energi angin (1)

Jenis energi ini akan mengubah tenaga kinetik (0.5 mv^2) dari angin menjadi energi bentuk lain (listrik, windmill, dan pompa). Sehingga untuk pembangkit listrik, formula yang umum digunakan adalah P [W] = 0.5 x rho [kg/m^3]x A [m^2] x (v [m/s])^3 x efisiensi. Sehingga faktor yang sangat berperan dalam pembangkitan energi angin adalah kecepatan, baru disusul luasan turbin (sudu), dan efisiensi. Mari kita bicarakan pertama kali faktor angin.

Kecepatan angin.
Hal yang menarik adalah kecepatan angin. Umumnya (karena alasan kemudahan dan harga), orang mengukur kecepatan udara dengan anemometer. Jika tingkat keakuratan alat tersebut 3%, artinya daya yang dikeluarkan akan berada dalam kisaran +/- 9%.

Hal lain adalah masalah kestabilan kecepatan angin. Sebagaimana diketahui, kecepatan angin akan berfluktuasi terhadap waktu dan tempat. Di Indonesia misalnya kecepatan angin di siang hari bisa lebih kencang dibandingkan malam hari. Di beberapa lokasi bahkan pada malam hari tidak terjadi gerakan udara yang signifikan. Apakah untuk situasi seperti ini, kecepatan rata-rata dapat mewakili (?), padahal di malam hari turbin angin tidak bergerak sama sekali.

Udara yang bergerak dekat dengan permukaan tanah akan mempunyai kecepatan nol dan kemudian meningkat terhadap ketinggian (lihat Gambar di bawah). Fenomena ini alamiah terjadi pada aliran dekat permukaan yang tidak bergerak (padahal bumi berputar? khan).

Apa yang menarik?
Pertama, terlalu dekat dengan permukaan tanah, kecepatan angin yang diperoleh akan kecil sehingga daya yang dihasilkan sangat sedikit. Semakin tinggi akan semakin baik. Untuk memperoleh kecepatan angin di kisaran 5-7 m/s umumnya diperlukan ketinggian 5-12 m. Kedua, untuk baling-baling yang besar (katakanlah diameter 20 m), kecepatan angin pada ujung baling-baling bagian atas kira-kira 1,2 kali dari kecepatan angin ujung baling-baling bagian bawah. Artinya, baling-baling pada saat di atas akan terkena gaya dorong yang lebih besar dari pada baling-baling pada saat di bawah. Faktor ini perlu diperhatikan pada saat mendesain kekuatan baling-baling dan tiang (menara) khususnya pada turbin angin yang besar.


Gambar. Kecepatan angin terhadap permukaan tanah. Sumber.

Jika kecepatan angin di baling-baling atas dan bawah berbeda secara signifikan, lantas pada kecepatan angin berapa yang pantas dan adil untuk mendesain daya keluaran dari sebuah turbin angin?.

Kecepatan angin juga dipengaruhi oleh kontur dari permukaan. Di daerah perkotaan dengan banyak rumah, apartemen dan perkantoran bertingkat, kecepatan angin akan rendah. Bandingkan dengan kecepatan angin pada daerah lapang. Kepadatan benda (porositas,?) di permukaan bumi akan menyebabkan angin mudah bergerak atau tidak. Faktor porositas ini juga penting untuk diperhatikan manakala mendesain turbin angin.