Jenis Turbin Angin HAWT, VAWT dan Lainnya Dijelaskan

Sebagian besar turbin Angin ditemui di sekitar wilayah di peternakan angin (baik darat maupun laut) adalah desain baling-baling tiga standar. Namun, ada beberapa gaya/tipe turbin yang berbeda dan cara mereka memanfaatkan energi kinetik dari angin cukup berbeda.

Dua jenis utama turbin angin adalah sumbu horizontal dan sumbu vertikal. Turbin angin sumbu horizontal memiliki poros putar yang terorientasi secara horizontal. Mereka biasanya memiliki tiga baling-baling dan dirancang untuk menghadap ke arah angin. Turbin angin sumbu vertikal memiliki poros putar yang sejajar secara vertikal dan dirancang untuk memanfaatkan energi kinetik di arah yang berlawanan.

Selain turbin angin sumbu horizontal dan vertikal, ada iterasi lain dari turbin yang layak untuk dijelajahi.

Tipe paling umum dari turbin angin adalah 'Horizontal Axis Wind Turbine'. Ini disebut poros horizontal karena poros rotasi berada secara horizontal (lihat diagram, di bawah).

Turbin angin dengan poros horizontal perlu menunjuk langsung ke arah angin untuk beroperasi dengan efisiensi maksimal, dan seluruh kepala dirancang untuk berputar menghadap angin. Ketika arah angin berubah, maka kepala harus berputar (atau 'yaw') untuk tetap mengarah ke angin.

Turbin angin dengan poros horizontal dipilih untuk pembangkit listrik angin di laut dan darat di mana tanahnya sebagian besar datar dan terbuka, karena mereka bekerja lebih efisien daripada turbin dengan poros vertikal di daerah di mana angin tidak turbulen.

Dibangun untuk Ukuran

Meskipun ada banyak turbin angin sumbu horizontal skala kecil yang tersedia secara komersial untuk pemilik rumah yang peduli energi, salah satu keuntungan besar mereka adalah mereka dapat diskalakan dengan baik untuk produksi massal dan bisa dibuat SANGAT BESAR. Ini adalah alasan lain mengapa mereka digunakan di peternakan angin. Jauh lebih hemat biaya untuk membangun dan mengoperasikan satu turbin 10 megawatt (MW) daripada lima turbin 2 MW.

Turbin angin terbesar di dunia (pada musim panas 2021) adalah turbin Vestas V236, dengan kapasitas daya sebesar 15 megawatt (MW). Turbin ini memiliki diameter rotor bilah sepanjang 236m – lebih dari dua kali tinggi Patung Liberty! Satu putaran tunggal bilahnya akan memberikan cukup listrik untuk menjalankan rumah tangga rata-rata selama satu hari.

Turbin angin poros vertikal

Sebuah turbin yang kurang efisien dan kurang umum adalah 'Turbina Angin Sumbu Vertikal'. Turbin ini disebut sumbu vertikal karena poros rotasi ditempatkan secara vertikal ke atas.

Tidak mungkin membangun turbin poros vertikal pada skala besar seperti yang kita lihat di peternakan angin turbin poros horizontal. Turbin angin poros vertikal terbesar yang pernah dibangun adalah turbin "ÉOLE" setinggi 110 meter dengan kapasitas 3,8MW di Quebec, Kanada. Namun, bantalan rotor gagal pada tahun 1993 di bawah beban 880 ton yang harus didukungnya. Sejak itu, turbin tersebut tidak beroperasi lagi dan sekarang menjadi objek rasa ingin tahu bagi wisatawan. Sangat tidak mungkin seseorang akan mencoba membangun turbin poros vertikal lebih besar dari ini karena masalah teknik yang terkait dengan mendukung langsung bobot berat seperti itu pada satu bantalan.

Dibangun untuk Kelenturan

Meskipun lebih kecil, keuntungan utama turbin angin poros vertikal dibandingkan poros horizontal adalah bahwa mereka tidak perlu memutar (yaw). Mereka mengumpulkan energi angin dari semua arah sepanjang waktu. Karena cara bilah dirancang, mereka selalu berputar ke arah yang sama, tidak peduli dari mana angin berasal.

Ini membuat turbin angin poros vertikal lebih baik dalam menangkap energi angin di atap gedung perkotaan dan area yang padat bangunan, di mana angin turbulen terus berubah arah.

Turbin angin poros vertikal memakan ruang lebih sedikit dibandingkan turbin poros horizontal dengan daya setara, dan sering dipilih untuk daerah di mana ruang terbatas.

Jenis-Jenis VAWT yang Berbeda

Ada dua desain utama turbin angin poros vertikal, yaitu Savonius dan Darrieus. Desain ini cukup berbeda dalam cara mereka menangkap energi angin.

VAWT Savonius

Turbine angin poros vertikal gaya Savonius menggunakan prinsip hambatan untuk mengubah energi angin menjadi energi rotasi mekanis. Mereka bekerja seperti sekop, berbentuk untuk menangkap angin yang masuk ke turbin, menciptakan hambatan dan dengan demikian memaksa turbin untuk berotasi (lihat diagram, di bawah). Tidak peduli dari arah mana angin bertiup, angin akan selalu mengenai bagian depan dan belakang sekop – tetapi bagian belakang sekop yang bulat menciptakan lebih sedikit hambatan, sehingga memungkinkan turbin untuk berotasi. Namun, ini berarti bahwa turbin angin poros vertikal Savonius hanya dapat mengubah maksimal 15% dari energi angin menjadi energi rotasi mekanis.

Darrieus VAWTs

Turbine angin sumbu vertikal Darrieus menggunakan prinsip angkat untuk mengubah energi angin menjadi energi rotasi mekanis, dan lebih efisien daripada turbin sumbu vertikal gaya Savonius. Turbin angin sumbu vertikal Darrieus menggunakan bilah yang memiliki penampang berbentuk seperti sayap pesawat. Saat angin melewati bilah, efek aerofoil menciptakan angkat, dan ini yang memutar turbin (lihat diagram, di bawah).

Bilah aerofoil dari turbin Darrieus bisa berbentuk lurus, melengkung, atau berheliks (lihat diagram, di bawah).

Ini semua adalah turbin Darrieus – bilah rotor-nya semuanya merupakan aerofoil pembuat angkat yang sama, tetapi dalam konfigurasi yang berbeda.

Konfigurasi heliks mungkin yang paling menarik, karena memungkinkan bilah aerofoil yang lebih panjang untuk terkandung dalam area rotasi yang sama dengan turbin berbilah lurus, sehingga menangkap lebih banyak angin dan meningkatkan efisiensi.

Desain Turbin Lainnya

Sementara mayoritas turbin angin masuk ke dalam dua kategori utama ini (sumbu vertikal dan sumbu horizontal), telah ada berbagai desain eksperimental yang menjauh dari konfigurasi normal dari kedua desain tersebut.

Pohon Angin

‘Pohon Angin’ yang dibangun oleh perusahaan New World Wind berbasis di Paris, didasarkan pada turbin angin sumbu vertikal Savonius, tetapi inovatif karena menggunakan banyak turbin kecil yang disusun agar terlihat seperti daun pada pohon untuk menciptakan fitur perkotaan dekoratif.

Vortex Bladeless

Vortex Bladeless adalah perusahaan Spanyol yang telah memanfaatkan metode sepenuhnya berbeda untuk mengekstrak energi kinetik dari angin. ‘Turbinya’ tidak tampak seperti turbin konvensional sama sekali, karena ia tidak berotasi.

Sistem Vortex Bladeless menggunakan tiang berbentuk pilar yang tinggi, yang mengekstrak energi dari angin dengan teknik yang disebut resonansi vortex-induced. Saat angin melewati pilar, hal itu menyebabkan turbulensi di belakangnya, yang membuat pilar berayun atau 'bergetar' ke depan dan ke belakang, dan energi mekanis inilah yang menggerakkan alternator linier, sehingga menghasilkan arus listrik.

Karena tidak memiliki bilah putar, gaya pembangkit angin ini tidak membahayakan burung migrasi atau satwa liar.

Turbine Didorong Kendaraan

Sejumlah perusahaan telah mulai mengembangkan turbin sumbu vertikal skala kecil yang dapat ditempatkan di median jalan raya dan jalan tol. Daripada diputar oleh angin 'alam', adalah turbulensi yang disebabkan oleh aliran kendaraan yang terus-menerus melaju dengan kecepatan tinggi yang memutar turbin-turbin ini. Jadi, meskipun mereka masih merupakan turbin sumbu vertikal konvensional, situasi tempat mereka diterapkan yang baru.

Turbina Angin Sumbu Silang (CAWT)

Turbina angin sumbu silang adalah desain eksperimental turbin sumbu vertikal yang menggunakan both baling-baling horizontal dan vertikal dalam konfigurasi saling terhubung yang baru. Dengan tiga baling-baling vertikal dan enam baling-baling horizontal, ia dapat menangkap energi angin dari arah horizontal maupun vertikal. Studi menemukan bahwa ini 2,5 kali lebih efisien daripada turbin sumbu vertikal konvensional dalam kondisi angin yang sama.

Turbina Uplift Menara Pendingin

Desain ini mengusulkan konfigurasi baru dari turbin angin sumbu vertikal Darrieus, yang diarahkan secara horizontal dan ditempatkan di puncak menara pendingin. Arus udara panas dari aliran udara buangan dari menara, alih-alih terbuang ke atmosfer, digunakan untuk menggerakkan turbin.