Efektifitas Strategi Pengendalian Wake-effect dalam Memaksimalkan Produksi Daya Ladang Turbin Angin

Kurniawan; Hasanudin; Agus Dwiyanto; Rivanda Tyaksa Putra

Kurniawan Institut Teknologi Nasional Yogyakarta
Hasanudin Institut Teknologi Nasional Yogyakarta
Agus Dwiyanto Institut Teknologi Nasional Yogyakarta
Rivanda Tyaksa Putra Institut Teknologi Nasional Yogyakarta

Kata Kunci: Wake-effect, Yaw-offset, pitch, Tip-speed-ratio, Ladang turbin angin

Abstrak

Wake-effect merupakan fenomena interaksi aerodinamis antar turbin pada ladang turbin angin ketika aliran angin terhalang oleh turbin lain di depannya, yang mengakibatkan kehilangan daya total sebesar 10-25%. Wake-effect dapat dikendalikan dengan cara pengaturan sudut yaw-offset, sudut pitch, tip-speed-ratio, ataupun kombinasi. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan sekaligus menentukan strategi pengendalian yang paling efektif dalam memaksimalkan produksi daya total ladang turbin angin. Metode yang digunakan melibatkan analisis dan simulasi dari beberapa strategi pengendalian tersebut dalam mengurangi dampak wake-effect. Penelitian ini menggunakan model wake-effect Gaussian untuk memodelkan pola aliran angin, interaksi antar turbin, dan daya total ladang turbin angin. Data dihasilkan dari simulasi di beberapa skenario kecepatan angin 3 m/s dan 10 m/s, serta jarak antar turbin 7D dan 12D. Hasil menunjukkan bahwa produksi daya total ladang turbin angin meningkat sebesar 11.41%, 2.21%, 0.00%, dan 12.70% untuk pengaturan sudut yaw-offset, sudut pitch, tip-speed-ratio, dan kombinasi dari ketiganya, secara berturut-turut. Studi ini mengidentifikasi bahwa pengaturan kombinasi dari ketiga parameter merupakan strategi yang paling efektif dalam mengurangi dampak wake-effect. Strategi pengendalian wake-effect yang tepat dapat secara signifikan meningkatkan produksi daya total ladang turbin angin, dengan potensi penerapan lebih luas pada ladang turbin angin komersial di masa depan.

Referensi

R. K. Balakrishnan dan S. Hur, "Maximization of the Power Production of an Offshore Wind Farm," Applied Sciences, vol. 12, no. 8, p. 4013, 2022. doi: 10.3390/app12084013

D. Hendrawati, A. Soeprijanto, dan M. Ashari, "Turbine Wind Placement with Staggered Layout as a Strategy to Maximize Annual Energy Production in Onshore Wind Farms," International Journal of Energy Economics and Policy (IJEEP), vol. 9, no. 2, pp. 334-340, 2019. doi: 10.32479/ijeep.7437

B. P. Rak dan R. B. S. Pereira, "Impact of the Wake Deficit Model on Wind Farm Yield: A Study of Yaw-Based Control Optimization," Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 220, p. 104827, 2022. doi: 10.1016/j.jweia.2021.104827

S. Yang, X. Deng, Z. Ti, B. Yan, dan Q. Yang, "Cooperative Yaw Control of Wind Farm Using a Double-Layer Machine Learning Framework," Renewable Energy, vol. 193, pp. 519–537, 2022. doi: 10.1016/j.renene.2022.04.104

C. L. Archer, et al., "Review and Evaluation of Wake Loss Models for Wind Energy Applications," Applied Energy, vol. 226, pp. 1187–1207, 2018. doi:10.1016/j.apenergy.2018.05.085

V. R. Padullaparthi, S. Nagarathinam, A. Vasan, V. Menon, dan D. Sudarsanam, "FALCON- FArm Level CONtrol for Wind Turbines Using Multi-Agent Deep Reinforcement Learning," Renewable Energy, vol. 181, pp. 445-456, 2022. doi: 10.1016/j.renene.2021.09.023

J. W. Lin, W. J. Zhu, dan W. Z. Shen, "New Engineering Wake Model for Wind Farm Applications," Renewable Energy, vol. 198, pp. 1354-1363, 2022. doi: 10.1016/j.renene.2022.08.116

J. Kuo, K. Pan, N. Li, dan H. Shen, "Wind Farm Yaw Optimization via Random Search Algorithm," Energies, vol. 13, no. 4, p. 865, 2020. doi:10.3390/en13040865

J. Sun, et al., "Quantitative Evaluation of Yaw-Misalignment and Aerodynamic Wake Induced Fatigue Loads of Offshore Wind Turbines," Renewable Energy, vol. 199, pp. 71–86, 2022. doi: 10.1016/j.renene.2022.08.137

R. Nash, R. Nouri, dan V. B. H. Ahmad, "Wind Turbine Wake Control Strategies: A Review and Concept Proposal," Energy Conversion and Management, vol. 245, p. 114581, 2021. doi: 10.1016/j.enconman.2021.114581

L. Zhao, L. Xue, Z. Li, J. Wang, Z. Yang, dan Y. Xue, "Progress on Offshore Wind Farm Dynamic Wake Management for Energy," Journal of Marine Science and Engineering, vol. 10, no. 10, p. 1395, 2022. doi: 10.3390/jmse10101395

S. Kurniawan, A. Triwiyatno, dan I. Setiawan, "Optimization of Wind Farm Yaw Offset Angle using Online Genetic Algorithm with a Modified Elitism Strategy to Maximize Power Production," Jurnal Ilmiah Teknik Elektro Komputer dan Informatika, vol. 9, no. 1, pp. 185-199, 2023. doi:10.26555/jiteki.v9i1.25747

C. R. Shapiro, D. F. Gayme, dan C. Meneveau, "Modelling yawed Wind Turbine Wakes: A Lifting Line Approach," Journal of Fluid Mechanics, vol. 841, no. 12, p. R1, 2018. doi:10.1017/jfm.2018.75

R. Jahantigh, S. M. Esmailifar, dan S. A. Sina, "Wind Farm Control and Power Curve Optimization using Induction-Based Wake Model," Measurement and Control (United Kingdom), vol. 56, no. 9-10, pp. 1751-1763, 2023, doi: 10.1177/00202940231180624

A. G. Barcos dan F. P. Agel, "Enhancing Wind Farm Performance through Axial Induction and Tilt Control: Insights from Wind Tunnel Experiments," Energies, vol. 17, no. 1, pp. 0-20, 2024. doi:10.3390/en17010203