Pembangkit Listrik Bertenaga Angin: Sebuah Alternatif Cerdas bagi Negeri Kepulauan

Dewasa ini pengembangan dan penggunaan energi terbarukan (renewable energy) makin menjadi hal yang sangat penting. Apalagi dengan makin mengglobalnya isu emisi CO2 yang kontra terhadap pelestarian lingkungan global. Gegap-gempita upaya diversifikasi sumber energi tak pelak merambah Indonesia menyusul ditandatanganinya Inpres No.1/2006 tentang Penyediaan dan Pemanfaatan Bahan Bakar Nabati. Tentu ini merupakan kondisi yang positif, momentum yang tepat bagi seluruh komponen bangsa terkait, untuk segera memikirkan dan mengambil langkah serius guna pengembangan sumber energi alternatif masa depan.

Dalam konteks Indonesia, sebenarnya ada sumber energi alternatif yang sudah sejak lama terlupakan, seperti potensi gelombang, arus atau angin laut di wilayah perairan Indonesia yang sangat melimpah. Sebagai negara kepulauan terbesar di dunia, dengan dua per tiga wilayahnya berupa lautan, maka tingkat ketersediaan sumber energi tersebut secara alamiah tak perlu diragukan lagi. Gelombang laut misalnya, telah menjadi sebuah potensi raksasa untuk memproduksi sumber energi yang bersih dan suatu perkiraan potensi sumberdayanya di seluruh dunia bisa mencapai antara 1 hingga 10 TW. Di samping itu, ladang-ladang pembangkit tenaga angin tidak lama lagi juga akan menjadi sangat prospektif sebagai sumber energi masa depan dunia.

Di antara negara-negara di kawasan Asia, yang tengah menggarapnya dengan serius akan potensi energi angin lepas pantai yang besar ini adalah Jepang. Berdasar minimnya sumber kekayaan mineral dan potensinya sebagai sebuah negara kepulauan, penelitian-penelitian serius dan aplikatif dalam bidang ini telah dan sedang dilakukan demi ketersediaan sumber energi mereka di masa depan.

Perkembangan Teknologi Turbin Angin
Turbin angin pertama sebagai pembangkit listrik adalah berupa sebuah kincir angin tradisional yang dibuat oleh Poul la Cour di Denmark lebih dari 100 tahun yang lalu. Berikutnya baru di awal abad ke-20, mulai ada mesin eksperimental untuk turbin angin ini. Pengembangan lebih serius baru dilakukan pada saat terjadi krisis minyak pada era 1970-an, dimana banyak pemerintah di seluruh dunia mulai menggelontorkan dana untuk riset dan pengembangan sumber energi alternatif. Di awal 80-an, terlihat pengembangan utama dilakukan di California dengan pembangunan ladang pembangkit listrik turbin angin dengan ratusan turbin kecil, sehingga sampai akhir dekade tsb sudah terbangun 15.000 turbin angin dengan kapasitas pembangkit total sebesar 1.500 MW di daerah itu (Ackermann & Ser, 2000). Namun seiring dengan makin stabilnya harga minyak dunia di era 80-an tsb yang diikuti dengan pemangkasan subsidi pemerintah untuk dana pengembangan turbin angin ini, maka banyak perusahan turbin angin mulai gulung tikar.

Namun hal ini tidak terjadi di Denmark, dimana pemerintah tetap mendukung secara kontinyu serta mengawal pengembangan teknologi turbin angin ini. Akibatnya teknologi dasar mereka tetap terpelihara dan tidak menghilang. Sehingga pada saat pasar energi angin kembali menguat di awal 90-an, banyak perusahaan yang bergerak dalam bidang ini mampu merespon dengan cepat, walhasil mereka cukup berhasil mendominasi pasar hingga saat ini. Dari sini dapat kita catat bahwa dasar keberuntungan dari energi terbarukan untuk saat ini adalah lebih berdasar pada kebutuhan yang solid untuk pengurangan perubahan iklim dan meningkatnya otonomi energi, bukan pada fluktuasi alami dari harga minyak dunia.

Sejauh ini, sebagian besar ladang turbin angin yang terpasang masih di daratan. Hasil studi yang dilakukan oleh DEWI tahun 2004 yang lalu, "WindEnergy-Study 2004-Assesment of the Wind Energy Market until 2012", menunjukkan optimisme bahwa pelipatgandaan kapasitas terpasang turbin angin di seluruh dunia dari 4~150.000 MW bisa tercapai (Gambar 1-kiri). Hasil studi pasar lainnya oleh BTM Consult ApS di tahun yang sama, "World Market update 2003", juga menunjukkan kecenderungan yang serupa. Hingga sekitar tahun 2002, kapasitas total terpasang untuk turbin angin di darat berkisar 24 GW dan lebih dari 3 tahun terakhir, laju instalasi per tahunnya telah mencapai 4 GW. Saat ini laju rata-rata turbin terpasang secara internasional sudah mendekati 1 MW per unit (Gambar 1-kanan). Dengan keberhasilan pengembangan dalam skala yg ekonomis tersebut, saat ini energi angin sudah mampu bersaing dengan pembangkit listrik tradisional seperti batubara maupun nuklir untuk daerah dimana kaya akan potensi angin.


Gambar 1. Kiri: Pengembangan kapasitas terpasang turbin angin beserta prediksinya hingga tahun 2012 (Klose & Dalhoff, 2005), Kanan: Kapasitas terpasang tahunan dan dimensi rata-rata turbin angin (Henderson et al., 2002a).

Dari sisi teknologi, berbagai konsep disain turbin angin telah banyak dikembangkan hingga saat ini. Sebuah disain turbin "standart" telah diawali khususnya di Denmark dan Jerman yang sudah terbukti dengan baik performansinya dan telah menyebar ke seluruh dunia sejak awal tahun 1980-an. Turbin ini terdiri dari sebuah rotor 3 daun dengan sebuah sumbu penghubung horizontal yang ditopang oleh semacam stuktur tower (Gambar 2). Untuk turbin angin lepas-pantai, beberapa aspek disain tambahan harus diperhatikan, misalnya proteksi terhadap lingkungan yang korosif, masalah pemasangan dan perbaikan turbin di lokasi operasi serta transportasi dan instalasi dari struktur penopangnya (Klose & Dalhoff, 2005).
Seperti terlihat pada Gambar 2, dimensi dari turbin angin telah mengalami pertumbuhan cukup signifikan selama kurun waktu 20 tahun belakangan. Salah satu faktor pembatasnya yang paling penting adalah terletak pada teknolgi produksi dari daun rotor besar yang terbuat dari bahan fiber-reinforced plastics (FRP). Di awal tahun 80-an, output rata-rata dari sebuah turbin angin baru mencapai 30~50 kW. Namun sampai tahun 2005 sudah meningkat pesat hingga mencapai 1.500~2.000 kW untuk diameter rotor rata-rata 80 meter, bahkan bisa mencapai 5.000 kW dengan diameter rotor rata-rata 115 meter.


Gambar 2. Pertumbuhan dimensi turbin angin hingga tahun 2005 (Klose & Dalhoff, 2005).

Saat ini, angin sebagai sebuah sumber energi telah dan sedang tumbuh dengan laju pertumbuhan cukup tinggi, rata-rata per tahun mencapai 25%. Hal ini menjadikannya sebagai satu sumber energi dengan laju pertumbuhan tercepat di dunia sejak 1990. Lima pasar terbesar untuk energi angin saat ini adalah di negara Jerman, Spanyol, Amerika Serikat, Denmark dan India. Dengan ini pula, bahwasanya untuk saat ini, energi angin sudah memiliki daya saing ekonomis, ditambah lagi sifatnya yang tidak menimbulkan polusi, sangatlah menjanjikan sebagai sumber energi alternatif era milenium.

Upaya Negara Jepang
Selain turbin angin yang dipasang di darat (land-based), sudah banyak pula ladang turbin angin lepas pantai (tipe terpancang di dasar laut) yang dibangun di perairan dangkal seperti di wilayah negara-negara Eropa (Henderson et al., 2002a, Zaaijer & Henderson, 2004). Dalam dekade ini, di USA dan Kanada juga dikembangkan beberapa pembangkit energi tenaga angin lepas pantai di perairan Massachusetts (Manwell et al., 2001). Di Jepang, kapasitas kumulatif turbin angin di darat mengalami peningkatan cukup tajam; hingga akhir tahun 2002, kapasitas kumulatifnya mencapai 350 MW. Pemerintah Jepang mematok target nasional pengembangan pembangkit energi angin sebesar 3.000 MW pada tahun 2010 hanya untuk turbin angin darat saja (Kogaki et al., 2003).

Selain itu banyak hasil studi menunjukkan bahwa sumber-sumber angin potensial yang signifikan kebanyakan berada di daerah perairan cukup dalam sehingga teknologi yang saat ini dikembangkan untuk proyek-proyek di Eropa kurang relevan. Sehingga diprediksikan pengembangan turbin angin lepas-pantai di Jepang bakal membutuhkan waktu relatif lebih panjang (Kogaki et al., 2001). Untuk Jepang, karena sebagian besar wilayah perairan lepas pantainya berupa laut dalam, maka diperlukan konsep lain untuk pengembangan turbin angin lepas pantai ini (Henderson et al., 2002b, Kogaki et al., 2003). Dari sinilah kemudian berbagai konsep pengembangan ladang turbin angin lepas-pantai dan terapung untuk perairan dalam bermunculan. Kunci dari teknologi turbin angin terapung ini terletak pada performansi kekuatan struktur dan kehandalan sistim penjaga posisinya (station-keeping system). Sistim tambat catenary konvensional menjadi tidak efektif lagi bila dipakai untuk struktur terapung yang sangat panjang (dalam order kilometer) yang beroperasi di perairan dengan kedalaman ratusan meter.

Kogaki et al. (2003) merumuskan tiga konsep turbin angin lepas-pantai: 1) jenis tepancang di dasar laut untuk daerah dekat pantai (bottom-fixed type for near-shore wind plants), 2) jenis terapung untuk area lepas-pantai (floating type for offshore wind plants), dan 3) jenis turbin angin mampu-layar untuk area lepas-pantai lebih jauh (sailing type for far-shore wind plants). Sementara itu, khusus untuk jenis turbin angin terapung, Henderson et al. (2002b) menawarkan empat jenis konsep struktur penopangnya; 1) jenis Semi-Submersible, 2) jenis struktur Tension Leg Platforms (TLPs) atau Tensioned Buoyant Platforms (TBPs), 3) jenis Spar-buoys dan 4) jenis struktur Spaceframe. Semua jenis struktur ini tidak lain diadopsi dari konsep teknologi anjungan lepas-pantai yang sudah lebih dulu diaplikasikan dalam bidang migas. Di sini akan dijelaskan secara singkat satu konsep turbin angin terapung jenis "Hexa-float" dan satu konsep turbin angin lainnya dari jenis terapung mampu-layar.

Bulan Nopember 2002, sebuah prototype jenis Hexa-float sudah dibuat di perairan Teluk Okinawa. Sebuah komponen struktur pengapungnya berbentuk hexagonal datar dengan panjang sisinya masing-masing 10 meter, massa 480 ton, volume 650 m3 dengan daya apung 170 ton (Gambar 3-kiri). Satu unit turbin angin jenis ini tersusun dari 7 buah hexa-float serta dirancang agar tidak tenggelam meskipun sebagian pengapungnya rusak dan direncanakan mampu untuk menopang sebuah turbin angin berkapasitas 10 kW. Antar unit "hexa-float" dapat dirangkai dengan mudah dan fleksibel dengan fender karet dan kabel, sehingga memungkinkan dibangun suatu gugusan besar hingga membentuk sebuah "mega-float" (Gambar 3-kanan).


Gambar 3. Ladang pembangkit listrik tenaga angin terapung (floating wind farm) dengan sistim Hexa-float; Kiri: prototype Hexa-float dengan dasar bentuk hexagon, panjang sisi 10 m, Kanan: ilustrasi konsep ladang turbin angin terapung kapasitas besar gabungan dari jenis Hexa-float (Kogaki et al., 2003).

Sementara itu untuk turbin angin jenis terapung mampu-layar, Inoue et al. (2005) menggagas konsep baru struktur terapung dengan bentuk yang unik (Gambar 4). Struktur ini tersusun dari kolom-kolom berpenampang sayap (wing shaped struts) dan elemen lambung bawah yang ramping (slender shaped lower hulls) yang diperkirakan akan sangat menjanjikan di masa depan sebagai sebuah ladang turbin angin jenis terapung mampu-layar. Struktur apung ini memiliki kemampuan bergerak mandiri (self-mobile capability) dengan kemampuan manuver yang efektif di wilayah lepas pantai karena adanya gaya angkat yang ditimbulkan oleh elemen-elemen struktur struts-nya.


Gambar 4. Ladang pembangkit listrik tenaga angin terapung mampu-layar (sailing type floating wind farm) dengan sistim tanpa tali tambat (mooring-less system) [Inoue et al., 2005].

Pada prinsipnya, jenis terapung mampu-layar ini diintroduksikan untuk dapat menjangkau daerah lebih-kaya-angin di kawasan lepas-pantai yang lebih jauh, serta mampu memproduksi sumber energi sekunder seperti hidrogen. Sistim ini beroperasi tanpa sistim tali tambat, sehingga diperlukan teknologi baru yang harus dikembangkan yang mana diprediksikan sistim komersialnya baru bisa direalisasikan dalam kurun waktu 10-15 tahun mendatang.

Turbin Angin di Masyarakat
a) Contoh di Amerika
Di Amerika Serikat, sumber-sumber angin banyak dijumpai di sebagian besar wilayahnya, baik dengan potensi sedang hingga besar. Hal ini menyebabkan tenaga angin menjadi sebuah pemasok tenaga listrik potensial dan layak untuk berbagai keperluan. Bahkan turbin angin kecil misalnya, yang berkapasitas di bawah 100 kW, sudah dapat digunakan untuk keperluan skala rumah tangga, ladang-ladang dan kebun, peternakan, perusahaan kecil dan juga untuk telekomunikasi. Sistim turbin angin kecil ini bisa dipergunakan secara mandiri di luar sistim jaringan listrik, dan ini biasa dikenal dengan sebutan aplikasi mandiri (stand-alone) atau luar-jaringan (off-grid). Contohnya, sistim pembangkit kombinasi angin-disel luar-jaringan di daerah terpencil seperti Alaska, terbukti mampu meningkatkan kehandalan sistim dan sekaligus menurunkan ongkos bahan bakar.

Gambar 5. Contoh sebuah turbin angin kecil yang bisa dipergunakan secara mandiri di luar sistim jaringan untuk keperluan skala rumah tangga (Departemen Energi USA, http://www.eere.energy.gov/).

Sementara itu, kategori turbin angin besar (utility-scale) memiliki rentang kapasitas antara 100 kW hingga 1~2 MW. Gabungan dari puluhan hingga ratusan turbin besar ini dapat dihubungkan dengan sistim jaringan listrik untuk membentuk suatu ladang turbin angin yang mampu mensuplai energi listrik untuk sebuah komunitas/daerah yang lebih besar/luas (Gambar 6). Banyak perusahaan penyedia sumber energi melihat bahwa ladang turbin angin ini telah menjelma menjadi sebuah pembangkit energi bersih (clean power) yang ramah lingkungan. Sehingga tidak mengherankan bila saat ini jumlah ladang angin di USA makin bertambah dengan cepatnya.



Gambar 6. Kiri: Foto sebuah ladang turbin angin di daerah Alaska-USA, Kanan: Ilustrasi gabungan dari puluhan hingga ratusan turbin angin skala besar yang dihubungkan dengan sistim jaringan listrik untuk membentuk suatu ladang turbin angin (Departemen Energi USA, http://www.eere.energy.gov/).

Dengan demikian, selain tenaga angin telah mampu berkontribusi dalam menciptakan lingkungan yang lebih baik dengan menghasilkan jenis energi-bersih, juga potensial untuk turut memperkuat ekonomi dengan menciptakan lapangan kerja baru dalam lingkup bidang energi angin ini. Di samping itu keberadaannya akan makin memperkuat ketahanan energi dengan menyediakan sumber energi domestik yang handal dan mandiri.

b) Contoh di Indonesia
Lain di Amerika, lain pula di Indonesia. Sebuah pilot project sederhana bertemakan renewable energy telah dimulai oleh kolega penulis di ITS, Ridho Hantoro ST., MT., hingga memenangkan Brits Award for Poverty Alleviation 2006. Proyek ini adalah pembuatan turbin angin pembangkit listrik di Pulau Sapeken, Kabupaten Sumenep, Jawa Timur. Turbin angin berdiameter rotor 4 meter dengan 6 buah daun aluminium ini mampu menghasilkan daya hingga 1 kW dengan tiang penopang setinggi 8 meter.

Latar belakang sosial dan teknis pembuatan turbin angin ini antara lain: 1) Pulau Sapeken sangat kecil, bahkan lebih kecil dari kampus ITS (luas areal ITS 180 hektar), namun penduduknya cukup padat. Keberadaan listrik disana sangat memprihatinkan. Listrik hanya dinyalakan dari jam 17.00 hingga 06.00. Kalau kena black out, tidak ada listrik sama sekali disana. 2) Sapeken termasuk pulau terpencil, untuk mencapainya harus menggunakan kapal perintis yang hanya beroperasi sepuluh hari sekali. Hal ini menyebabkan pasokan bahan bakar termasuk solar pun langka sehingga harganya menjadi sangat mahal. Keberadaan diesel yang dimiliki beberapa penduduknya juga tak banyak membantu karena harga solar yang mahal. 3) Karena posisinya yang berbatasan dengan laut, kecepatan angin di pulau ini sangat kencang yakni sekitar 4-5 meter per detik.

Uji coba terhadap Turbin angin dengan komponen local content ini mencatat tegangan keluaran sebesar 70 Volt, dengan daya yang dihasilkan berkisar 0,7 hingga 1 kW. Energi listrik dari turbin ini sudah dapat dipakai untuk penerangan jalan di sekitar Kecamatan. Permintaan pemasangan turbin angin serupa sudah mulai muncul dari masyarakat sekitar (ITS Online, 2006).

Kalau kita berpikir bahwa Indonesia memiliki sekitar 17.508 pulau (data dari Indonesian Naval Hydro-Oceanographic Office) dan pada kenyataannya operasional PLN tidak sanggup untuk membiayai pemasangan listrik hingga ke pulau-pulau terpencil seperti ini, maka teknologi sederhana seperti ini tentu sangat relevan untuk dikembangkan dan digalakkan. Edukasi pada masyarakat tentang pemahaman bahwa angin juga bisa menghasilkan energi listrik perlu dipahami sebagai suatu kebutuhan urgen yang harus segera direalisasikan secara intensif, bertahap dan berkelanjutan.

Penutup
Demikian uraian singkat tentang perkembangan teknologi turbin angin baik untuk aplikasi di daratan maupun di daerah lepas-pantai. Kegigihan dan keseriusan Jepang dalam mengembangkan teknologi ini patut dijadikan contoh dan teladan bagi kita demi ketahanan energi kita di masa datang. Saat ini energi angin tidak hanya berpotensi untuk keperluan skala besar, namun sudah kompetitif untuk aplikasi dalam masyarakat umum. Untuk Indonesia, tentu kondisi seperti di Pulau Sapeken tersebut tidak berbilang sepuluh, dua puluh; akan tetapi ratusan bahkan ribuan, bukan? Sampai kapan kondisi demikian dibiarkan?

Dengan penuh harapan, "tren bahan bakar nabati" yang terjadi saat ini tidak melalaikan kita akan potensi sumber energi lainnya seperti energi angin, yang mana tidak ada polemik lagi perihal ketersediaannya, yang belum tergarap secara optimal. Melalui momentum Inpres No.1/2006 tersebut justru seharusnya mampu menciptakan peluang-peluang lainnya dalam rangka penganekaragaman sumber energi, jangan malah mengebiri ruang-ruang pengembangan lainnya secara regulatif yang sistematis. Semoga saja.

Daftar Pustaka
Ackermann, T. & Ser L., 2000, "Wind energy technology and current status: a review", Renewable & Sustainable Energy Reviews, Vol. 4, 2000.

Henderson, A.R., Morgan, C., Barthelmie, R., Smith, B., Sorensen, H.C. and Boesmans, B., 2002a, "Offshore Wind Energy 乏eview of the State-of the Art", ISOPE-2002, pp.494-498, Japan.

Henderson, A.R., Leutz, R. and Fujii, T., 2002b, "Potential for Floating Offshore Wind Energy in Japanese Waters", ISOPE-2002, pp.505-512, Japan.

ITS Online, 2006, "Rancang Wind Turbin Generator, Raih Brits Award", 23 November 2006, 15:23:11, www.itc.ac.id.

Klose, M., and Dalhoff, P., 2005, "Certification of Offshore Wind Farms", ISOPE-2005, pp. 449-456, Korea.

Kogaki, T., Matsumiya, H. and Nagai, M., 2003, "Technical and Economic Aspects of Offshore Wind Energy Development in Japan", ISOPE-2003, pp.289-293, USA.

Kogaki, T., Matsumiya, H., Ushiyama, I., Nagai, H., Higashino, M., Iwasaki, N., Nakao, T., Ogawa, S., 2001, "Prospect of Offshore Wind Energy Development in Japan, European Special Topic Conference on Offshore Wind Energy", Brussels, December 2001.

Manwell, J.F., Rogers, A., McGowan, J.G., 2001, "Assessment of the Massachusetts Offshore Wind Energy Resource", European Wind Energy Conference, Copenhagen, July 2001.

Zaaijer, M.B. and Henderson, A.R., 2004, "Review of Current Activities in Offshore Wind Energy", ISOPE-2004, Toulon, pp.101-108.

Rudi Walujo Prastianto,
Dosen Jurusan Teknik Kelautan, ITS Surabaya.
Mahasiswa Program Doktor di Department of Marine System Engineering, Osaka Prefecture University - JAPAN. Peneliti bidang Teknologi Bangunan Lepas-pantai Laut-dalam (Deepwater Offshore Structures Technology).