Jenis generator apa yang cocok untuk pembangkit listrik tenaga angin?
Tugas utama turbin angin adalah mengubah energi mekanik yang terus berubah seiring kecepatan angin menjadi energi listrik yang dapat dihubungkan ke jaringan listrik secara efisien dan stabil. Oleh karena itu, generator yang cocok untuk pembangkit listrik tenaga angin bukanlah model biasa, melainkan harus memiliki karakteristik mampu beradaptasi dengan kecepatan angin yang luas, tahan terhadap beban yang kompleks, dan mudah dikendalikan oleh jaringan listrik. Industri tenaga angin modern terutama berputar di sekitar tiga jalur teknologi, masing-masing dengan keunggulannya sendiri dan sesuai untuk skenario yang berbeda.
1. Generator asinkron berumpan ganda: andalan industri terdahulu
Untuk waktu yang lama, generator asinkron berumpan ganda telah menjadi arus utama di pasar tenaga angin. Prinsip kerjanya cerdas: rotor generator dihubungkan ke konverter frekuensi yang lebih kecil melalui cincin selip dan sikat karbon, sementara stator dihubungkan langsung ke jaringan listrik.
Keunggulan terbesar dari desain ini adalah efisiensi ekonominya. Karena konverter frekuensi hanya perlu memproses sekitar sepertiga daya pada rangkaian rotor, biaya peralatannya lebih rendah dan kehilangan energinya juga kecil. Selain itu, dengan teknologi yang sangat matang dan rantai industri yang lengkap, desain ini telah menjadi pilihan umum untuk pembangkit listrik tenaga angin darat, terutama unit tingkat megawatt, dalam dua dekade terakhir.
Namun, kekurangan-kekurangannya semakin menonjol seiring perkembangan industri. Sikat karbon dan cincin selip adalah komponen kontak mekanis yang memerlukan perawatan rutin di lingkungan operasi yang keras di ladang angin dan merupakan titik kegagalan potensial. Selain itu, karena koneksi langsung stator ke jaringan listrik, kemampuannya untuk mengatasi fluktuasi tegangan di jaringan (yaitu "kemampuan bertahan terhadap tegangan rendah") relatif lemah.
2. Generator sinkron penggerak langsung magnet permanen: sebuah model keandalan.
Teknologi penggerak langsung mengadopsi pendekatan yang sama sekali berbeda. Teknologi ini sepenuhnya menghilangkan gearbox kecepatan tinggi, memungkinkan turbin angin untuk langsung menggerakkan generator sinkron magnet permanen multi kutub. Karena kecepatannya rendah, frekuensi arus yang dipancarkan sangat bervariasi, sehingga semua energi listrik harus diproses oleh inverter daya penuh sebelum dikirim ke jaringan listrik.
Rencana ini menghadirkan keunggulan revolusioner. Menghilangkan gearbox dengan tingkat kegagalan tertinggi sangat meningkatkan keandalan dan kemudahan perawatan unit, terutama cocok untuk ladang angin lepas pantai yang tidak mudah diakses. Magnet permanen menyediakan medan magnet tanpa kehilangan eksitasi, sehingga menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi. Lebih penting lagi, konverter frekuensi daya penuh bertindak sebagai 'firewall', mengisolasi generator dari jaringan listrik secara sempurna, membuat turbin angin sangat tidak sensitif terhadap fluktuasi jaringan dan mampu secara aktif mendukung jaringan, sehingga menghasilkan kualitas daya yang sangat baik.
Tantangannya terletak pada kebutuhan untuk menciptakan generator dengan diameter yang sangat besar dan banyak kutub agar dapat menghasilkan frekuensi listrik yang cukup pada kecepatan rendah, yang mengakibatkan volume dan berat yang luar biasa, sehingga menimbulkan tantangan dalam hal transportasi dan pengangkatan. Sementara itu, generator ini bergantung pada material magnet permanen tanah jarang, yang mengakibatkan biaya yang lebih tinggi.
3. Generator sinkron magnet permanen kecepatan menengah (penggerak semi langsung): primadona teknologi saat ini
Untuk mencapai keseimbangan antara keandalan penggerak langsung dan kekompakan struktur tradisional, solusi kompromi "penggerak semi langsung" atau "penggerak kecepatan menengah" telah muncul dan dengan cepat menjadi pilihan utama untuk turbin angin besar, terutama model lepas pantai.
Sistem ini mempertahankan gearbox kecepatan menengah yang sederhana dan kokoh (biasanya hanya dengan satu roda gigi planet), yang meningkatkan kecepatan turbin angin ke tingkat moderat, menggerakkan generator sinkron magnet permanen yang ringkas, dan akhirnya terhubung ke jaringan listrik melalui konverter frekuensi daya penuh.
Ini dapat disebut sebagai 'kombinasi emas'. Kombinasi ini secara signifikan mengurangi ukuran dan berat generator dengan gearbox sederhana, memecahkan masalah transportasi unit penggerak langsung, sambil mempertahankan efisiensi tinggi motor magnet permanen dan keramahan jaringan yang sangat baik dari konverter frekuensi daya penuh. Keandalannya jauh lebih tinggi daripada sistem penggerak ganda tradisional. Meskipun integrasi teknologi sulit dan biaya awalnya tidak rendah, keuntungannya signifikan dalam hal biaya listrik sepanjang siklus hidupnya.
Ringkasan dan Tren
Secara keseluruhan, jalur evolusi teknologi turbin angin sudah jelas:
Generator asinkron berpenggerak ganda masih memiliki vitalitas di pasar darat tertentu karena kematangan dan ekonomisnya.
Generator sinkron penggerak langsung magnet permanen menempati posisi penting di laut dan daerah dengan kecepatan angin rendah berkat keandalannya yang tak tertandingi.
Generator sinkron magnet permanen kecepatan menengah berhasil mengintegrasikan keunggulan dari dua yang pertama, menjadi pemimpin teknologi absolut dalam pengembangan tenaga angin skala besar dan lepas pantai saat ini, mewakili arah masa depan industri ini.
Pemilihan generator pada dasarnya merupakan pencarian keseimbangan optimal antara investasi awal, biaya operasi dan pemeliharaan, efisiensi pembangkitan daya, dan persyaratan koneksi jaringan. Seiring dengan semakin besarnya turbin angin dan semakin jauhnya lokasinya di lepas pantai, persyaratan akan keandalan dan kemampuan dukungan jaringan menjadi semakin besar. Ini juga merupakan alasan mendasar mengapa jalur teknologi generator magnet permanen yang dikombinasikan dengan konverter frekuensi daya penuh telah menjadi pilihan utama.
