Mungkin anda pernah melihat mereka semasa memandu di luar bandar. Atau mungkin anda melihat mereka di luar pantai, menjulang besar di kaki langit dengan pisau berputar mereka. Sekali lagi, anda mungkin pernah melihatnya di bumbung seseorang, atau sebagai sebahagian daripada operasi bandar kecil. Terlepas dari lokasinya, turbin angin dan tenaga angin menjadi ciri yang semakin umum di dunia moden.
Sebilangan besar ini berkaitan dengan ancaman Perubahan Iklim, pencemaran udara, dan keinginan untuk menyingkirkan umat manusia dari ketergantungannya pada bahan bakar fosil. Dan mengenai tenaga alternatif dan boleh diperbaharui, tenaga angin dijangka akan menguasai bahagian kedua terbesar di pasaran pada masa akan datang (setelah solar). Tetapi bagaimana sebenarnya turbin angin berfungsi?
Penerangan:
Turbin udara adalah alat yang mengubah tenaga kinetik angin dan perubahan aliran udara menjadi tenaga elektrik. Secara umum, komponen ini terdiri daripada komponen berikut: rotor, generator, dan komponen sokongan struktur (yang boleh berupa menara, mekanisme rotor yaw, atau kedua-duanya).
Rotor terdiri daripada bilah yang menangkap tenaga angin dan poros, yang mengubah tenaga angin menjadi tenaga putaran berkelajuan rendah. Penjana - yang disambungkan ke poros - menukar putaran perlahan ke tinggi menjadi tenaga elektrik menggunakan rangkaian magnet dan konduktor (yang biasanya terdiri daripada wayar tembaga bergelung).
Apabila magnet berputar dengan wayar tembaga, ia menghasilkan perbezaan potensi elektrik, mewujudkan voltan dan arus elektrik. Terakhir, ada komponen sokongan struktur, yang memastikan bahawa turbin berada pada ketinggian yang cukup tinggi untuk menangkap perubahan tekanan angin secara optimum, dan / atau menghadap ke arah aliran angin.
Jenis Turbin Angin:
Pada masa ini, terdapat dua jenis turbin angin utama - Turbin Angin Paksi Horizontal (HAWT) dan Turbin Angin Paksi Vertikal (VAWT). Seperti namanya, turbin angin mendatar memiliki poros rotor utama dan penjana elektrik di bahagian atas menara, dengan bilah yang menunjuk ke arah angin. Turbin biasanya diletakkan di sebelah atas menara penyokongnya, kerana menara tersebut cenderung menghasilkan pergolakan di belakangnya.
Turbin paksi menegak (sekali lagi, seperti namanya) mempunyai batang rotor utama yang disusun secara menegak. Biasanya, sifat ini lebih kecil, dan tidak perlu dihalakan ke arah angin untuk berputar. Oleh itu, mereka dapat memanfaatkan angin yang berubah-ubah dari segi arah.
Secara amnya, turbin angin paksi mendatar dianggap lebih cekap dan dapat menghasilkan lebih banyak tenaga. Walaupun model menegak menghasilkan lebih sedikit elektrik, ia dapat diletakkan pada ketinggian yang lebih rendah dan memerlukan lebih sedikit dengan cara komponen (terutamanya mekanisme menguap). Turbin angin juga dapat dibahagikan kepada tiga kumpulan umum berdasarkan reka bentuknya, yang merangkumi model Towered, Savonius, dan Darrieus.
Model menara adalah bentuk HAWT yang paling konvensional, terdiri daripada menara (seperti namanya) dan serangkaian bilah panjang yang duduk di hadapan (dan selari dengan) menara. Savonis adalah model VAWT yang bergantung pada bilah berkontur (sudu) untuk menangkap angin dan berputar. Secara amnya mereka mempunyai kecekapan rendah, tetapi mempunyai faedah untuk memulakan diri sendiri. Jenis turbin ini sering menjadi sebahagian daripada operasi angin di atas bumbung atau dipasang di kapal laut.
Model Darrieus, juga dikenal sebagai turbin "Eggbeater", dinamai sempena penemu Perancis yang mempelopori reka bentuk - Georges Darrieus. Model VAWT ini menggunakan rangkaian bilah menegak yang duduk selari dengan sokongan menegak. Secara amnya kecekapan rendah, memerlukan rotor tambahan untuk mula berpusing, menghasilkan daya kilas tinggi, dan memberi tekanan tinggi di menara. Oleh itu, mereka dianggap tidak boleh dipercayai semasa reka bentuk berjalan.
Sejarah Pembangunan:
Tenaga angin telah digunakan selama ribuan tahun untuk mendorong layar, kincir angin berkuasa, atau untuk menghasilkan tekanan untuk pam air. Contoh yang paling awal diketahui berasal dari Asia Tengah, di mana kincir angin yang digunakan di Parsi kuno (Iran) bertarikh antara 500 - 900 Masehi. Teknologi ini mula muncul di Eropah pada abad pertengahan, dan menjadi ciri umum pada abad ke-16.
Menjelang abad ke-19, dengan pengembangan tenaga elektrik, turbin angin pertama yang mampu menjana elektrik telah dibina. Yang pertama dipasang pada tahun 1887 oleh ahli akademik Scotland, James Blyth untuk menerangi rumah percutiannya di Marykirk, Scotland. Pada tahun 1888, penemu Amerika Charles F. Brush membina turbin angin automatik pertama untuk menggerakkan kediamannya di Cleveland, Ohio.
Menjelang awal abad ke-20, turbin angin mula menjadi alat umum untuk menghidupkan rumah di kawasan terpencil (seperti ladang). Pada tahun 1941, turbin angin kelas megawatt pertama dipasang di Vermont dan dipasang pada grid utiliti tempatan. Pada tahun 1951, Inggeris memasang turbin angin utiliti-grid yang pertama di Kepulauan Orkney.
Menjelang tahun 1970-an, penyelidikan dan pengembangan teknologi turbin angin berkembang pesat berkat krisis OPEC dan protes menentang tenaga nuklear. Pada dekad berikutnya, persatuan dan pelobi yang berdedikasi untuk tenaga alternatif mula muncul di negara-negara Eropah barat dan Amerika Syarikat. Menjelang dekad terakhir abad ke-20, usaha serupa muncul di India dan China kerana pencemaran udara yang semakin meningkat dan peningkatan permintaan untuk tenaga bersih.
Kuasa angin:
Berbanding dengan bentuk tenaga boleh diperbaharui yang lain, tenaga angin dianggap sangat dipercayai dan stabil, kerana angin konsisten dari tahun ke tahun dan tidak berkurang pada waktu puncak permintaan. Pada mulanya, pembinaan ladang angin adalah usaha yang mahal. Tetapi berkat peningkatan baru-baru ini, tenaga angin telah mulai menetapkan harga puncak di pasaran tenaga borong di seluruh dunia dan memotong pendapatan dan keuntungan industri bahan bakar fosil.
Menurut laporan yang dikeluarkan oleh Jabatan Tenaga pada bulan Mac 2015, pertumbuhan tenaga angin di Amerika Syarikat dapat menyebabkan pekerjaan yang lebih mahir dalam banyak kategori. Berjudul "Visi Angin: Era Baru untuk Tenaga Angin di Amerika Syarikat", dokumen tersebut menunjukkan bahawa menjelang 2050, industri ini dapat menyumbang sebanyak 35% dari pengeluaran elektrik AS.
Sebagai tambahan, pada tahun 2014, Majlis Tenaga Angin Global dan Greenpeace International berkumpul untuk menerbitkan laporan berjudul “Global Wind Energy Outlook 2014”. Laporan ini menyatakan bahawa di seluruh dunia, tenaga angin dapat menyediakan sebanyak 25 hingga 30% tenaga elektrik global pada tahun 2050. Pada saat penulisan laporan ini, pemasangan komersial di lebih dari 90 negara memiliki total kapasiti 318 gigawatt (GW), yang menyediakan kira-kira 3.1% bekalan global.
Ini menunjukkan peningkatan kadar adopsi hampir enam belas kali lipat sejak tahun 2000, ketika tenaga angin menyumbang kurang dari 0,2%. Cara lain untuk melihatnya adalah dengan mengatakan bahawa bahagian pasaran tenaga angin telah meningkat dua kali ganda dalam masa kurang dari 15 tahun. Ini meletakkannya di tempat kedua setelah tenaga suria, yang meningkat dua kali ganda dalam tempoh yang sama, tetapi masih mengekori angin dari segi bahagian keseluruhan pasarannya (sekitar 1% pada tahun 2014).
Dari segi keburukannya, satu masalah yang selalu ditimbulkan adalah kesan turbin angin terhadap hidupan liar tempatan, dan gangguan kehadiran mereka terhadap landskap tempatan. Walau bagaimanapun, kebimbangan ini sering ditunjukkan oleh kumpulan minat dan pelobi yang berminat untuk memburukkan kuasa angin dan sumber tenaga boleh diperbaharui yang lain.
Sebagai contoh, sebuah kajian tahun 2009 yang dikeluarkan oleh Makmal Tenaga Diperbaharui Nasional menetapkan bahawa kurang dari 1 ekar per megawatt terganggu secara kekal oleh pembinaan ladang angin berskala besar, dan kurang dari 3.5 ekar per megawatt terganggu untuk sementara waktu. Kajian yang sama menyimpulkan bahawa impaknya agak rendah pada hidupan liar burung dan kelawar, dan kesimpulan yang sama berlaku untuk platform luar pesisir.
Di seluruh dunia, pemerintah dan masyarakat setempat berusaha untuk mendapatkan tenaga untuk memenuhi keperluan tenaga mereka. Di era kenaikan harga bahan bakar, kebimbangan yang semakin meningkat terhadap Perubahan Iklim, dan peningkatan teknologi, ini hampir tidak mengejutkan. Pada kadar penggunaannya sekarang, ia mungkin menjadi salah satu sumber tenaga terbesar pada pertengahan abad ini.
Dan pastikan untuk menikmati video ini mengenai turbin angin, milik Pusat Penyelidikan Lewis NASA:
Kami telah menulis banyak artikel menarik mengenai turbin angin dan tenaga angin di sini di Space Magazine. Inilah Apakah Tenaga Alternatif ?, Apa itu Bahan Bakar Fosil ?, Apakah Jenis Tenaga Boleh Diperbaharui yang Berbeza ?, Tenaga Angin di Lautan (dengan Bantuan dari Angkasa), dan Mungkinkah Dunia Bergerak dengan Tenaga Suria dan Angin?
Untuk maklumat lebih lanjut, lihat artikel How Stuff Works mengenai sejarah dan mekanik tenaga angin dan halaman Greenspace NASA.
Astronomi Cast juga mempunyai beberapa episod yang berkaitan dengan subjek. Inilah Episod 51: Bumi dan Episod 308: Perubahan Iklim.
Sumber:
- Wikipedia - Turbin Angin
- NASA - Angin Perubahan
- Jabatan Tenaga - Bagaimana Turbin Angin Berfungsi?
- Agensi Maklumat Tenaga A.S. - Jenis Turbin Angin
