Turbine Angin Sumbu Horizontal dan Vertikal: Perbandingan
Energi angin adalah sumber energi yang dapat diperbaharui dan bersih yang dapat mengurangi emisi gas rumah kaca dan ketergantungan pada bahan bakar fosil. Turbin angin adalah mesin yang mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik. Ada dua jenis utama turbin angin berdasarkan orientasi sumbunya: horizontal dan vertikal.
Apa itu Turbin Angin Sumbu Horizontal?
Turbin angin sumbu horizontal (HAWT) didefinisikan sebagai turbin angin yang memiliki sumbu rotasi horizontal atau sejajar dengan tanah. HAWT adalah jenis turbin angin yang paling umum digunakan untuk pembangkitan listrik skala besar. Mereka biasanya memiliki tiga bilah yang menyerupai propeler pesawat, meskipun beberapa mungkin memiliki dua atau satu bilah.
Komponen utama HAWT adalah:
Rotor, yang terdiri dari bilah-bilah dan hub yang menghubungkannya ke poros.
Nacelle, yang memuat generator, gearbox, rem, sistem yaw, dan komponen mekanis serta elektrik lainnya.
Menara, yang mendukung nacelle dan rotor serta mengangkatnya di atas tanah untuk menangkap lebih banyak angin.
Dasar, yang menancapkan menara ke tanah dan mentransfer beban dari turbin angin.
Prinsip kerja HAWT didasarkan pada gaya lift, yaitu gaya yang mendorong objek ke atas ketika udara mengalir di permukaannya. Bilah-bilah HAWT dibentuk seperti sayap, yang menciptakan perbedaan tekanan antara permukaan atas dan bawahnya ketika angin bertiup. Perbedaan tekanan ini menyebabkan bilah-bilah berputar mengelilingi sumbu horizontal, yang kemudian menggerakkan poros dan generator untuk menghasilkan listrik.
Bidang rotor HAWT harus diselaraskan dengan arah angin untuk memaksimalkan efisiensinya. Oleh karena itu, HAWT memiliki sensor angin dan sistem yaw yang menyesuaikan orientasi nacelle sesuai dengan arah angin. HAWT juga memiliki sistem pitch yang mengubah sudut serangan bilah untuk mengontrol kecepatan rotasi dan output daya mereka.
Keuntungan HAWT adalah:
Mereka memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada turbin angin sumbu vertikal (VAWTs) karena dapat menangkap lebih banyak energi angin dengan hambatan yang lebih sedikit.
Mereka memiliki ripple torsi dan stres mekanis yang lebih rendah daripada VAWTs karena memiliki perubahan gaya aerodinamis yang lebih sedikit selama setiap putaran.
Mereka dapat dipasang di lepas pantai pada platform apung atau fondasi tetap, di mana kecepatan angin lebih tinggi dan lebih konsisten.
Kerugian HAWT adalah:
Mereka membutuhkan menara yang tinggi dan area lahan yang luas untuk menghindari turbulensi dan gangguan dari struktur atau medan dekatnya.
Mereka lebih mahal dan kompleks untuk dipasang dan dirawat daripada VAWTs karena memiliki lebih banyak bagian bergerak dan komponen elektrik.
Mereka lebih rentan terhadap kelelahan dan kerusakan akibat angin kencang, badai, petir, burung, atau es.
Apa itu Turbin Angin Sumbu Vertikal?
Turbin angin sumbu vertikal (VAWT) didefinisikan sebagai turbin angin yang memiliki sumbu rotasi vertikal atau tegak lurus terhadap tanah. VAWT kurang umum daripada HAWT, tetapi memiliki beberapa keuntungan untuk aplikasi skala kecil dan perkotaan. Mereka biasanya memiliki dua atau tiga bilah yang lurus atau melengkung.
Komponen utama VAWT adalah:
Rotor, yang terdiri dari bilah-bilah dan poros vertikal yang menghubungkannya ke generator.
Generator, yang mengubah energi mekanik rotor menjadi energi listrik.
Dasar, yang mendukung rotor dan generator serta menghubungkannya ke tanah.
Prinsip kerja VAWT didasarkan pada gaya gesek, yaitu gaya yang menentang gerakan objek ketika udara mengalir di permukaannya. Bilah-bilah VAWT simetris atau asimetris, yang menciptakan jumlah gaya gesek yang berbeda ketika menghadap atau menentang arah angin. Perbedaan gaya gesek ini menyebabkan bilah-bilah berputar mengelilingi sumbu vertikal, yang kemudian menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.
Bidang rotor VAWT tidak perlu diselaraskan dengan arah angin karena dapat menangkap angin dari arah manapun. Oleh karena itu, VAWT tidak memiliki sistem yaw atau sensor angin. Namun, VAWT mungkin memiliki sistem pitch yang mengubah sudut serangan bilah untuk mengontrol kecepatan rotasi dan output daya mereka.
Keuntungan VAWT adalah:
Mereka memiliki biaya pemasangan dan pemeliharaan yang lebih rendah daripada HAWTs karena memiliki lebih sedikit bagian bergerak dan komponen elektrik.
Mereka memiliki tingkat kebisingan yang lebih rendah daripada HAWTs karena berputar dengan kecepatan yang lebih lambat.
Mereka dapat dipasang di atap atau dekat bangunan karena memiliki ketinggian dan jejak yang lebih kecil daripada HAWTs.
Kerugian VAWT adalah:
Mereka memiliki efisiensi yang lebih rendah daripada HAWTs karena memiliki lebih banyak gesekan dan lebih sedikit lift.
Mereka memiliki ripple torsi dan stres mekanis yang lebih tinggi daripada HAWTs karena memiliki lebih banyak perubahan gaya aerodinamis selama setiap putaran.
Mereka tidak dapat dipasang di lepas pantai karena kurang stabil dan tahan lama daripada HAWTs.
Jenis-jenis Turbin Angin Sumbu Vertikal
Ada dua jenis utama VAWT berdasarkan desain bilahnya: Darrieus dan Savonius.
Turbin Darrieus
Turbin Darrieus adalah VAWT yang memiliki bilah melengkung yang menyerupai pengaduk telur atau trochoid. Mereka ditemukan oleh insinyur Prancis Georges Darrieus pada tahun 1931. Turbin Darrieus menggunakan lift serta gesekan untuk memutar bilahnya. Mereka dapat mencapai kecepatan rotasi yang tinggi, tetapi membutuhkan mekanisme start eksternal, seperti motor listrik atau turbin lain, karena tidak dapat self-start.
Keuntungan turbin Darrieus adalah:
Mereka memiliki koefisien daya yang lebih tinggi daripada turbin Savonius karena menggunakan lift serta gesekan.
Mereka memiliki rasio soliditas yang lebih rendah daripada turbin Savonius karena memiliki lebih sedikit bilah dengan celah yang lebih besar di antara mereka.
Kerugian turbin Darrieus adalah:
Mereka membutuhkan mekanisme start eksternal karena tidak dapat self-start.
Mereka memiliki gaya sentrifugal yang lebih tinggi daripada turbin Savonius karena berputar dengan kecepatan yang lebih cepat.
