Kecepatan angin rata-rata di Indonesia di bawah 5,9 m/s–secara ekonomi kurang layak dibangkitkan menjadi listrik. Para peneliti mulai mengembangkan turbin angin untuk mengekspolitasi kecepataannya menjadi energi yang dimanfaatkan untuk kincir angin air pompa. Mari simak cara Jerman memanfaatkan tenaga angin.
Panjang garis pantai Indonesia mencapai 95.181 km seperti diumumkan PBB tahun 2008. Meski demikian, angin lepas pantai biasanya menghasilkan sekitar lima megawatt. Kekuatan angin di pegunungan di Indonesia belum dihitung, namun potensinya luar biasa untuk kita manfaatkan untuk menggantikan energi konvenmsional. Bagaimana Jerman memanfaatkan kekuatan angin menjadi energi terbarukan? bagaimana dengan kekuatan angin di lautan kita?
Pada tahun 2030, Jerman akan memiliki instalasi angin lepas pantai yang akan menghasilkan total output sebesar 20 sampai 25 gigawatt. Itulah tujuan ambisius yang ditetapkan oleh pemerintah federal. Guna memenuhi target ini, turbin angin sangat besar dengan output hingga 20 megawatt harus dibangun di laut lepas. Untuk saat ini, generator alpha ventus.
Tempat uji coba alpha ventus dibangun oleh sebuah konsorsium perusahaan energi Jerman: EWE, E. ON dan Vattenfall. Instalasi angin lepas pantai pertama di Jerman j merupakan lokasi demonstrasi dan penelitian. Tahun 2012, kedua belas turbin anginnya menghasilkan 267 gigawatt jam listrik ke jaringan listrik Jerman–hasil tersebut 15 persen lebih tinggi daripada yang diperkirakan tahun itu. (www.alpha-ventus.de)
Semakin besar dan makin besar, semakin banyak dan lebih banyak output: Cukup mudah merangkum pengembangan tenaga angin sejauh ini. Pada tahun 1990-an, kiblatnya adalah turbin 250 kilowatt yang terdapat di menara dengan ketinggian 30 meter; saat ini Jerman memiliki turbin dua megawatt (MW) yang dipasang pada menara berketinggian 100 meter. Dan di perairan lepas pantai, angka output sebesar lima megawatt kini menjadi normal meski hal itu masih permulaan.
Proyek di Uni Eropa yang baru berakhir dengan tajuk ‘UpWind’ yang melibatka 120 peneliti dari berbagai lembaga-lembaga di Eropa—termasuk para ahli dari Institut Fraunhofer untuk Energi Angin dan Teknologi Sistem Energi IWES di Bremerhaven yang mendalami masa depan tenaga angin.
Mereka bersama-sama mengeksplorasi apa yang akan layak secara teknis, dan disetujui bahwa generator angin 20 MW adalah prospek yang realistis. Profesor Andreas Reuter, direktur IWES di Bremerhaven, percaya dan mengatakan, “Kita bisa melihat turbin super besar pertama pada tahun 2020.” (www.upwind.eu)
Peneliti IWES telah membangun sebuah fasilitas uji pisau baling-baling baru di pangkalan Jerman utara. Pangkalan mempunyai rig pengujian setinggi 90 meter yang menampung bahkan turbin terbesar (turbin yang menghasilkan lebih dari 10 MW daya listrik).
Di pusat fasilitas uji coba ini terdapat sebuah blok beton bertulang dengan bobot hampir 1.000 metrik ton, yang dapat dimiringkan seperti jembatan angkat. Blok beton ini dapat digunakan untuk menekuk baling-baling besar seolah-olah baling-baling tersebut terbuat dari jerami—ujung baling-baling membentang hingga 25 meter telah tercatat selama pengujian.
Tes fleksibelitas ini dan pengujian lainnya memungkinkan para peneliti mengetahui apakah baling-baling besar tersebut mampu menahan tekanan operasional yang akan menimpa mereka di laut atau tidak.
Ada alasan mengapa turbin angin yang terus bertambah besar untuk menghasilkan output yang lebih besar: Banyak negara mengupayakan energi terbarukan untuk mengurangi emisi CO2 dan mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil. Tujuan eksplisitnya adalah agar sekitar 20 persen energi Uni Eropa berasal dari sumber yang terbarukan pada tahun 2020. tenaga angin lepas pantai akan memainkan peran sentral dalam pencapaian target ini. Jika Asosiasi Energi Angin Eropa dipercaya, Jerman akan memiliki kapasitas menghasilkan 200 gigawatt (GW) listrik lepas pantai Eropa pada tahun 2030—setara dengan 40.000 instalasi lima megawatt atau 10.000 instalasi 20 megawatt.
Turbin yang lebih besar memiliki keunggulan tertentu. Pertama, menghemat ruang: Kelas baru generator raksasa memiliki lebih sedikit ruang pijakan tapi menghasilkan output yang sama seperti sekumpulan empat turbin kecil yang didirikan dengan ruang pijakan yang diperlukannya. Kedua, jendela cuaca—salah satu faktor yang paling penting dalam pendirian instalasi lepas pantai—dapat digunakan untuk keuntungan yang lebih baik: Daripada empat unit terpisah, hanya satu turbin yang perlu dibuat dan dihubungkan ke grid.
Akan tetapi, seperti apakah penampakan turbin angin raksasa ini? Meningkatkan skala secara bersamaan atas semua komponen misalnya hanya meningkatkan ukuran menara, generator, dan baling-baling dua kali lipat—tidak akan menghasilkan output yang dibutuhkan.
Seperti yang ditulis oleh Bert Janssen dari Pusat Penelitian Energi Belanda (ECN) dalam laporan akhir UpWind, “Meningkatkan ukuran desain saat ini dengan teknologi yang ada memiliki keterbatasan. Disain dan atau bahan baru diperlukan.” Profesor Reuter setuju dengan pandangan ini, dan mengatakan, “Saya bisa dengan mudah membayangkan turbin yang dirancang secara berbeda pada tahun 2020.”
Turbin angin dengan dua pisau/baling-baling
2-B Energy, sebuah perusahaan berbasis di Belanda, mengajukan satu kemungkinan solusi—sebuah turbin inovatif dengan dua pisau. Kedua baling-balingnya panjang dan karenanya bisa dibuat lebih tipis sehingga menghemat bahan konstruksi. Platform ini adalah diberi rancangan tambahan seperti mesin down wind (melawan arah angin), sehingga baling-baling berputar di belakang menara, yaitu di sisi bawahnya.
Alhasil, tidak ada persyaratan untuk terus menyesuaikan pisau ketika terjadi perubahan arah angin—mesin down wind menyetel dengan sendirinya sehingga menghemat komponen. Turbin ini juga memiliki keuntungan lain yakni bahwa pisau tidak mungkin bertabrakan dengan menara, bahkan ketika terjadi rentangan ekstrim. Dan keuntungan terakhir: instalasi dua pisau lebih mudah didirikan– adah turbin dan pisau dapat dirakit di tongkang pendongkrak.
Dua prototipe pertama instalasi enam megawatt 2-B Energy yang akan dibangun di kota Methil di Skotlandia tahun 2013. Jika terbukti berhasil, produsen platform lepas pantai lain juga bisa menyingkirkan baling-baling tiga pisau di masa depan. Namun, desain dua-pisau tidak akan pernah bisa diterima di darat: Terlalu berisik, dan gerakan pisau terlampau tidak harmonis.
Pendapat ahli juga sama terbelahnya ketika menyangkut kereta kendaraan yang ideal untuk turbin 20 MW lepas pantai. Apakah harus diberi gigi (persneling) atau tidak? Saat ini, sebagian besar produsen tampaknya mendukung instalasi tanpa gigi.
“Sejumlah generator yang sangat menarik telah muncul dalam dua tahun terakhir,” Reuter mencatat. Hampir semua produsen turbin juga percaya pada generator yang bersifat reaktif secara permanen, karena generator tersebut memfasilitasi konstruksi yang kompak dan ringan. Disain turbin yang ramping dan tidak ada gigi memiliki dampak signifikan pada keseluruhan struktur: landasan dan menara bisa lebih ringan karena menanggung beban lebih ringan, dan pada gilirannya lebih mudah mendirikan instalasi secara keseluruhan. Yang agak sedikit bermasalah adalah ketergantungan mereka pada unsur tanah yang jarang: Generator inovatif tidak dapat diproduksi tanpa bahan-bahan tersebut.
Penggunaan bahan serat karbon
Baling-baling pada turbin generasi baru harus mampu bertahan terhadap tekanan signifikan. Dengan panjang hingga 135 meter, dengan diameter akar pisau 6,5 meter dan kedalaman profil hingga 10 meter, baling-baling tersebut bisa terentang hingga 35 meter selama beroperasi. Tambahkan ke sini beban rotor yang sangat berat – sekitar 50 metrik ton. Ini jelas bahwa komponen tersebut tidak mungkin dibangun tanpa serat karbon. Karbon saat ini hanya diproduksi dalam jumlah kecil dan sangat mahal.
Produsen akan menemukan cara untuk membangun pisau besar ini, ini tidak diragukan lagi. Tapi hasilnya, pisau tersebut harus membuktikan nilainya. Para ahli ingin ‘pisau cerdas’—pisau yang menggabungkan sensor nirkabel, elemen piezo dan atau bahan memori bentuk yang dapat memberikan informasi secara terus-menerus tentang tekanan dan, jika perlu, langsung bereaksi terhadap nilai pengukuran yang tidak diinginkan.
Sayap kontrol built-in, misalnya, dapat digunakan untuk mereposisi pisau sedemikian rupa sehingga secara aktif mengurangi beban puncak. Tentu saja, hanya sejumlah kecil dari instalasi benar-benar perlu dilengkapi dengan peralatan ukur tersebut: Mereka yang disebut ‘pemimpin penerbangan’ (flight leaders) akan selalu menghadapi angin, dan ketika terkena hembusan, bisa sekaligus mengirimkan perintah ke seluruh tetangga generator angin untuk menutup pisau mereka dari angin. Dengan menggunakan teknologi tersebut, bahkan turbin terbesar sekalipun bisa dilindungi dari badai.
Inisiatif RAVE atau Research at Alpha VEntus (Penelitian di Alpha Ventus) berjalan seiring dengan konstruksi dan pengoperasian instalasi angin lepas pantai pertama Jerman- ‘alpha Ventus’ – dan merupakan sumber yang kaya informasi yang berkaitan dengan instalasi lepas pantai. Proyek percontohan ini berlokasi 45 kilometer di utara pulau Borkum, pada air dengan kedalaman 30 meter. (www.rave-offshore.de)
RAVE berusaha membuktikan bahwa adalah mungkin menghasilkan listrik di tengah laut Utara secara andal dan ekonomis. Di lokasi pengujian alpha Ventus, lebih dari 150 ilmuwan tengah mempelajari dampak angin, cuaca dan gelombang terhadap penutup mesin, menara baja dan baling-baling, dan menyelidiki apakah komponen-komponen mampu bertahan terhadap tekanan yang akan menimpa mereka di laut selama periode 20-tahun atau tidak, serta efek instalasi tersebut terhadap ekosistem sensitif yang ada di laut Utara. Peneliti IWES mengkoordinasikan proyek yang didanai oleh Kementerian Federal Jerman untuk Lingkungan, Konservasi Alam dan Keselamatan Nuklir.
Profesor Jürgen Schmid, direktur IWES di Kassel dan anggota Dewan Penasihat Jerman untuk Perubahan Global (WBGU), mengatakan, “Instalasi angin alpha ventus menawarkan kesempatan penelitian yang tak tertandingi di manapun di seluruh dunia. Sekitar 1.000 pengukuran secara kontinyu dari turbin dimasukkan ke dalam arsip penelitian pusat.”
Schmid melanjutkan, “Sejumlah pendekatan saat ini untuk memanfaatkan energi angin di laut lepas terlihat menjanjikan. Namun, kami harus terus mengintegrasikan pengetahuan yang kami peroleh dari eksperimen praktis ke dalam penelitian dan pengembangan masa depan sehingga kami bisa terus mengembangkan teknologi yang relatif masih baru ini. ”
Energi angin kemudian bisa memainkan peranan yang lebih besar dalam memenuhi kebutuhan listrik Eropa. Bagaimana dengan Indonesia? Apakah LAPAN sudah meneliti potensi kekuatan angin di lepas pantai, lereng-lereng bukiut/gunung serta di laut lepas? Kita tunggu penemuan para ahli. Yang pasti, di sebuah desa di Jawa Barat, energi angin telah dimanfaatkan menjadi kekuatan yang dapat menghidupkan pompa air. (Diolah dari tulisan Daniel Hautmann; www.fraunhofer.de/magazine dan beberapa sumber)
