan Masa Depan dan Pemilihan Teknologi Ketenagalistrikan di Indonesia", Makalah Utama pada Lokakarya Energi, KNI WEC, Jakarta, 1993. Ginting, D., 1990. "Upaya Pemanfaatan Energi Angin Dalam Pembenihan Udang disamas", Warta LAPAN No. 23, LAPAN, Jakarta. Ginting D., 1996. "Analisis Penyediaan dan Peningkatan kebutuhan Energi Dalam Upaya Peningkatan Pemanfaatan Energi Listrik Tenaga Angin di Desa BulakBaru, Jepara", Warta LAPAN No. 49, Jakarta. Ginting D. dan Sihotang, H., 1997. "Kalian Sistem Energi Angin Untuk Penyediaan Listrik di Pedesaan Terpencil", Laporan Intern, LAPAN, Jakarta. Hunt, V.D., 1981. "Windpower-A Handbookon Wind Energy Conversion System", New York: Van Nostrand Reinhold. Moreno, R.Jr., 1986. "Guidelines For Assessing Wind Energy Potential", Washington, D.C.: Departemen Energi BankDunia. Wisnu Ali Martono, R. 1996. "PembangkitListrik Tenaga Hibrida (Pv-Angin-Diesel) Suatu Perkiraan Biaya Pembangkitan", Makalah Penunjang pada Lokakarya Energi XV, Puspitek Serpong, Tangerang. 73