Mohammad A. Al-Rawajfeh dan Mohamed R. Gomaa dalam makalah yang mereka tulis dan diterbitkan pada International Journal of Applied Power Engineering (IJAPE) , volume 12, issue 1, Maret 2023. Penulis mencoba membahas perbedaan dari the vertical axis wind turbine (VAWT) dan horizontal axis wind turbines (HAWT) berdasartkan bentuk dan efisiensi penggunaanya.
Turbin angin memiliki sumbu vertikal, dimana putarannya tegak lurus terhadap arah angin [1]. Rotasi tersebut merupakan hasil dari gaya tarik dan menjadi yang terpenting dalam VAWT [2]. Gambar 1(a) menunjukkan bagian VAWT [3] dan perhatikan bahwa VAWT relatif sederhana dibandingkan dengan HAWT [4], selain itu, VAWT memiliki penopang di antara bilah-bilah rotor dan berputar bersamanya untuk mencapai keseimbangan yang lebih baik, dan kinerja turbin dikendalikan oleh mesin pada kecepatan putaran yang berbeda. Motor juga dapat dimanfaatkan sebagai starter berputar, karena jenis turbin ini tidak dapat memulai sendiri.
Daya penggerak turbin angin horizontal adalah gaya angkat, gaya tarik atau keduanya [5]. Gambar 1(b) menunjukkan bagian utama dari turbin angin dengan sumbu horisontal, arah angin menyerang turbin dari sisi penghubung. Angin tegak lurus karena adanya baling-baling. Bagian yang berputar mendapatkan gaya angkat dan gaya tarik, keduanya digunakan untuk memutar generator dan menghasilkan energi listrik. Di sini ada kendali kemiringan untuk mengatur sudut kemiringan baling-baling untuk menambah atau mengurangi gaya angkat atau gaya tarik, sesuai dengan parameter bagian kendali.
Gambar 2 menunjukkan berbagai jenis turbin angin HAWT dan VAWT. Pada sumbu y, ini menunjukkan koefisien daya, yaitu jumlah energi yang diperoleh turbin dari angin dan mengubahnya secara efektif menjadi energi listrik. Dalam kondisi terbaik, persentasenya tidak melebihi 60%, nilai tertinggi diberikan sebagai batasan nilai yaitu 0.59, koefisien daya juga tergantung pada jumlah bilah, jenis turbin dan kapasitas. Pada gambar tersebut juga terlihat bahwa HAWT secara umum lebih baik dalam mengekstraksi energi dari angin dibandingkan dengan VAWT. Pada sumbu x menunjukkan rasio kecepatan ujung; merupakan kecepatan rotasi bilah di ujung relatif terhadap kecepatan angin non-turbulen yang melewati turbin [6]. Hal ini sama dengan bentuk turbin modern HAWT yang memiliki rasio kecepatan ujung yang lebih besar, yang berarti lebih mudah untuk memilih lokasi pembangunan pembangkit listrik tenaga angin dan jumlah bilah yang lebih sedikit. Rasio kecepatan ujung yang lebih besar, Darrieus VAWT lebih baik daripada desain lama HAWT. Diikuti oleh Gambar 3 yang merupakan varians dalam koefisien daya rotor dan tip speed ratio antara beberapa turbin angin, serta Gambar 3 yang merupakan grafik yang menjelaskan nilai koefisien daya rotor dan tip speed ratio, serta memberikan gambaran perbedaan antara jenis turbin angin.
Tabel 1 menunjukkan beberapa karakteristik dari berbagai macam turbin angin serta karakteristik rotasinya, penggunaan, daya utama yang bekerja, dan efisiensi puncaknya. Seperti yang ditunjukkan pada tabel dan grafik berikut, terdapat perbedaan yang mencolok dalam efisiensi turbin angin berdasarkan sejarah industri. Turbin yang lebih modern semakin efisien. Mesin yang bekerja dengan gaya angkat memiliki efisiensi yang lebih tinggi, juga, peningkatan jumlah bilah rotor diimbangi dengan peningkatan efisiensi sampai batas tertentu. Di sisi lain, peningkatan jumlah bilah menghasilkan lebih banyak tekanan pada turbin dan harus diperhitungkan saat mendesainnya. Disini dapat disimpulkan bahwa HAWT memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada VAWT. Diikuti oleh Gambar 4 yang merupakan grafik yang menjelaskan efisiensi puncak yang berbeda untuk delapan jenis turbin angin.
Redaksi: D. Ilham
Source: International Journal of Applied Power Engineering (IJAPE)
Daftar Pustaka
M. Abkar, “Theoretical modeling of vertical-axis wind turbine wakes,” Energies, vol. 12, no. 1, 2019, doi: 10.3390/en12010010
B. Hand, G. Kelly, and A. Cashman, “Aerodynamic design and performance parameters of a lift-type vertical axis wind turbine: A comprehensive review,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 139, 2021, doi: 10.1016/j.rser.2020.110699.
Y. Jiang, P. Zhao, T. Stoesser, K. Wang, and L. Zou, “Experimental and numerical investigation of twin vertical axis wind turbines with a deflector,” Energy Convers. Manag., vol. 209, 2020, doi: 10.1016/j.enconman.2020.112588.
C. J. Bai and W. C. Wang, “Review of computational and experimental approaches to analysis of aerodynamic performance in horizontal-axis wind turbines (HAWTs),” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 63, pp. 506–519, 2016, doi: 10.1016/j.rser.2016.05.078.
M. Douak, Z. Aouachria, R. Rabehi, and N. Allam, “Wind energy systems: Analysis of the self-starting physics of vertical axis wind turbine, ” Renewable and Suistainable Energy Reviews, vol. 63, pp. 506-519, 2016, doi: 10.1016/j.rser.2016.05.078.
M. Ebrahimpour, R. Shafaghat, R. Alamian, and M. S. Shadloo, “Numerical investigation of the Savonius vertical axis wind turbine and evaluation of the effect of the overlap parameter in both horizontal and vertical directions on its performance,” Symmetry (Basel)., vol. 11, no. 6, 2019, doi: 10.3390/sym11060821.
H. Meena, “Design and Construction of Vertical Axis Wind Turbine Blades,” Int. J. Res. Appl. Sci. Eng. Technol., vol. 10, no. 6, pp. 2673–2675, 2022, doi: 10.22214/ijraset.2022.44170.