Turbin Angin Tanpa Bilah: Masa Depan Energi Bersih

Peneliti dari University of Glasgow secara aktif mengeksplorasi cara untuk meningkatkan daya turbin angin tanpa bilah (BWT). Untuk itu, mereka menyediakan wawasan yang dihasilkan dari simulasi komputer¹ turbin ini, mengidentifikasi desain paling efisien untuk model masa depan.

The researchers said:

“Temuan ini dapat membantu industri energi terbarukan membawa BWT, yang masih berada pada tahap awal penelitian dan pengembangan, dari percobaan lapangan skala kecil ke bentuk praktis pembangkit listrik untuk jaringan listrik nasional.”

Turbin angin tanpa bilah adalah bentuk metode pembangkit energi angin yang sedang berkembang dan terutama diteliti oleh para peneliti. Namun, mereka dengan cepat menarik perhatian, dengan pasar mereka juga tumbuh dengan cepat.

Pada tahun 2022, ukuran pasar global turbin angin tanpa bilah diperkirakan sekitar $60,5 miliar dan diproyeksikan melampaui $116 miliar pada tahun 2030, didorong oleh meningkatnya permintaan energi terbarukan di seluruh dunia.

Berbeda dengan turbin angin konvensional, turbin angin tanpa bilah (BWT) lebih senyap dan memakan ruang yang lebih sedikit. Mereka juga beradaptasi lebih cepat terhadap perubahan arah angin, menjadikannya sangat berguna di lingkungan perkotaan dengan angin turbulen.

Keuntungan besar lainnya dari BWT adalah pengurangan dampak lingkungan, terutama terhadap satwa liar. Untuk burung, turbin dengan bilah meningkatkan risiko tabrakan karena bilah yang berputar cepat dapat tampak seperti kabur atau bahkan tidak terlihat. Turbin tanpa bilah bergerak jauh lebih sedikit, memungkinkan hewan seperti burung menghindarinya dengan lebih mudah.

The low weight and lower center of gravity of BWTs, meanwhile, reduce the need for foundation, in turn, simplifying the installation of bladeless turbines.

Desain yang lebih sederhana dari turbin ini juga memerlukan perawatan yang lebih sedikit dibandingkan turbin normal, sehingga memperpanjang umur pakainya.

Klik di sini untuk mempelajari apakah energi angin benar‑benar dapat memberi daya bagi dunia.

Apa Itu Turbin Angin Tanpa Bilah dan Bagaimana Cara Kerjanya?

Berasal dari sumber daya alam yang dapat memperbaharui diri, energi terbarukan menjadi kunci transisi ke sistem energi yang kurang intensif karbon dan lebih berkelanjutan.

Sumber energi terbarukan meliputi angin, sinar matahari, hujan, gelombang, pasang surut, energi termal, dan biomassa. Sumber‑sumber ini penting tidak hanya untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil tetapi juga untuk mengurangi perubahan iklim.

Di antara sumber energi terbarukan, energi angin merupakan sumber yang tumbuh cepat. Pada tahun 2024, energi terbarukan dan nuklir bersama‑sama menyediakan hampir 41% dari total pembangkit listrik dunia. Di antara energi terbarukan, tenaga surya memberikan kontribusi terbesar, diikuti oleh energi angin yang meningkat menjadi 8,1% dari listrik global.

Menurut International Energy Agency (IEA), tenaga surya PV dan angin diproyeksikan menyumbang 95% dari semua penambahan kapasitas terbarukan hingga 2030.

Untuk memanfaatkan energi angin, biasanya digunakan turbin angin yang mengubah energi mekanik angin menjadi tenaga listrik. Namun, cara alternatif untuk memanfaatkan energi angin adalah melalui desain penangkap energi yang berbasis pada getaran aeroelastik struktur fleksibel.

Selama beberapa dekade terakhir, penangkapan energi aeroelastik semakin populer dengan fokus khusus pada getaran yang diinduksi vortex (VIV) pada benda berbentuk silinder. Teknologi VIV telah menarik minat besar, menghasilkan berbagai model numerik dan penelitian eksperimental.

Getaran yang diinduksi vortex dipicu oleh pelepasan vortex bergantian dari kedua sisi benda. Hal ini menghasilkan gaya angkat dan seret reguler serta osilasi lintas aliran yang besar pada struktur.

Ketika frekuensi pelepasan vortex cocok dengan frekuensi alami struktur, terjadi gerakan tidak stabil dan osilasi dengan amplitudo sangat besar. Perilaku ini dikenal sebagai fenomena lock‑in.

Konsep inovatif untuk memanfaatkan energi angin dengan memanfaatkan osilasi amplitudo tinggi pada struktur yang mengalami VIV dan lock‑in adalah turbin angin tanpa bilah (BWT).

Sebuah BWT berperilaku seperti benda berbentuk silinder yang ditempatkan dalam aliran fluida yang menghasilkan vortex dengan memisahkan aliran dari permukaannya. Dengan cara ini, BWT menunjukkan potensi besar untuk output daya dalam rentang kecepatan angin tertentu. Oleh karena itu, merancang turbin tanpa bilah dengan amplitudo osilasi yang lebih kuat dapat meningkatkan output daya serta rentang kecepatan angin operasional secara bersamaan.

Mengingat potensi BWT dalam mengekstraksi energi terbarukan, upaya memanfaatkan VIV untuk menghasilkan listrik sedang dilakukan pada skala output daya kecil, antara 1 hingga 100 W.

Studi juga telah dilakukan untuk mengevaluasi hubungan antara output daya BWT dan variabel desain seperti panjang tiang, berat, dan kecepatan angin. Selain itu, penelitian sedang mengeksplorasi rentang kecepatan angin operasional BWT melalui sistem penalaan. Namun, kami belum memperoleh kejelasan tentang efisiensi turbin angin tanpa bilah.

Karena angin bukan sumber daya yang terbatas, penting untuk menentukan apakah efisiensi maksimum menghasilkan output daya BWT maksimum.

Namun, belum diketahui apakah daya output dapat ditingkatkan untuk daya angin masuk yang konstan. Selain itu, terdapat kekurangan model interaksi fluida‑struktur pada turbin angin tanpa bilah, yang dapat dengan mudah digunakan untuk mengeksplorasi parameter turbin ini dan menjawab pertanyaan tentang efisiensinya.

Oleh karena itu, studi terbaru oleh peneliti University of Glasgow bertujuan membantu mempercepat inisiatif yang sedang berlangsung dalam memperbesar skala model BWT yang saat ini berskala kecil, untuk aplikasi berskala besar di lokasi lepas pantai.

Penelitian ini menangani pertanyaan tentang efisiensi dan output daya turbin angin tanpa bilah dengan mengembangkan model numerik sederhana untuk memeriksa mekanisme fisik VIV akibat BWT. Para peneliti telah menyediakan kerangka analitis komprehensif, yang mengatasi tantangan kritis dalam mengoptimalkan BWT untuk ekstraksi daya maksimum sambil mempertahankan integritas struktural.

Bisakah Turbin Angin Tanpa Bilah Bersaing dengan Turbin Tradisional?

Turbin angin konvensional dengan bilah telah menjadi cara populer untuk mengubah angin menjadi listrik selama bertahun‑tahun. Turbin ini secara langsung mengubah energi kinetik angin menjadi gerakan rotasi bilah, yang kemudian menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.

Turbin angin tanpa bilah, atau BWT, bekerja dengan prinsip yang berbeda dari turbin berbilah. Prinsip inti di sini adalah VIV, dan alih‑alih bilah, turbin ini menggunakan tiang silindris tinggi dan ramping yang bergetar atau bergoyang di angin.

Untuk membangun turbin angin tanpa bilah (BWT) dengan efisiensi maksimum, tim peneliti dari University of Glasgow menjalankan simulasi desain BWT dalam jumlah ribuan.

Hal ini memungkinkan mereka menemukan titik optimal yang memaksimalkan pembangkitan daya tanpa memengaruhi kekuatan struktur secara negatif. Menurut Dr. Wrik Mallik, dari James Watt School of Engineering:

“Apa yang ditunjukkan studi ini untuk pertama kalinya adalah bahwa, secara kontradiktif, struktur dengan efisiensi tertinggi untuk mengekstraksi energi ternyata bukan struktur yang memberikan output daya tertinggi. Sebaliknya, kami telah mengidentifikasi titik tengah ideal antara variabel desain untuk memaksimalkan kemampuan BWT menghasilkan daya sambil mempertahankan kekuatan strukturalnya.”

Temuan studi memberikan wawasan tentang bagaimana dimensi tiang, termasuk lebar dan tinggi, memengaruhi tidak hanya jumlah daya yang dihasilkan tetapi juga integritas struktural turbin ini.

Ini mengungkapkan kompromi yang sebelumnya tidak diketahui, yaitu bahwa peningkatan diameter tiang meningkatkan efisiensi dan ekstraksi daya sekaligus, dengan efisiensi puncak 6% dan daya maksimum 600 Watt dicapai melalui konfigurasi geometris yang berbeda.

Namun, konfigurasi yang dioptimalkan hanya untuk output daya cenderung melampaui batas keamanan struktural, sementara yang memaksimalkan efisiensi menghasilkan daya yang suboptimal.

Jadi, desain ideal adalah tiang sepanjang 31,4 inci atau 80 sentimeter dengan diameter 25,4 inci atau 65 sentimeter, sebagaimana temuan studi yang dipublikasikan di Renewable Energy.

Keseimbangan optimal antara kekuatan dan daya ini mampu secara aman menghasilkan daya mengesankan sebesar 460 watt, kinerja yang lebih baik daripada prototipe dunia nyata saat ini yang hanya mencapai sekitar 100 watt.

“Di masa depan, BWT dapat memainkan peran tak ternilai dalam menghasilkan tenaga angin di lingkungan perkotaan, di mana turbin angin konvensional kurang berguna.”

– Dr. Malik

Temuan studi dapat berperan penting dalam memastikan keamanan struktur pada angin dengan kecepatan 20 hingga 70 mil per jam (mph). Menurut peneliti, metodologi mereka dapat memungkinkan skala turbin angin tanpa bilah untuk menghasilkan 1.000 watt (1 kilowatt) atau lebih.

Dengan penelitian ini, ide‑nya adalah mendorong industri mengembangkan prototipe baru turbin angin tanpa bilah (BWT) dengan secara jelas menunjukkan desain paling efisien untuk BWT.

“Menghilangkan sebagian tebakan dalam penyempurnaan prototipe dapat membantu membawa BWT lebih dekat menjadi bagian yang lebih berguna dalam kotak peralatan dunia untuk mencapai net‑zero melalui energi terbarukan.”

– Profesor Sondipon Adhikari, James Watt School of Engineering

Menurut Adhikari, para insinyur berencana melanjutkan penyempurnaan pemahaman mereka tentang desain BWT dan bagaimana mereka dapat menskalakan teknologi untuk menyediakan daya di berbagai aplikasi.

Mereka juga “bersemangat” untuk mengeksplorasi material khusus yang disebut metamaterial, yang disetel halus untuk memberikan sifat yang tidak ditemukan di alam, terkait bagaimana mereka dapat “meningkatkan efektivitas BWT dalam beberapa tahun mendatang.”

Desain Baru dan Material untuk BWT Generasi Berikutnya

Dalam sebuah studi², yang dilakukan oleh peneliti dari Alexandria University awal tahun ini, dua mekanisme baru diperkenalkan untuk merancang BWT guna mengatasi keterbatasan operasional turbin angin tanpa bilah, yang disebabkan oleh fenomena lock‑in, membatasi mereka pada rentang kecil di dekat frekuensi alami struktural.

Mekanisme yang diperkenalkan adalah mekanisme massa penalaan dan mekanisme penalaan elastis, memungkinkan operasi di seluruh rentang kecepatan angin yang luas dari 2 hingga 10 m/s.

Temuan studi juga mengungkapkan bahwa memanfaatkan massa ekuivalen unit tiang dan momen inersia massa polar pada ujung bebas balok kantilever penting dalam merancang turbin dan memastikan bahwa ia memenuhi kondisi lock‑in.

Tujuan studi adalah mempertahankan kinerja ideal dengan mengontrol frekuensi alami turbin melalui penerapan mekanisme tersebut.

Model matematis juga dibangun untuk menyesuaikan frekuensi alami agar cocok dengan frekuensi pelepasan pada kecepatan angin yang ditentukan. Validasi model menunjukkan akurasi tinggi.

Mekanisme pertama dapat mencapai peningkatan efisiensi mekanik sebesar 99,2% pada 7 m/s, tetapi untuk memperoleh nilai modulus lentur atau tekuk yang lebih tinggi, mekanisme kedua harus diintegrasikan untuk mengurangi ukuran keseluruhan turbin. Pendekatan terpadu meningkatkan efisiensi sebesar 55,7%.

Selain mekanisme penalaan, pemilihan material yang cocok untuk komponen fleksibel turbin sangat penting, menurut studi, untuk memastikan kekuatan dan kinerja yang memadai, karena mereka memengaruhi kekakuan keseluruhan struktur. Dengan demikian, memengaruhi frekuensi alami struktur, yang pada gilirannya memengaruhi semua kinerja BWT.

Studi melaporkan serat karbon dan kaca sebagai material terbaik untuk fabrikasi komponen utama BWT.

Sifat mekanik material komposit, catatan studi, dapat dikendalikan dengan mengubah parameter fabrikasi, seperti jumlah lapisan dan orientasinya, yang memungkinkan penyesuaian kekuatan, kekakuan, dan karakteristik lain untuk memenuhi persyaratan spesifik berbagai aplikasi.

Meskipun masih berada pada tahap awal pengembangan dan terbatas pada pengaturan eksperimental serta laboratorium, teknologi ini juga mulai menunjukkan tanda‑tanda aplikasi dunia nyata.

Akhir tahun lalu, BMW Group memulai uji coba unit energi angin tanpa bilah. Pembuat mobil Jerman tersebut memasang unit energi angin tanpa bilah dari Aeromine Technologies di pabrik MINI mereka di Oxford.

Pabrik ini akan berfungsi sebagai situs pengujian teknologi, melibatkan evaluasi potensi unit dalam meningkatkan efisiensi energi di seluruh lokasi perusahaan di seluruh dunia dan kompleks bisnis di Inggris.

Unit energi angin Aeromine dipasang di tepi bangunan, menghadap angin. Foil vertikal unit, yang mirip sayap, menciptakan efek vakum, mengekstrak udara di belakang baling‑baling internal untuk menghasilkan listrik bersih dan hijau.

“Teknologi energi angin ‘tanpa gerakan’ kami dirancang untuk bekerja selaras dengan sistem surya, memaksimalkan output energi terbarukan dari atap sekaligus membantu mengatasi tantangan seperti kebisingan, getaran, dan dampak satwa liar. Kami bersemangat melihat bagaimana instalasi awal ini dapat membuka aplikasi yang lebih luas di fasilitas global BMW.”

– Claus Lønborg, managing director at Aeromine Technologies.

Klik di sini untuk mempelajari tentang energi angin tanpa gerakan

Berinvestasi dalam Energi Angin

Di sektor energi angin, General Electric (GE ) adalah salah satu produsen turbin angin terbesar melalui anak perusahaannya GE Vernova (GEV ), sebuah perusahaan energi global yang merancang, memproduksi, dan menyediakan teknologi untuk menciptakan sistem tenaga listrik berkelanjutan. Segmen‑segmennya meliputi Power, dengan fokus pada hidro, gas, uap, dan nuklir; Wind, yang mencakup turbin angin darat dan lepas pantai serta bilah; dan Electrification, yang mencakup konversi daya, solusi jaringan, surya, dan solusi penyimpanan.

Perusahaan ini memiliki sekitar 120 gigawatt (GW) energi terpasang di seluruh armada 57.000 turbin anginnya yang beroperasi lebih dari 4 miliar jam di seluruh dunia.

GE Vernova (GEV ) 

Dengan kapitalisasi pasar $132,9 miliar, saham GEV saat ini diperdagangkan pada $486, naik lebih dari 48% YTD. Memiliki EPS (TTM) 6,94 dan P/E (TTM) 70,18 sementara dividend yield yang ditawarkan adalah 0,21%.

Pada bulan April, perusahaan melaporkan hasil keuangan kuartal pertama 2025, yang mengungkapkan pendapatan $8 miliar, laba bersih $0,3 miliar, dan $1,2 miliar kas dari aktivitas operasi. GE Vernova juga melaporkan peningkatan pesanan sebesar 8% menjadi $10,2 miliar.

Saldo kas pada akhir kuartal adalah $8,1 miliar. Sementara itu, $1,3 miliar dikembalikan kepada pemegang saham.

“Kami menyampaikan hasil yang kuat pada kuartal pertama dan bisnis kami terus mengeksekusi dengan baik. Kami meningkatkan backlog peralatan dan layanan, secara signifikan memperbaiki margin di setiap segmen, dan mengembalikan sejumlah besar modal kepada pemegang saham. Saya bersemangat tentang apa yang akan datang karena kami baru berada di awal siklus superinvestasi listrik.”

– CEO Scott Strazik

Bisnis angin GE Vernova, bagaimanapun, menunjukkan kinerja campuran karena menghadapi tantangan di angin lepas pantai sementara aktivitas angin darat mencatat pertumbuhan.

Akibatnya, pengiriman darat meningkat, didukung oleh peningkatan harga, sementara operasi lepas pantainya mengalami kontraksi. Namun, meskipun segmen angin tetap merugi, ia menunjukkan tanda‑tanda perbaikan.

Pesanan bisnis angin GE Vernova mencapai $0,6 miliar, sementara pendapatan tercatat $1,8 miliar. Perusahaan juga menginvestasikan lebih dari $100 juta selama periode tersebut untuk meningkatkan kinerja armadanya.

Bulan lalu, GE Vernova mengumumkan bahwa kini memanfaatkan kekuatan robotik dan AI untuk memeriksa kualitas setiap bilah yang diproduksi, serta kualitas bahan baku sebelum pemodelan dan perakitan. Dalam jangka panjang, kemampuan kualitas berbasis AI ini diharapkan meningkatkan umur pakai komponen kritis dan, akibatnya, umur turbin secara keseluruhan.

Berita dan Perkembangan Saham GE Vernova (GEV) Terbaru

Pemikiran Akhir: Apakah Turbin Angin Tanpa Bilah Masa Depan?

Turbin angin konvensional penting untuk penangkapan energi angin yang efisien, tetapi mereka memiliki beberapa kelemahan mendasar, seperti biaya awal yang tinggi, polusi suara, perawatan rutin, dampak visual dan lingkungan, keterbatasan konstruksi di area perkotaan, dan operasi yang efisien hanya pada kecepatan angin tinggi.

Semua faktor ini mendorong pengembangan teknologi alternatif, dengan turbin angin tanpa bilah (BWT) mewakili bab baru yang menarik dalam teknologi energi terbarukan.

Pada BWT, pergerakan angin menghasilkan vortex, membuat seluruh struktur berosilasi, dan ketika gerakan goyang tersebut cocok dengan frekuensi getaran alami struktur, gerakan tersebut meningkat secara dramatis. Getaran yang ditingkatkan kemudian diubah menjadi listrik. Meskipun kuat, teknologi ini masih berada pada tahap awal pengembangan.

Dengan peneliti yang mengoptimalkan desain untuk mencapai output lebih tinggi dan integritas struktural yang lebih baik, BWT akhirnya dapat menjadi tambahan berharga bagi portofolio energi.

Seiring permintaan energi bersih terus meningkat dan penelitian berkelanjutan membantu menskalakan inovasi menjadi solusi komersial yang layak, kita akan dapat mempercepat perjalanan menuju masa depan net‑zero.

Klik di sini untuk daftar saham energi angin teratas.

Studi yang Dirujuk:

1. Breen, J.; Mallik, W.; Adhikari, S. Analisis Kinerja dan Optimisasi Geometrik Turbin Angin Tanpa Bilah Menggunakan Model Wake Oscillator. Renew. Energy 2025, 215, 123549. https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.123549

2. Mohamed, Z.; Soliman, M.; Feteha, M.; et al. Pendekatan Desain Optimal Baru untuk Turbin Angin Tanpa Bilah dengan Mempertimbangkan Sifat Mekanik Material Komposit yang Digunakan. Sci. Rep. 2025, 15, 1355. https://doi.org/10.1038/s41598-024-82385-9