Layangan Raksasa Pemburu Angin Jadi Solusi Energi Hijau Dunia

Sistem energi udara dapat mencapai ketinggian hingga 800 meter, jauh di atas kincir angin sekitar 300 meter. Secara teoritis, energi tenaga angin dapat menghasilkan 4,5 kali lebih besar dari yang dikumpulkan di daratan.

Lihatlah ke langit biru di pantai pasir putih Mauritius, Afrika timur, dan Anda mungkin melihat layang-layang raksasa terbang. Bentuknya seperti yang digunakan oleh paraglider atau peselancar layang-layang, tetapi ukurannya sebesar apartemen tiga kamar tidur, melingkari angka delapan di atas kepala.
Layang-layang itu bukanlah daya tarik wisata tapi untuk menghasilkan energi listrik negara kepulauan di lepas pantai timur Afrika ini.
Diluncurkan pada Desember 2021 oleh perusahaan Jerman, SkySails Power, layang-layang besar ini adalah sistem energi angin udara komersial pertama yang sepenuhnya otonom di dunia.
Selama dua bulan terakhir, perusahaan itu mengatakan, telah menghasilkan sedikit di bawah target 100 kilowatt - biasanya cukup untuk memberi daya hingga 50 rumah. Jumlah itu memang hanya sebagian kecil dari permintaan listrik di pulau itu, tetapi, SkySails berharap, cara ini akan menjadi pilihan yang tepat di masa mendatang.
Saat dunia menuju emisi nol bersih, hampir setiap jalur produksi listrik masa depan melirik potensi besar dari angin. Asosiasi Energi Internasional memperkirakan energi angin akan meroket 11 kali lipat pada 2050, dengan angin dan matahari bersama-sama menyumbang 70 persen dari kebutuhan listrik planet ini.
Berkat bertambahnya jumlah turbin angin yang menghiasi ladang dan punggung bukit di seluruh dunia, biaya energi tenaga angin telah anjlok sekitar 40 persen selama dekade terakhir.
Tetapi beberapa ahli mengatakan turbin besar itu tidak selalu merupakan solusi terbaik. Turbin itu bisa menjadi mahal atau terkadang secara logistik tidak mungkin dipasang di lokasi terpencil atau perairan dalam, dan tidak dapat mencapai ketinggian di mana angin bertiup paling kencang.
Untuk memanen energi angin, kuncinya mungkin adalah dengan menerbangkan layang-layang.
Lusinan perusahaan dan segelintir institusi akademis sekarang sedang menyelidiki sejumlah besar opsi udara. Opsi ini berkisar dari sayap lembut yang mengubah sentakan dan tarikan pada garis layang-layang menjadi energi yang berguna, hingga menerbangkan alat berat kompleks yang membawa turbin dan generator ke udara dan mengalirkan listrik ke tambatan.
"Sistem udara ini memiliki beberapa keunggulan utama," kata Lorenzo Fagiano, seorang insinyur di Polytechnic University of Milan, yang menjadi anggota dewan asosiasi industri Airborne Wind Europe, yang didirikan pada 2019.
Di beberapa negara, lahan yang cocok untuk ladang angin semakin menipis. Ladang angin biasanya membutuhkan 29 hektare untuk menghasilkan satu megawatt. Jauh lebih besar jika dibandingkan dengan lima hektare untuk pembangkit bahan bakar fosil.
Dan, lokasi yang ideal untuk mendapatkan angin yang kencang terbatas. "Tempat pertama berada di tempat terbaik, dan tempat terbaik terbatas," kata Cristina Archer, direktur Pusat Penelitian Angin di Universitas Delaware.

Murah dan Praktis
Sementara itu Fagiano mengatakan bahwa, semakin tinggi Anda terbang, semakin cepat anginnya. "Kecepatan angin yang meningkat dua kali lipat akan menghasilkan delapan kali lipat energi," kata Fagiano.
Sistem energi udara dapat mencapai ketinggian hingga 800 meter, jauh di atas kincir angin tertinggi yang mencapai 200-300 meter.
Secara teoritis, energi tenaga angin pada ketinggian tertentu diperkirakan menghasilkan setidaknya 4,5 kali lebih besar dari apa yang dikumpulkan di permukaan tanah.
"Terlebih lagi, sistem ini relatif murah dan praktis karena mudah membawa sayap layang-layang ke lokasi terpencil," tambah Fagiano.
Alat ini dapat disimpan dalam kotak dan diterbangkan di mana pun ada jalan atau dermaga. Layang-layang raksasa juga dapat ditambatkan ke tongkang berlabuh di perairan dalam, di mana turbin angin tradisional tidak dapat berdiri kokoh.
Ketinggian alat ini dapat disesuaikan, sehingga mereka dapat dipindahkan ke atas atau ke bawah ke mana pun angin bertiup paling kencang, yang sering berubah seiring musim.
"Ide yang bagus," Archer setuju. "Daya tariknya adalah kesederhanaannya dalam hal bahan dan biaya.Tapi layang-layang tidak akan menggantikan tenaga angin konvensional," kata Archer.
Para pendukungnya membayangkan, ladang angin yang menampung ratusan layang-layang mengapung di atas kapal tongkang di perairan dalam jauh di lepas pantai. Sayap tunggal atau susunan yang lebih kecil dapat membentang untuk membantu memberi daya pada pulau-pulau terpencil, instalasi militer sementara, atau operasi penambangan di pegunungan.
Ide-ide ini telah ada selama beberapa dekade, tetapi jalan untuk menggunakan layang-layang, sayap atau pesawat nirawak untuk menangkap energi angin, naik turun.
Pada 2020, misalnya, sebuah perusahaan energi angin udara yang diakuisisi oleh Google menghentikan operasinya karena masalah komersialisasi teknologi.
Tetapi yang lain mengejar versi teknologi yang lebih ringan dan lebih sederhana, seperti SkySails, sekarang mulai komersial.
Laporan Kementerian Energi AS pada 2021 kepada Kongres menyimpulkan bahwa tenaga angin di udara memiliki banyak potensi, dengan sistem seperti itu kemungkinan akan mampu mengumpulkan energi dengan urutan yang sama seperti sistem angin berbasis darat di AS.
Namun, laporan tersebut menambahkan, teknologi tersebut masih harus melewati perjalanan panjang sebelum dapat menjadi bagian penting dari solusi energi nasional. I-1

Teknologi untuk Tarik Kapal di Lautan

SkySails sebenarnya dimulai kembali pada 2001 dengan tujuan yang berbeda yaitu membangun sayap layang-layang yang lembut untuk menarik kapal di laut.
Industri perkapalan secara tradisional bergantung pada bahan bakar fosil berpolusi yang disebut bahan bakar bunker, dan gagasannya adalah bahwa sayap itu dapat, seperti layar kuno, membantu mengurangi kebutuhan bahan bakar kapal secara dramatis.
Sekarang, dengan persyaratan yang lebih ketat dari Organisasi Maritim Internasional PBB untuk mengurangi emisi kapal, perusahaan lain, termasuk spin-off dari Airbus, membuat sayap untuk membantu menarik kapal besar.
Namun pada 2015, SkySails mengalihkan fokus untuk memproduksi listrik dengan SkySails Power. Sistem SkySails, seperti beberapa lainnya yang sedang dikembangkan, bergantung pada sayap mirip parasut seluas 150 meter persegi, untuk mengendarai angin.
Tidak ada turbin di udara, dan tambatannya bukan kabel listrik. Sebaliknya, energi yang dihasilkan berada di daratan, dari tarik-menarik pada garis.
"Rem pada mesin yang menghasilkan listrik," kata Fagiano.
Perangkat lunak menerbangkan layang-layang secara mandiri dalam pola angka delapan untuk mendapatkan tarikan sekuat mungkin dalam menghasilkan energi. Sistem kemudian mengubah pola terbang sayap sehingga dapat ditarik dengan hambatan minimal, menghabiskan sedikit energi untuk memutarnya kembali.
Pola ini berulang, menciptakan jauh lebih banyak energi daripada yang dikonsumsi. Kedengarannya sederhana, dan sistem pembangkit listriknya cukup standar.
Tetapi Stephan Brabeck, kepala teknologi di SkySails, mengatakan bahwa timnya membutuhkan waktu sekitar tujuh tahun untuk menyempurnakan perangkat lunak terbang itu, terutama agar sayap dapat mendarat dan diluncurkan dengan aman secara mandiri.
Mereka sekarang telah membuat dan menjual lima unit, kata Brabeck, dengan yang pertama beroperasi di Mauritius.
Mereka percaya sayap harus mendarat sekitar 14 kali setahun karena hujan lebat, angin yang tidak sesuai atau badai petir.
"Badai yang kerap terjadi membuat pulau-pulau tidak cocok untuk turbin angin tradisional," kata Brabeck, seorang insinyur dirgantara. "Sementara, sistem layang-layang tidak terlalu mengganggu di kaki langit dibandingkan turbin tradisional dan juga lebih tenang," kata Brabeck.
Dan itu masuk akal secara ekonomi, katanya, bagi siapa pun yang saat ini membayar lebih dari 4.000 rupiah per kilowatt dari generator diesel.
Tapi ada tantangan dari sistem udara. Turbin angin dapat membunuh atau melukai burung yang bermigrasi, dan bagaimana burung akan bereaksi terhadap layang-layang ini. "Tantangan ini belum dipelajari dengan baik," ucap Fagiano.
SkySails sedang melakukan studi. Penambatan pada sistem semacam itu, catat Archer, secara teoritis dapat membuat drone atau bahkan pesawat kecil tersandung.
Dan jika tambatan rusak atau sistem panduan gagal, sistem dapat jatuh ke tanah. Itu mungkin bukan masalah besar untuk sayap lunak, namun perusahaan lain sedang mengejar sayap keras seperti pesawat layang gantung daripada paraglider.
Alat ini memang bisa lebih efisien dan memiliki kontrol yang lebih baik, tetapi tabrakan bisa menjadi masalah yang lebih besar, sehingga lebih baik untuk penggunaan lepas pantai.
"Pada dasarnya, mereka adalah pesawat terbang," kata Fagiano. "Mereka harus mencapai tingkat keandalan yang mendekati pesawat sipil," imbuh dia.
Pilihan ketiga yang lebih ambisius adalah membuat drone bersayap keras yang memiliki turbin angin besar dan generator dan mengirimkan listrik ke tambatan.
Opsi ini akan menghasilkan energi yang lebih konsisten (tanpa perlu memutar antara produksi energi dan pengeluaran energi), tetapi ini sulit untuk dipecahkan.
"Kita berbicara tentang teknologi yang benar-benar baru dengan banyak aspek," kata Fagiano. "Turbin baru. Semuanya baru," tambah dia.
Google mengambil satu proyek semacam itu, yang dipimpin oleh Makani Technologies, pada 2013. Mereka melakukan beberapa uji coba yang sukses, tetapi nilai ekonomi tidak bertambah, dan pada 2020 proyek Makani ditutup.
Google merilis film YouTube tentang pengalaman tersebut dan membuat semua penelitian hingga paten Makani tersedia secara gratis. Banyak perusahaan lain sekarang berlomba untuk melanjutkan yang Google tinggalkan, atau untuk menemukan solusi yang lebih baik.
Ini termasuk Kitepower yang berbasis di Belanda, yang memiliki proyek di Karibia, dan Kitemill yang berbasis di Norwegia, yang bertujuan untuk membuat sistem skala megawatt.
Yang lain bahkan merancang sistem serupa yang bekerja di bawah prinsip yang sama, tetapi di dalam air, bukannya di udara, menggunakan arus laut alih-alih angin untuk menggerakkan peluncur kapal selam di angka delapan.
SkySails berencana untuk menguji sistem ladang angin di Midwest AS sebelum bergerak ke lepas pantai.
"Anda membutuhkan banyak ruang," kata Brabeck.
Ketika aktivitas komersial meningkat, kata Fagiano, salah satu rintangan terbesar adalah peraturan: aturan wilayah udara tidak dirancang untuk mengakomodasi sayap ini.
"Selama tidak ada teknologi, mereka tidak membuat peraturan. Tanpa peraturan, sulit bagi perusahaan untuk mengumpulkan uang.Dengan produk percontohan komersial pertama sekarang di luar sana, di lokasi terpencil, biayanya sudah cukup kompetitif," kata Fagiano.
Jika sistem angin udara mulai diproduksi secara massal, dia yakin energi akan menjadi sangat terjangkau.
"Tetapi, pertanyaannya, apakah kita pernah mencapai produksi massal?" ucap dia. BBC/I-1