Energi Angin, Energi Terbarukan Dunia

Tornado dan badai Bersamaan
Gambar : Terjadinya Tornado dan Badai Secara Bersamaan di Amerika Serikat
Energi angin adalah salah satu energi yang bisa kita rasakan kekuatannya. Saat angin berhembus kuat, energi angin bisa kita rasakan karena badan terasa terdorong olehnya. Inilah salah satu energi terbarukan yang gratis dan tidak menimbulkan emisi gas rumah kaca. Angin adalah salah satu mahkluk Allah SWT yang sangat patuh. Angin telah banyak membawa manfaat bagi kehidupan dunia. Anginlah yang mempunyai peran penting dalam siklus air, yaitu membawa awan hasil penguapan air laut ke berbagai penjuru dunia., sehingga hujan terjadi di seluruh dunia. Jasa angin telah dirasakan oleh kehidupan dunia

Berdasarkan teori ilmiah, energi angin merupakan bentuk tidak langsung dari energi matahari. Sebab, angin terbentuk dari hasil perbedaan suhu akibat panas matahari yang tidak merata diterima permukaan bumi (kerak bumi).. Saat matahari bersinar, permukaan bumi yang terkena paparan mengalami pemanasan sehingga udara disekitarnya mengalami peningkatan suhu. Udara yang panas di permukaan bumi naik, sehingga udara yang lebih dingin akan mengisi ruang yang ditinggalkan udara panas. Pergerakan udara inilah yang kita kenal sebagai angin.

Secara global, daerah khatulistiwa menerima energi radiasi matahari lebih banyak daripada di daerah kutub. Akibatnya, udara di daerah khatulistiwa akan lebih tinggi dibandingkan dengan udara di daerah kutub. Perbedaan berat jenis dan tekanan udara inilah yang akan menimbulkan adanya pergerakan udara. Gambar dibawah merupakan pola sirkulasi pergerakan udara akibar aktivitas matahari dalam menyinari bumi yang berotasi. Gambar Pola sirkulasi udara akibat rotasi bumi dapat dilihat di Blog Konversi ITB, Energi Angin dan Potensinya.

Total pancaran radiasi matahari yang ke bumi mencapai 1,74 x 1014 kilowatt jam. Dari radiasi ini 30% dipantulkan ke ruang angkasa dan 70% diterima bumi. Radoaso diserap oleh awan, lautan, dan daratan, yang kemudian menyebabkan kenaikan suhu. Fenomena alam ini menyebabkan terjadinya sirkulasi air di bumi, serta terbentuknya angin dan juga awan. Total energi matahari yang berubah menjadi angin sekitar 1-2% saja.

Para ahli menyebutkan bahwa energi angin masuk energi terbarukan yang tidak menghasilkan zat-zat polusi yang bisa menimbulkan emisi gas kaca.

Namun, energi angin masih menghasilkan polusi, yaitu polusi suara. Satu hal lagi, penempatan PLTB di daerah yang pemandangannya indah disebutkan sebagai sesuatu yang tidak baik secara estetika. Untuk menengahi hal ini, dibutuhkan peran arsitek, pakar budaya, dan pemerintah agar penggunaan PLTB tidak menimbulkan hal-hal negatif.

A. Sejarah Penggunaan Energi Angin
Manusia telah menggunakan energi angin ini sejak dahulu. Sebelum ada energi fosil, kapal-kapal di dunia mengandalkan energi angin untuk berlayar. Manusia jaman dahulu juga telah menggunakan kincir angin untuk mengolah produk pertanian dan mengalirkan air. Salah satu penggunaan yang telah lama dikenal adalah untuk bermain layang-layang.

Dunia mencatat, masyarakat di Sungai Nil telah menggunakan angin untuk energi penggerak baling-baling kapal pada 5000-200 SM. Kincir angin sederhana telah digunakan untuk memompa air di China, sementera masyarakat di Persia dan Timur Tengah juga telah menggunakan energi angin untuk mengolah produk pertanian. Pada abad ke 11, masyarakat Timur Tengah menggunakan kincir angin untuk produksi makanan.

Seiring dengan dibawanya teknologi Timur ke Barat, masyarakat Eropa mulai menggunakan energi angin untuk mendukung kegiatan mereka. Belanda mengadopsi teknologi ini untuk membuat kincir di negaranya untuk mendukung sektor pertanian. Dari sini, cara baru memanfaatkan energi angin terus menyebar ke seluruh dunia. Belanda memanfaatkan kincir angin untuk memperluas daratan dengan mengeringkan delta. Energi angin juga menyumbang peran penting saat kolonisasi Benua Amerika oleh Barat pada akhir abad 19. Para pendatang baru di Amerika menggunakan energi angin untuk memompa air untuk mengairi sawah dan perkebunan. Pada fase berikutnya, energi angin mulai digunakan sebagai energi PLTB untuk rumah tangga dan industri.

PLTB pertama kali dibangun oleh Profesor James Blyth dari Anderson College di Skotlandia pada bulan Juli 1887. Sang Profesor membangun PLTB di halaman rumah peristirahatannya di Marykirk, Kincardineshire. PLTB ini menggunakan turbin setinggi 10 meter. Listrik yang dihasilkan untuk lampu di rumah tersebut, dan rumah Blyth menjadi rumah pertama di dunia yang menggunakan PLTB. Blyth lalu menawarkan kelebihan daya listriknya untuk penerangan jalan utama di Marykirk, tapi masyarkat disana menolak karena waktu itu listrik diidentikkan dengan sihir dan setan. Meski begitu, Profesor Blyth berhasil menyumbang karyanya dengan membangun PLTB untuk Rumah Sakit Jiwa di Montrose. Namun, penemuannya ini tidak dipakai secara luas karena tidak ekonomi alias mahal.

Berikutnya, pada 1887-1888, Charles F Brush membangun PLTB di rumahnya di Cleveland, Ohio, Amerika Serikat. PLTB ini bisa beroperasi hingga 1990. Rotor PLTB Brush memiliki berdiameter 17 meter yang diletakkan pada menara setinggi 18 meter. Meskipun merupakan turbin raksasa, PLTB ini hanya menghasilkan 12 kW. Hasil listriknya digunakan mengisi baterai bagi untuk menyalakan 100 lampu pijar, tiga lampu busur. Listrik juga digunakan untuk menggerakkan beberapa motor di laboratorium miliknya.

B. Penggunaan Angin Moderen
Kini, perkembangan teknologi yang pesat menjadikan penggunaan energi angin semakin berkembang. Salah satunya, Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB). Bahkan, aplikasi PLTB semakin beragam. Banyak PLTB berkapasitas kecil digunakan sebagai sumber listrik di kepulauan dan daerah terpencil. Ada juga PLTB berkapasitas GW yang terdiri dari beberapa kincir angin telah berhasil dibangun oleh beberapa negara di dunia. Beberapa negara seperti Amerika, China, Spanyol, Inggris, dll berhasil membangun PLTB berkapasitas besar di dataran dan lautan. Energi angin bukan hanya melistriki satu dua rumah saja, bahkan sudah menjadi bagian dari jaringan listrik tegangan tinggi dari satu negara.

Tidak seperti energi fosil yang menimbulkan polusi yang meningkatkan suhu global dan nuklir yang sangat berbahaya, energi angin tidak menghasilkan polusi dan aman. Sehingga, pemakaiannya untuk listrik semakin meningkat. Salah satu kendala adalah tingkat keekonomiannya yang masih sulit menandingi fosil, apalagi jika digunakan oleh keluarga.

Berdasarkan data Badan Energi Angin Global (Global Wind Energy Council/GWEC), total energi angin dunia tahun 2007 naik menjadi 94 GW, dari tahun 2006 sebesar 74 GW. Secara tren naik dua kali lipat tiap 3 tahun, dimana 2012 tercatat 282 GW, dan 2014 336 GW. Lonjakan pemakaian terjadi di Eropa, Amerika, dan China. Lonjakan penggunaan angin terjadi juga pada energi terbarukan lainnya, seperti matahari. Penyebabnya adalah penggunaan besar-besaran fosil telah membuat pemanasan global dan kecelakaan nuklir di PLTN Fukushima Daiichi.

Negara                                    Kapasitas                                           % atas Dunia
China,                                  114,763 MW,                                             31.1%
Amerika,                                65,879 MW,                                             17.8%
Jerman,                                  39,165 MW,                                             10.6%
Spanyol,                                22,987 MW,                                               6.2%
India,                                    22,465 MW,                                               6.1%
Inggris,                                  12,440 MW,                                               3.4%
Kanada,                                  9,694 MW,                                               2.6%
Prancis,                                  9,285 MW,                                                2.5%
Italia,                                      8,663 MW,                                               2.3%
Brasil,                                    5,939 MW,                                                1.6%
Sisanya seluruh dunia,         58,275 MW,                                              15.8%

C. Jenis Angin

  1. Angin Laut dan Angin Darat
    Angin laut adalah angin yang timbul akibat adanya perbedaan suhu antara daratan dan lautan. Air memiliki sifat lebih lambat menerima dan melepaskan panas radiasi sinar matahari daripada daratan, Sementara, daratan lebih responsif terhadap radiasi matahari, lebih cepat panas saat terkena sinar matahari dan lebih cepat dingin jika matahari tidak bersinar. Akibatnya, suhu di laut pada malam hari akan lebih tinggi dibandingkan dengan suhu di daratan.
    Sementara, saat siang suhu daratan lebih tinggi. Semakin tinggi suhu, tekanan udara akan semakin rendah. Akibat adanya perbedaan suhu ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan udara di atas daratan dan lautan. Hal inilah yang menyebabkan angin akan bertiup dari arah darat ke arah laut. Sebaliknya, pada siang hari dari pukul 09.00 sampai dengan pukul 16.00 angin akan berhembus dari laut ke darat.
  2. Angin Lembah dan Angin Gunung
    Angin lembah adalah angin yang bertiup dari arah lembah ke arah puncak gunung yang biasa terjadi pada siang hari. Prinsip terjadinya hampir sama dengan terjadinya angin darat dan angin laut yaitu akibat adanya perbedaan suhu antara lembah dan puncak gunung.
    Pada siang hari, suhu di lembah lebih dingin karena tertutup vegetasi sementara di puncak gunung terpaan sinar tidak terhalang sehingga terpaan sinar matahari dengan mudah menaikkan suhu. Akibatnya, tekanan udara di puncak gunung minimum dan lembah maksimum sehingga angin bergerak dari lembah ke puncak gunung.
    Pada malam hari, kejadiannya terbaik. Puncak gunung lebih cepat mengeluarkan panas atau lebih cepat dingin dibandingkan di lembah. Tekanan udara di puncak menjadi maksimum dan lembah minimum sehingga angin bergerak dari puncak gunung ke lembah.
  3. Angin Musim
    Angin musim dibedakan menjadi 2, yaitu angin musim barat dan angin musim timur. Angin Musim Barat/Angin Muson Barat adalah angin yang mengalir dari Benua Asia (musim dingin) ke Benua Australia (musim panas). Apabila angin melewati tempat yang luas, seperti perairan dan samudra, maka angin ini akan mengandung curah hujan yang tinggi. Angin Musim Barat menyebabkan Indonesia mengalami musim hujan. Angin ini terjadi pada bulan Desember, januari dan Februari, dan maksimal pada bulan Januari dengan kecepatan minimum 3 m/s.
    Angin Musim Timur/Angin Muson Timur adalah angin yang mengalir dari Benua Australia (musim dingin) ke Benua Asia (musim panas). Angin ini menyebabkan Indonesia mengalami musim kemarau, karena angin melewati celah- celah sempit dan berbagai gurun (Gibson, Australia Besar, dan Victoria). Musim kemarau di Indonesia terjadi pada bulan Juni, Juli dan Agustus, dan maksimal pada bulan Juli.
  4. Angin Permukaan
    Kecepatan dan arah angin ini dipengaruhi oleh perbedaan yang diakibatkan oleh material permukaan Bumi dan ketinggiannya. Secara umum, suatu tempat dengan perbedaan tekanan udara yang tinggi akan memiliki potensi angin yang kuat. Ketinggian mengakibatkan pusat tekanan menjadi lebih intensif. Selain perbedaan tekanan udara, material permukaan bumi juga mempengaruhi kuat lemahnya kekuatan angin karena adanya gaya gesek antara angin dan material permukaan bumi ini. Disamping itu, material permukaan bumi juga mempengaruhi kemampuannya dalam menyerap dan melepaskan panas yang diterima dari sinar matahari. Sebagai contoh, belahan Bumi utara didominasi oleh daratan, sedangkan selatan sebaliknya lebih di dominasi oleh lautan. Hal ini saja sudah mengakibatkan angin di belahan Bumi utara dan selatan menjadi tidak seragam. 
  5. Angin Siklon dan Anti Siklon

    5.1 Angin Siklon
    Angin siklon adalah angin yang memiliki gerakan berputar kedalam (dapat kita lihat seperti angin topan), mengelilingin daerah tekanan minimum. Ada dua angin siklon, yaitu angin di siklon di belahan bumi utara yang pergerakannya berputaran berlawanan jarum jam. Berikutnya angin siklon di belahan bumi selatan yang berputar searah jarum jam.

    Secara umum, angin siklon dibedakan menjadi :

    Siklon Tropik  
    Sesuai namanya, siklon tropik terjadi di daerah tropik, dengan wilayah antara 10-20 derajat Lintang Utara (LU) dan 10-20 derajat Lintang Selatan (LS). Siklon ini umumnya terjadi di wilayah lautan. Diameter angin siklon tropik sekitar 100.500 kilometer dengan kecepatan yang fantastis, sekitar 100-500 kilometer per jam. Gradien barometernya antara 50-100 mb.

    Kecepatannya yang dasyat mengakibatkan siklon tropik ini bersifat merusak. Meski begitu, di banyak negara siklon ini diberi nama yang cantik karena berhubungan dengan nama-nama perempuan seperti Anna, Dora, Corrie, Diana. Jepang menamainya Typhoon, Filipina dinamai Begieros (nama kota), Australia Willy-Willies, dan lain lain.

    Siklon Ekstra Tropik.
    Terjadi di 35-65 LU dan 35-65 LS atau di tempat bertemunya massa angin timur dan angin barat. Wilayahnya seperti Amerika Serikat dan Eropa. Kecepatan angin sekitar 30 kilometer per jam dengan tekanan udara sekitar 15mb.

    TormadoIni adalah jenis angin yang paling merusak karena kecepatannya mencapai 700 kilometer per jam. Diameternya siklon tornado mencapai 100-500 kilometer. Angin ini sering terjadi di Amerika Serikat.

    5.2 Angin Anti Siklon
    Disebut anti siklon karena pergerakannya berlawanan dengan siklon. Angin Anti siklon bergerak berputar keluar, dimana tekanan maksimumnya ada dipusat. Di belahan bumi utara arahnya searah dengan jarum jam dan di belahan bumi selatan searah jarum jam.

C. Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTB)
Pembangkit tenaga angin (PLTB) secara umum memiliki prinsip kerja : angin atau udara yang bergerak dimanfaatkan untuk menggerakkan baling-baling kincir. Angin yang berhembus memiliki energi, jika melewati kincir akan membuat baling-baling berputar, sehingga terciptalah energi kinetik. Untuk memanfaatkan energi kinetik ini, sumbu baling-baling yang berputar dihubungkan dengan turbin generator untuk menghasilkan listrik.

Ada dua jenis turbin angin modern, yaitu turbin bersumbu horizontal dan vertikal. Turbin bersumbu horizontal, baling-balingnya menghadap ke depan seperti biasa kita lihat di kincir angin tradisional. Sedangkan, pada turbin bersumbu vertikal, baling-balingnya menghadap ke atas.

  1. PLTB bersumbu Horisontal (Horzontal Axis Wind Turbine/HAWT)
    PLTB jenis ini menggunakan kincir tradisional seperti kincir-kincir yang biasa yang kita lihat.
  2. PLTB bersumbu vertikal (Vertiocal Axis Wind Turbine/VAWT)
    Apabila angin terlalu kencang, maka sistem pengereman pada turbin akan bekerja. Untuk mendapatkan kecepatan yang lebih besar dan relatif lebih stabil, turbin angin memerlukan menara yang tinggi dan kuat.
Oleh : Ahmad Senoadi
Dari berbagai sumber
Load disqus comments

0 komentar