Jenis-jenis Turbin Angin HAWT, VAWT, dan Lainnya Dijelaskan

Sebagian besar turbin angin yang terlihat di sekitar daerah pada ladang angin (baik di darat maupun di lepas pantai) adalah desain standar 3 bilah. Akan tetapi, ada sejumlah gaya/jenis turbin yang berbeda dan cara mereka memanfaatkan energi kinetik dari angin sangat berbeda.

Dua jenis utama turbin angin adalah sumbu Horizontal dan sumbu Vertikal. Turbin angin sumbu horizontal memiliki sumbu putar yang berorientasi horizontal. Turbin ini biasanya memiliki 3 bilah dan dirancang untuk menghadapi angin. Turbin angin sumbu vertikal memiliki sumbu putar yang sejajar secara vertikal dan dirancang untuk memanfaatkan energi kinetik dalam arah yang berlawanan.

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

Jenis turbin angin yang paling umum adalah 'Turbin Angin Poros Horizontal'. Turbin ini disebut sebagai turbin sumbu horizontal karena sumbu putarnya terletak secara horizontal (lihat diagram di bawah)

Turbin angin sumbu horizontal harus diarahkan langsung ke arah angin agar dapat beroperasi dengan efisiensi maksimum, dan seluruh kepala turbin dirancang untuk berputar menghadap angin. Saat angin berubah arah, kepala turbin harus berputar (atau 'mengayun') agar tetap mengarah ke arah angin.

Turbin angin sumbu horizontal dipilih untuk ladang angin lepas pantai dan ladang angin di daratan yang sebagian besar lahannya datar dan terbuka, karena turbin ini bekerja lebih efisien daripada turbin sumbu vertikal di daerah yang anginnya tidak bergejolak.

Dibangun untuk Ukuran

Meskipun ada banyak turbin angin sumbu horizontal skala kecil yang tersedia secara komersial untuk pemilik rumah yang sadar energi, salah satu keuntungan besarnya adalah turbin ini dapat diproduksi dalam skala besar dan dapat dibangun SANGAT BESAR. Ini adalah alasan lain mengapa turbin ini digunakan untuk ladang angin. Membangun dan mengoperasikan satu turbin 10 megawatt (MW) jauh lebih hemat biaya daripada lima turbin 2 MW.

Turbin angin terbesar di dunia (hingga musim panas 2021) adalah turbin Vestas V236, dengan daya keluaran terukur sebesar 15 megawatt (MW). Turbin ini memiliki diameter bilah rotor 236m – lebih dari dua kali tinggi Patung Liberty! Satu putaran bilahnya akan menghasilkan listrik yang cukup untuk menjalankan rumah tangga rata-rata selama sehari.

Turbin Angin Sumbu Vertikal

Turbin yang kurang efisien dan kurang umum adalah 'Turbin Angin Sumbu Vertikal'. Turbin ini disebut sumbu vertikal karena sumbu putarnya sejajar vertikal ke atas.

Tidak mungkin membangun turbin sumbu vertikal dalam skala besar seperti yang kita lihat di ladang angin turbin sumbu horizontal. Turbin angin sumbu vertikal terbesar yang pernah dibangun adalah turbin “ÉOLE” setinggi 110 m dan berdaya 3.8 MW di Quebec, Kanada. Namun, bantalan rotor rusak pada tahun 1993 karena beban seberat 880 ton yang harus ditopangnya. Sejak saat itu, turbin tersebut tidak beroperasi lagi dan kini menjadi barang langka bagi para wisatawan. Sangat tidak mungkin ada orang yang akan mencoba membangun turbin sumbu vertikal yang lebih besar dari ini karena masalah teknik yang terkait dengan penopang beban seberat itu secara langsung pada satu bantalan.

Dibangun untuk Fleksibilitas

Meskipun lebih kecil, keuntungan utama turbin angin sumbu vertikal dibandingkan sumbu horizontal adalah tidak perlu berputar. Turbin ini mengumpulkan energi angin dari segala arah sepanjang waktu. Karena cara bilahnya dirancang, turbin selalu berputar ke arah yang sama, tidak peduli dari mana angin datang.

Hal ini membuat turbin angin sumbu vertikal lebih baik dalam menangkap energi angin di atap kota dan area terbangun di mana angin turbulen terus berubah arah.

Turbin angin sumbu vertikal membutuhkan ruang lebih sedikit daripada turbin sumbu Horizontal dengan daya yang setara, dan sering dipilih untuk area yang ruangnya terbatas.

Berbagai Jenis VAWT

Ada dua desain utama turbin angin sumbu vertikal, yang disebut Savonius dan Darrieus. Desain-desain ini sangat berbeda dalam cara menangkap energi angin.

Kapal selam VAWT Savonius

Turbin angin sumbu vertikal gaya Savonius menggunakan prinsip hambatan untuk mengubah energi angin menjadi energi rotasi mekanis. Turbin ini bekerja seperti sekop, dibentuk untuk menjebak angin yang masuk ke turbin, menciptakan hambatan dan dengan demikian memaksanya untuk berputar (lihat diagram, di bawah). Dari arah mana pun angin datang, angin akan selalu mengenai bagian depan dan belakang sekop – tetapi bagian belakang sekop yang membulat menciptakan lebih sedikit hambatan, sehingga memungkinkan turbin untuk berputar. Namun, ini berarti bahwa turbin angin sumbu vertikal Savonius hanya dapat mengubah paling banyak 15% energi angin menjadi energi rotasi mekanis.

VAWT Darrieus

Turbin angin sumbu vertikal Darrieus menggunakan prinsip gaya 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 melintang berbentuk seperti sayap pesawat terbang. Saat angin melewati bilah, efek aerofoil menciptakan gaya angkat, dan inilah yang memutar turbin (lihat diagram, di bawah).

Bilah aerofoil turbin Darrieus dapat berbentuk lurus, melengkung, atau heliks (lihat diagram, di bawah).

Ini semua adalah turbin Darrieus – bilah rotornya adalah aerofoil pencipta daya angkat yang sama, tetapi dalam konfigurasi yang berbeda.

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

Desain Turbin Lainnya

Sementara sebagian besar turbin angin termasuk dalam dua kategori utama ini (sumbu vertikal dan sumbu horizontal), ada berbagai desain eksperimen yang menjauh dari konfigurasi normal kedua desain ini.

Pohon Angin

'Wind Tree' yang dibangun oleh perusahaan New World Wind yang berpusat di Paris, didasarkan pada turbin angin sumbu vertikal Savonius, tetapi unik karena menggunakan banyak turbin kecil yang disusun agar tampak seperti daun di pohon untuk membuat fitur perkotaan yang dekoratif.

Pusaran Tanpa Bilah

Vortex Bladeless adalah perusahaan Spanyol yang telah menggunakan metode yang sama sekali berbeda untuk mengekstraksi energi kinetik dari angin. "Turbin" mereka sama sekali tidak terlihat seperti turbin konvensional, karena tidak berputar.

Sistem Vortex Bladeless menggunakan tiang tinggi berbentuk pilar, yang mengekstraksi energi dari angin menggunakan teknik yang disebut resonansi yang diinduksi oleh pusaran. Saat angin melewati pilar, angin tersebut menyebabkan turbulensi di belakangnya, yang menyebabkan pilar berosilasi atau 'bergetar' maju mundur, dan energi mekanis inilah yang menggerakkan alternator linier, sehingga menghasilkan arus listrik.

Karena tidak memiliki bilah yang berputar, jenis generator angin ini tidak membahayakan burung atau satwa liar yang bermigrasi.

Turbin Bertenaga Kendaraan

Sejumlah perusahaan telah mulai mengembangkan turbin angin sumbu vertikal skala kecil yang dapat ditempatkan di bagian tengah jalan raya dan jalan bebas hambatan. Alih-alih digerakkan oleh angin 'alami', turbin ini berputar karena turbulensi yang disebabkan oleh arus kendaraan yang terus-menerus lewat dengan kecepatan tinggi. Jadi, meskipun turbin angin sumbu vertikal konvensional masih berupa turbin angin, situasi penerapannya merupakan hal yang baru.

Turbin angin sumbu silang (CAWT)

Turbin angin sumbu silang merupakan desain turbin sumbu vertikal eksperimental yang menggunakan bilah turbin horizontal dan vertikal dalam konfigurasi tautan silang yang baru. Dengan tiga bilah vertikal dan enam bilah horizontal, turbin ini dapat menangkap energi angin yang datang dari arah horizontal dan vertikal. Studi menunjukkan bahwa turbin ini 2.5 kali lebih efisien daripada turbin sumbu vertikal konvensional dalam kondisi angin yang sama.

Turbin Updraft Menara Pendingin

Desain ini mengusulkan konfigurasi baru turbin angin sumbu vertikal Darrieus, yang berorientasi horizontal dan terletak di bagian atas menara pendingin. Arus udara naik dari aliran udara buangan dari menara, alih-alih terbuang ke atmosfer, digunakan untuk menggerakkan turbin.