PRESENTED BY : DIAN PUSPITA SARI (04311850010006) CROSS AXIS WIND TURBINE: PUSHING THE LIMIT OF WIND TURBINE TECHNOLOGY WITH COMPLEMENTARY DESIGN AUTHORS : PUBLISHED : Wen-Tong Chong Wan Khairul Muzammil Kok-HoeWong Chin-TsanWang Mohammed Gwani Yung-Jeh Chu Sin-Chew Poh 2017 BY ELSEVIER KEYWORDS : Wind energy Cross axis wind turbine Renewable energy Urban energy system Efficiency Offshore wind turbine As yet, the wind is an untamed, and unharnassed force, and quite possibly one of the greatest discoveries hereafter to be made, will be the taming, and harnessing of it - Abraham Lincoln - Latar Belakang • Meningkatnya jumlah kebutuhan listrik di dunia, membuat negaranegara di dunia mengadopsi teknologi energi terbarukan. • Memanfaatkan energi angin untuk mengurangi penggunaan bahan bakar fosil sebagai salah satu sumber energi energi yang potensial dan melimpah. • Di industri energi angin ada 2 macam turbin berasarkan sisi sumbu putar yaitu HAWT (horizontal axis wind turbine) dan VAWT (vertical axis wind turbine), masing-masing memiliki kekurangan dan kelebihan. Percobaan dilakukan untuk mengoptimalkan kerja turbin dengan memvariasikan bentuk turbin. Latar Belakang • Untuk daerah perkotaan, dimana karaktersitik angin yang unik karena adanya hambatan (contoh : gedung tinggi), membuat VAWT lebih cocok digunakan karena dapat menangkap angin dari berbagai arah dan dalam kondisi yang relatif bervariasi. • Jenis VAWT memiliki koefisien power yang rendah. Untuk saat ini belum ada turbin tipe Darrieus yang didesain untuk mengekstrak energi angin baik dari arah horizontal dan vertikal. Oleh karena itu penelitian akan berfokus pada pengembangan turbin tipe baru dengan menggabungkan vertikal dan horizontal blades. VAWT 1. Drag-based (Savonius) 2. Lift-based (Darrieus) Review singkat perkembangan VAWT (VERTICAL AXIS WIND TURBINE) • Teknologi pada industri energi angin yang sudah terbukti pada awalnya adalah HAWT • VAWT jarang digunakan karena efisiensi rendah • Akhirnya banyak dilakukan penelitian pada VAWT yang fokus pada upaya peningkatan koefisien power. PERKEMBANGAN DAN INOVASI • Tahun 1977, Brulle berhasil melakukan riset dengan hasil biaya membuat VAWT lebih rendah 18-39% dibanding HAWT (hal ini juga dipengaruhi variasi ukuran turbin dan kecepatan rata-rata angin) • Tahun 2017, Govind B. Mempunyai strategi unik untuk menggabungkan antara VAWT dan HAWT. KONSEP DESAIN HORIZONTAL BLADE HUB VERTICAL BLADE CONNECTOR SHAFT BASE Gambar 1. Konsep umum CAWT Bagian-bagian CAWT • 3 vertical blades : terhubung dengan poros melalui connector • 6 connector : terbuat dari plat berbentuk foil • 6 horizontal blades : sebagai penyambung hub dengan vertical blades via connector. • Shaft : poros pusat CAWT yang secara langsung tersambung dengan generator • 2 hub : keduanya melekat pada shaft Gambar 2. CAWT di atas gedung yang tinggi Gambar 3. CAWT dengan guide vane PERCOBAAN DI LABORATORIUM Tabel 1. Parameter desain CAWT Tabel 2. Material yang digunakan Gambar 4. CAWT yang menunjukkan sudut pitch pada horizontal blades VERTICAL BLADE TOP CONNECTOR PITCH angle HORIZONTAL BLADE TOP HUB BOTTOM CONNECTOR BOTTOM HUB PENGATURAN PERCOBAAN 1. Sudut deflector 30 dan 45 derajat terhadap sumbu horizontal pada model CAWT dan HAWT. 2. Pada CAWT, pitch angle pada horizontal blades divariasikan 0 - 15 derajat. 3. Percobaan yang sama dilakukan juga tanpa deflector. Gambar 5. Skema pengaturan percobaan Gambar 6. area pengukuran kecepatan angin (area berbayang) V = 4.5 -+ 0.2 m/s Gambar 7. Prototipe CAWT dan susunan kipas 3 x 3 Untuk menilai performa turbin beberapa faktor yang dihitung adalah : Power coefficient Tip speed ratio HASIL PERCOBAAN Gambar 8. Hubungan Cp dan TSR pada CAWT dengan pitch angle 0-15 derajat serta VAWT konvensional Gambar 9. Hubungan Cp dan TSR pada CAWT dan VAWT konvensional yang diberi deflector • Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa adanya deflector menaikkan performa turbin. Tenaga yang dihasilkan pada turbin yang menggunakan deflector meningkat hingga 183%. Semakin tingginya energi yang dihasilkan juga bisa direlasikan dengan semakin tingginya speed-up factor. Gambar 10. Peak power pada berbagai macam konfigurasi turbin Pengaruh pitch angle pada performa turbin Dengan menggunakan deflector, horizontal blades pada CAWT berinteraksi dengan aliran udara yang terdefleksi menghasilkan Cp yang lebih besar. Secara spesifik, CAWT dapat menghasilkan tenaga 2,8 kali lebih besar daripada VAWT. Gambar 11. Hubungan Cp dengan TSR pada CAWT dan VAWT menggunakan deflector 45 derajat APLIKASI • Pembangunan CAWT membutuhkan dana yang jauh lebih besar daripada VAWT, karena harus membuat lebih banyak komponen. • CAWT lebih baik pada performa dan untuk perawatan tidak terlalu sulit. • CAWT dapat diaplikasikan di negara dengan banyak pulau-pulau kecil seperti Filipina dan Indonesia PENGEMBANGAN Gambar 12. Modifikasi ODGV dengan deflector • CAWT dimodifikasi untuk memiliki ODGV (omni-directionguide-vane), yang berfungsi untuk meningkatkan kecepatan angin yang ditangkap. KESIMPULAN • CAWT dengan pitch angle 15 derajat dan deflector 45 derajat dari sumbu horizontal tercatat menghasilkan Cp tertinggi yaitu 0,0785 pada TSR 0,93. hasil ini sekitar 175% lebih besar dibandingkan dengan VAWT konvensional. Gambar 13. Aplikasi turbin angin HAWT, VAWT, dan CAWT (masih diusulkan) di offshore TERIMA KASIH
