Apa saja jenis-jenis turbin angin yang umum?
Turbin angin umum pada dasarnya terbagi menjadi dua kategori berdasarkan arah sumbu rotasi turbin angin: turbin angin sumbu horizontal dan turbin angin sumbu vertikal, di mana turbin sumbu horizontal saat ini merupakan jenis aplikasi utama. Berikut adalah klasifikasi dan karakteristik utamanya:
1. Turbin angin sumbu horizontal (HAWT)
Sumbu rotasi turbin angin sejajar dengan tanah, dan bilah-bilahnya menyerupai baling-baling pesawat terbang. Lebih dari 95% kapasitas terpasang energi angin global.
Jenis utama:
1. tipe melawan arah angin
Turbin angin berputar di depan menara menghadap arah angin, sehingga membutuhkan sistem yaw untuk melawan arah angin.
Keunggulan: Mengurangi efek bayangan menara (gangguan menara terhadap aliran udara), efisiensi tinggi.
Kekurangan: Membutuhkan perangkat pengatur arah putaran (yaw device) dan memiliki struktur yang kompleks.
Sebagian besar turbin angin skala besar modern (di atas 1,5MW) mengadopsi desain ini.
2. Tipe searah angin
Turbin angin terletak di belakang menara dan dapat menyesuaikan diri secara otomatis dengan arah angin (tanpa memerlukan sistem yaw aktif).
Kelemahan: Efek bayangan menara menyebabkan fluktuasi tegangan pada bilah, sehingga rentan terhadap kelelahan.
Jarang digunakan pada turbin angin generasi awal atau berukuran kecil.
2. Turbin angin sumbu vertikal (VAWT)
Sumbu rotasi turbin angin tegak lurus terhadap tanah dan dapat menangkap angin dari segala arah tanpa memerlukan sistem yaw. Saat ini, turbin angin terutama digunakan untuk pembangkit listrik skala kecil yang terdistribusi atau skenario khusus.
Jenis utama:
tipe Darrieus
Bilah-bilahnya melengkung (seperti bentuk "Φ") dan berputar karena gaya angkat aerodinamis.
Keunggulan: Kecepatan tinggi dan efisiensi tinggi.
Kelemahan: Tidak dapat memulai sendiri, membutuhkan peralatan bantu; Tegangan struktural tinggi, sehingga sulit untuk ditingkatkan skalanya.
tipe Savonius
Bilah-bilahnya berbentuk S dan berbentuk silinder, digerakkan oleh hambatan angin.
Keunggulan: Torsi awal tinggi, mudah dinyalakan pada kecepatan angin rendah, struktur sederhana.
Kekurangan: Efisiensi rendah (kurang dari 15%), umumnya digunakan pada anemometer atau perangkat pengisian daya kecil.
Berbentuk H (pisau lurus Darius)
Mengadopsi kombinasi bilah lurus dan batang penyangga untuk kemudahan manufaktur.
Dalam beberapa tahun terakhir, fokus kembali tertuju pada integrasi bangunan atau pengujian pembangkit listrik tenaga angin terapung lepas pantai.
3. Diklasifikasikan berdasarkan skenario aplikasi dan skala.
Turbin angin besar yang terhubung ke jaringan listrik
Daya yang dihasilkan biasanya ≥ 1MW, dengan diameter turbin angin 80-200 meter, yang digunakan untuk ladang angin.
Yang umum digunakan adalah tipe tiga bilah dengan sumbu horizontal yang menghadap ke arah angin, dengan teknologi yang sudah matang.
Turbin angin kecil dan menengah yang tersebar
Daya ≤ 100kW, digunakan di daerah pedesaan, stasiun pangkalan komunikasi, pertanian, dll.
Termasuk sumbu horizontal atau vertikal (seperti tipe H, tipe Savonius).
turbin angin lepas pantai
Sebagian besar merupakan turbin angin sumbu horizontal besar (5-15MW atau lebih) dengan struktur pondasi khusus (tiang tunggal, mengambang, dll.).
Diperlukan desain yang tahan korosi dan tahan badai, sehingga mengakibatkan biaya perawatan yang tinggi.
Penggemar spesial
Tipe diffuser yang disempurnakan: Struktur berbentuk tudung mempercepat aliran udara, meningkatkan efisiensi, tetapi harganya mahal.
Pembangkit listrik tenaga angin di ketinggian: menggunakan layang-layang atau balon helium untuk membawa generator, masih dalam tahap percobaan.
4. Tren Teknologi dan Desain Baru
Skala mega: Kapasitas unit tunggal turbin angin lepas pantai telah mencapai 15-18MW, dengan panjang bilah melebihi 120 meter.
Fondasi terapung: cocok untuk pembangkit listrik tenaga angin di laut dalam, dengan turbin angin yang dipasang di atas platform terapung.
Desain sumbu vertikal hibrida: Menggabungkan keunggulan gaya angkat dan gaya hambat, desain ini meningkatkan performa dan efisiensi saat start.
Kecerdasan: Memanfaatkan sensor dan algoritma AI untuk mengoptimalkan sudut yaw dan bilah, beradaptasi dengan kondisi angin yang kompleks.
5. Ringkasan dan Perbandingan
1. Turbin angin sumbu horizontal tiga bilah
Keunggulan: Efisiensi konversi energi angin adalah yang tertinggi (hingga 50% atau lebih), teknologinya sangat matang, skala dan ekonominya terbaik, dan saat ini merupakan arus utama proyek pembangkit listrik tenaga angin skala besar.
Kekurangan: Membutuhkan sistem yaw yang presisi untuk menyesuaikan dengan arah angin, memiliki tingkat kebisingan yang relatif tinggi, biaya perawatan yang tinggi (terutama untuk unit besar), dan persyaratan teknis yang tinggi.
Aplikasi utama: pembangkit listrik tenaga angin darat terpusat, pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai (model inti saat ini dan masa depan).
2. Turbin angin sumbu vertikal - tipe Dario
Keunggulan: Dapat menangkap angin dari segala arah tanpa memerlukan sistem yaw. Generator dan peralatan lainnya dapat ditempatkan di tanah untuk memudahkan perawatan, dan kebisingan selama pengoperasian relatif rendah.
Kekurangan: Efisiensi keseluruhannya lebih rendah daripada kipas sumbu horizontal, dan biasanya tidak dapat menyala secara otomatis. Semakin besar ukurannya, tantangan tegangan struktural semakin besar, dan tingkat komersialisasinya rendah.
Aplikasi utama: pembangkit listrik terdistribusi skala kecil, pembangkit listrik tenaga angin terintegrasi bangunan, proyek eksperimental, dan lingkungan khusus.
3. Turbin angin sumbu vertikal - tipe Savonius
Keunggulan: Torsi awal tinggi, mampu menyala bahkan pada kecepatan angin rendah dan aliran turbulen, struktur sangat sederhana dan kokoh, biaya pembuatan dan perawatan rendah.
Kekurangan: Efisiensi konversi energi angin sangat rendah (biasanya kurang dari 20%), dan kecepatannya lambat.
Aplikasi utama: Perangkat pengisian daya kecil, alat bantu ventilasi, instrumen pengukur kecepatan angin, dan skenario daya rendah lainnya.
Singkatnya, turbin angin sumbu horizontal tiga bilah mendominasi pasar tenaga angin global karena efisiensinya yang tinggi dan rantai industri yang matang. Turbin angin sumbu vertikal, khususnya tipe Dario, terus diteliti dan dieksplorasi dalam skenario aplikasi terdistribusi, miniatur, dan khusus karena keunggulan uniknya, dan merupakan pelengkap penting bagi pengembangan teknologi tenaga angin yang beragam.
