Sebagai sumber energi bersih dan terbarukan, tenaga angin semakin menjadi kekuatan penting dalam transisi energi global.

Turbin angin adalah perangkat yang mengubah energi angin menjadi tenaga mekanik, menggerakkan rotor untuk berputar dan menghasilkan tenaga listrik.

Ketika Anda mendengar "turbin angin," apakah Anda langsung membayangkan "baling-baling tiga klasik berwarna putih"? Selain desain ikonis ini, turbin angin memiliki berbagai bentuk menarik.

Mengapa tiga baling-baling? Windmill, sebagai pendahulu turbin angin, memainkan peran penting dalam drainase di Belanda, menjadi terkenal di seluruh dunia. Gambar windmill Belanda berbaling-baling empat sangat tertanam dalam pikiran orang. Windmill multi-baling-baling untuk pemompaan air juga populer di Amerika Barat. Banyak baling-baling dapat menghasilkan daya yang lebih besar untuk roda angin secara keseluruhan, memberikan daya yang lebih besar.

Jadi mengapa turbin angin menjadi tiga baling-baling bukan empat atau lebih?

Jumlah baling-baling tidak secara langsung mempengaruhi efisiensi pemanfaatan energi. Sebaliknya, terlalu banyak baling-baling dapat mengganggu aliran udara, mengurangi efisiensi pemanfaatan energi angin. Alat pemanfaatan energi angin dapat menangkap dan memanfaatkan maksimal 59,3% energi kinetik dalam angin. Ini berarti bahkan turbin angin dengan hanya satu baling-baling pun dapat menghasilkan jumlah listrik yang sama.

Namun, turbin angin satu baling-baling belum menjadi mainstream. Satu baling-baling akan menyebabkan ketidakseimbangan ekstrem dalam roda angin, mengancam keselamatan seluruh perakitan turbin angin. Bayangkan sekelompok pakaian yang kusut bersama-sama selama pengeringan putar. Seluruh mesin cuci akan bergetar keras, bahkan mungkin rusak.

Desain simetris dua baling-baling dapat meningkatkan ketidakseimbangan ini, tetapi tetap tidak stabil. Penerapan turbin angin dua baling-baling tetap terbatas sebelum teknologi kontrol beban yang lebih ideal muncul.

Turbin angin tiga baling-baling memecahkan masalah keseimbangan dengan penataan optimal mereka. Namun, "berat" telah menjadi salah satu "titik kesulitan." Sebuah baling-baling turbin angin memiliki berat hingga 20 ton, dan roda angin dengan tiga baling-baling melebihi 60 ton, membuatnya menjadi berat yang besar. Jika ada masalah dengan fondasi tanah, seluruh perakitan bisa terbalik.

Beberapa produsen "memecah" turbin angin menjadi beberapa baling-baling kecil, mengubahnya menjadi konfigurasi multi-kepala, multi-lengan. Pada tahun 2016, pemimpin energi angin Vestas menginstal turbin angin dengan empat roda angin di Technical University of Denmark. Setelah beroperasi diam-diam selama dua tahun, perakitan tersebut sepenuhnya dibongkar. Karena kejarangannya, data terkait tetap sangat berharga, dan dua lembaga tersebut tidak pernah mengungkapkan data apa pun sampai saat ini.

Tanpa baling-baling, tidak masalah

Para ilmuwan tidak puas dengan desain baling-baling biasa dan telah mengusulkan solusi "tanpa baling-baling". Genius listrik legendaris Nikola Tesla pernah mengajukan paten untuk turbin tanpa baling-baling, tetapi tidak pernah terwujud karena kurangnya bahan manufaktur yang cocok. Berdasarkan konsep ini, orang mengembangkan turbin angin tanpa baling-baling dengan penampilan seperti siput. Angin mendorong cakram internal untuk berputar, memberdayakan generator untuk menghasilkan listrik. Namun, turbin angin seperti "Piggy Peppa" ini membutuhkan ketepatan yang ketat saat memproduksi setiap komponen. Selain itu, angin harus sejajar dengan masukannya, membatasi perkembangannya.

Orang mengembangkan turbin angin tanpa baling-baling dengan bentuk "tanduk terbalik" untuk menangkap angin dari semua arah. Terpasang dan digunakan di Kota Hengshui, turbin angin ini dapat menangkap energi angin dari semua arah dan sepenuhnya memanfaatkan angin lembut saat aliran masuk ke dalam dan melewati saluran yang perlahan menyempit, kecepatannya meningkat, akhirnya menggerakkan generator di bagian terkecil untuk menghasilkan listrik.

Selain "mengelabui" angin ke dalam untuk pembangkitan listrik, beberapa perusahaan telah melangkah lebih jauh, kembali ke struktur pilar paling sederhana dan memperkenalkan generator pusaran tanpa baling-baling (Vortex Bladeless). Generator ini memanfaatkan fenomena "jalanan pusaran Kármán": saat udara mengalir, ia membuat pusaran, menginduksi pilar untuk bergetar. Dengan kata lain, pilar bergoyang, dan listrik dihasilkan. Namun, efisiensi model ini sangat terbatas, dan getaran yang berkepanjangan memperburuk keausan material. Sampai saat ini, model ini kurang memiliki kelayakan komersial.