Proses pembangkitan tenaga angin terutama mencakup langkah-langkah berikut
Prinsip dasar tenaga angin
Energi angin dikonversi menjadi energi mekanik
Pembangkitan tenaga angin menggunakan energi kinetik angin untuk mendorong bilah turbin angin berputar. Ketika angin bertiup melalui bilah-bilah turbin angin, bentuk dan sudut khusus dari bilah-bilah tersebut mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik putaran bilah.
Sebagai contoh, turbin angin tiga bilah yang umum, desain bilahnya mirip dengan sayap pesawat, ketika angin melewati bilah, karena kecepatan aliran udara yang berbeda pada permukaan atas dan bawah bilah, akan menghasilkan gaya angkat dan hambatan, dan gaya angkat akan mendorong bilah untuk berputar.
Energi mekanik dikonversi menjadi energi listrik
Putaran bilah ditransmisikan ke generator melalui poros yang terpasang pada hub. Rotor di dalam generator memotong garis-garis gaya magnetik dalam medan magnet rotasi, menciptakan gaya elektromotif induksi yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Sebagai contoh, pada generator sinkron, rotor biasanya terdiri dari magnet permanen atau gulungan eksitasi yang menciptakan gaya elektromotif AC pada gulungan stator saat rotor berputar. Melalui transformator, tegangan output generator ditingkatkan ke level tegangan yang sesuai untuk transmisi jaringan, dan kemudian energi listrik ditransmisikan ke jaringan.
Komposisi sistem tenaga angin
Set turbin angin
Termasuk roda angin (bilah, hub roda dan sistem propeler variabel), poros, gearbox (beberapa turbin angin drive langsung tidak memiliki gearbox), generator, sistem yaw, sistem pengereman, dan sistem kontrol.
Turbin angin adalah komponen kunci dalam menangkap energi angin, dan bentuk serta panjang bilah menentukan efisiensi penangkapan energi angin oleh turbin. Gearbox digunakan untuk mengubah kecepatan rendah turbin angin menjadi kecepatan tinggi yang dibutuhkan oleh generator. Sistem yaw memungkinkan turbin angin selalu berorientasi sejajar dengan arah angin untuk memaksimalkan penangkapan energi angin. Sistem pengereman digunakan untuk menghentikan operasi turbin angin dalam keadaan darurat. Sistem kontrol bertanggung jawab untuk memantau dan mengontrol berbagai komponen turbin angin untuk memastikan operasinya aman dan stabil.
Menara
Digunakan untuk mendukung turbin angin sehingga dapat menangkap lebih banyak energi angin pada ketinggian yang cukup. Ketinggian menara biasanya ditentukan berdasarkan sumber daya angin lokal dan kondisi topografi.
Sebagai contoh, di daerah datar dan terbuka, menara bisa relatif tinggi untuk kecepatan angin yang lebih kuat; di daerah pegunungan atau daerah dengan topografi yang kompleks, ketinggian menara mungkin terbatas.
Sistem transmisi dan distribusi daya
Termasuk transformator, peralatan switch, kabel, dll., digunakan untuk meningkatkan tegangan listrik yang dipancarkan oleh turbin angin dan mengirimkannya ke jaringan.
Transformator meningkatkan tegangan output yang lebih rendah dari generator ke level tegangan yang sesuai untuk transmisi jaringan, peralatan switch digunakan untuk mengontrol transmisi dan distribusi energi listrik, dan kabel bertanggung jawab untuk mentransfer energi listrik dari turbin angin ke transformator dan jaringan.
Cara menggunakan tenaga angin sebagai sumber energi terbarukan
Integrasi ke dalam jaringan
Penggunaan tenaga angin yang paling umum adalah integrasinya ke dalam jaringan untuk menyediakan energi bersih dan terbarukan ke sistem listrik. Ketika energi listrik yang dipancarkan oleh turbin angin ditingkatkan oleh sistem transmisi dan transformasi, energi tersebut dikirim ke pelanggan melalui jaringan.
Jaringan listrik dapat mengintegrasikan dan mengerahkan sumber daya pembangkitan listrik dari berbagai wilayah dan jenis yang berbeda untuk memenuhi permintaan pengguna. Sebagai sumber energi yang tidak stabil, tenaga angin perlu dikombinasikan dengan metode pembangkitan listrik yang stabil lainnya (seperti pembangkit listrik termal, hidro, dll.) untuk memastikan operasi jaringan yang stabil.
Sebagai contoh, di daerah yang kaya sumber angin, peternakan angin skala besar dapat dibangun untuk mengintegrasikan tenaga angin ke dalam jaringan untuk menyediakan listrik bagi wilayah sekitarnya bahkan seluruh negara.
Pembangkitan terdistribusi
Selain diintegrasikan ke dalam jaringan listrik besar, tenaga angin juga dapat digunakan dalam sistem pembangkitan terdistribusi. Pembangkitan angin terdistribusi biasanya dipasang dekat pengguna, seperti pabrik, sekolah, komunitas, dll., untuk menyediakan pasokan listrik independen atau sebagai sumber cadangan.
Sistem pembangkitan angin terdistribusi dapat mengurangi kerugian listrik dalam proses transmisi dan meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi. Pada saat yang sama, hal ini dapat meningkatkan keandalan dan stabilitas sistem listrik serta mengurangi ketergantungan pada jaringan sentral.
Sebagai contoh, beberapa daerah terpencil atau pulau dapat memasang turbin angin kecil untuk menyediakan listrik bagi penduduk setempat dan menyelesaikan masalah tidak adanya listrik atau kekurangan listrik.
Integrasi teknologi penyimpanan energi
Karena ketidakstabilan pembangkitan tenaga angin, untuk memanfaatkan sumber daya angin dengan lebih baik, pembangkitan tenaga angin dapat dikombinasikan dengan teknologi penyimpanan energi. Sistem penyimpanan energi dapat menyimpan energi listrik berlebih ketika tenaga angin tinggi, dan melepaskan energi listrik ketika tenaga angin rendah atau tidak ada tenaga angin untuk memenuhi kebutuhan listrik pengguna.
Teknologi penyimpanan energi yang umum termasuk penyimpanan energi baterai, penyimpanan pompa, penyimpanan energi udara terkompresi, dll. Misalnya, sistem penyimpanan energi baterai dapat merespons cepat terhadap perubahan pembangkitan tenaga angin, menyimpan dan melepaskan energi listrik; pembangkit listrik pompa dapat menggunakan listrik berlebih dari tenaga angin untuk memompa air ke ketinggian dan menyimpannya, melepaskannya untuk menghasilkan listrik ketika dibutuhkan.
Sistem multi-energi yang saling melengkapi
Tenaga angin dapat dikombinasikan dengan sumber energi terbarukan lainnya (seperti tenaga surya, tenaga air, dll.) dan sumber energi tradisional (seperti pembangkit listrik gas alam, dll.) untuk membentuk sistem multi-energi yang saling melengkapi guna mencapai pemanfaatan energi yang efisien dan pasokan yang stabil.
Sistem multi-energi yang saling melengkapi dapat memanfaatkan keunggulan berbagai sumber energi dan mengatasi kekurangan sumber energi tunggal. Misalnya, pembangkitan tenaga surya dan tenaga angin memiliki tingkat keterkaitan tertentu dalam waktu, energi surya cukup pada siang hari, dan angin mungkin lebih besar pada malam hari, dan pasokan listrik yang stabil sepanjang waktu dapat dicapai melalui konfigurasi dan penjadwalan yang tepat. Pada saat yang sama, sumber energi tradisional dapat digunakan sebagai sumber cadangan untuk memberikan dukungan listrik ketika sumber energi terbarukan tidak cukup.
