Analysis of Pitch Angle Optimization on Horizontal Axis Wind Turbine to Increase the Coefficient of Power (Cp) Value by Simulation and Experiment


Analisis Optimasi Sudut Pitch pada Turbin Angin Sumbu Horizontal untuk Meningkatkan Nilai Coefficient of Power (Cp) Secara Simulasi dan Eksperimental


  • (1) * Witono Hardi            Universitas Khairun  
            Indonesia

  • (2)  Mohammad Muzni Harbelubun            Universitas Khairun  
            Indonesia

  • (3)  Tri Suyono            Universitas Khairun  
            Indonesia

  • (4)  Dimas Putra Wardani            Universitas Khairun  
            Indonesia

    (*) Corresponding Author

Abstract

Energi terbarukan merupakan isu yang sangat penting pada saat ini. Penggunaan pembangkit listrik berbahan bakar fosil harus dikurangi secara sistematis agar tidak memberikan pencemaran lingkungan. Turbin angin merupakan salah satu pembangkit listrik energi terbarukan. Namun demikian penelitian tentang turbin angin harus senantiasa ditingkatkan karena turbin angin memiliki efisiensi yang terbatas. Tidak seperti mesin pada umumnya yang mana efisiensinya cukup tinggi. Penelitian ini bertujuan melakukan optimasi sudut pitch pada turbin angin sumbu horizontal untuk meningkatkan nilai coefficient of power (Cp) secara simulasi dan eksperimental. Optimasi ini harus dilakukan agar gaya lift yang terjadi pada bilah turbin angin sumbu horizontal memiliki nilai optimum dengan memperhatikan gaya drag yang terjadi. Sudut pitch pada turbin dibuat bervariasi dari posisi dekat hub sampai dengan posisi tip. Ada tiga jenis variasi yang dilakukan yaitu 200-00, 250-50 dan 300-100. Simulasi dilakukan dengan software Qblade pada tiga jenis variasi itu kemudian dilakukan eksperimen di laboratorium. Hasil simulasi dan eksperimen menunjukkan pada variasi 20-0 memiliki efisiensi paling tinggi dibanding yang lain. Hasil ini merupakan rekomendasi pada proses pembuatan bilah turbin angin sumbu horizontal.

References

L. J. Vermeer, J. N. Sørensen, and A. Crespo, “Wind turbine wake aerodynamics,” Progress in Aerospace Sciences, vol. 39, no. 6–7, pp. 467–510, 2003, doi: 10.1016/S0376-0421(03)00078-2.

J. O. Mo and Y. H. Lee, “CFD Investigation on the aerodynamic characteristics of a small-sized wind turbine of NREL PHASE VI operating with a stall-regulated method,” Journal of Mechanical Science and Technology, vol. 26, no. 1, pp. 81–92, Jan. 2012, doi: 10.1007/S12206-011-1014-7.

S. Lee, H. Kim, and S. Lee, “Analysis of aerodynamic characteristics on a counter-rotating wind turbine,” Current Applied Physics, vol. 10, no. 2 SUPPL., Mar. 2010, doi: 10.1016/J.CAP.2009.11.073.

D. A. Banjarnahor, M. Hanifan, and E. M. Budi, “Design of Hybrid Solar and Wind Energy Harvester for Fishing Boat,” in IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Institute of Physics Publishing, Aug. 2017. doi: 10.1088/1755-1315/75/1/012007.

A. Hemami, “WIND TURBINE TECHNOLOGY.” [Online]. Available: www.cengage.com/highered

“Advances in Renewable Energies and Power Technologies.”

“Figure 3. Cp to TSR in different types of wind turbines [5] : Review of Recent Advances of Wind Energy : Science and Education Publishing.” Accessed: Feb. 09, 2023. [Online]. Available: http://pubs.sciepub.com/rse/8/1/3/figure/3

H. Eftekhari, A. S. Mahdi Al-Obaidi, and S. Eftekhari, “Aerodynamic Performance of Vertical and Horizontal Axis Wind Turbines: A Comparison Review,” Indonesian Journal of Science and Technology, vol. 7, no. 1, pp. 65–88, 2022, doi: 10.17509/ijost.v7i1.43161.

Y. El Khchine and M. Sriti, “Tip Loss Factor Effects on Aerodynamic Performances of Horizontal Axis Wind Turbine,” in Energy Procedia, Elsevier Ltd, 2017, pp. 136–140. doi: 10.1016/j.egypro.2017.07.028.

V. A. Koehuan, R. A. Hale, and D. P. Mangesa, “Simulasi CFD (Compulational Fluid Dynamics) Turbin Angin Sumbu Horizontal Tipe Propeler Tiga Blade Rotor Ganda Melalui Variasi Geometri,” LONTAR Jurnal Teknik Mesin Undana, vol. 10, no. 02, pp. 49–60, Oct. 2023, doi: 10.35508/LJTMU.V10I02.11503.

M. N. Hamlaoui, A. Bouhelal, A. Smaili, S. Khelladi, and H. Fellouah, “A New Methodology for Optimizing Hawt Rotor Blades,” Jan. 2023, doi: 10.2139/SSRN.4628398.

S. Konversi et al., “Simulasi Konversi Energi Kinetik Menjadi Energi Listrik Pada Kincir Angin 3 Sudu Sumbu Horizontal,” Jurnal Sains Benuanta, vol. 2, no. 2, pp. 26–31, 2023, doi: 10.61323/JSB.V2I2.82.

K. A. Adeyeye, N. Ijumba, and J. Colton, “The Effect of the Number of Blades on the Efficiency of A Wind Turbine,” IOP Conf Ser Earth Environ Sci, vol. 801, no. 1, p. 012020, Jun. 2021, doi: 10.1088/1755-1315/801/1/012020.

N. M. Nasab, J. Kilby, and L. Bakhtiaryfard, “Effect of Number of Blades on Generating Power In Wind Turbines,” 2019 29th Australasian Universities Power Engineering Conference, AUPEC 2019, Nov. 2019, doi: 10.1109/AUPEC48547.2019.211880.

A. F. Sudarma, M. Kholil, S. Subekti, and I. Almahdy, “The Effect of Blade Number on Small Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) Performance: An Experimental and Numerical Study,” International journal of environmental science and development, vol. 11, no. 12, pp. 555–560, Jan. 2020, doi: 10.18178/IJESD.2020.11.12.1307.

A. Eltayesh et al., “Experimental and numerical investigation of the effect of blade number on the aerodynamic performance of a small-scale horizontal axis wind turbine,” Alexandria Engineering Journal, vol. 60, no. 4, pp. 3931–3944, Aug. 2021, doi: 10.1016/j.aej.2021.02.048.

Akmal, Mastariyanto Perdana, Rahmadani Saputra, Hendriwan Fahmi, and Sulaiman, “Analisa Daya Turbin Angin Sumbu Horizontal BladeTaperless Berbahan Komposit Hybrid dengan AirfoilBlade Tipe NACA,” JURNAL REKAYASA ENERGI DAN MEKANIKA, vol. 2, no. Volume 2 No 2, pp. 145–153, Mar. 2022.

“Tampilan Pemilihan Bilah Turbin Angin Sumbu Horizontal Model Air Foil Taperless dan Untwisted.” Accessed: Jan. 16, 2024. [Online]. Available: https://www.jpti.journals.id/index.php/jpti/article/view/334/218

S. Mauro, R. Lanzafame, and M. Messina, “Detailed CFD-BEM analysis about the effects of twist and taper of HAWTs on the rotational augmentation phenomenon,” Energy, vol. 314, Jan. 2025, doi: 10.1016/j.energy.2024.134158.

D. Tanovic, A. Simonovic, O. Kostic, and J. Svorcan, “The effect of blade turning angle on rotation improvement of a small horizontal axis wind turbine,” Measurement and Control (United Kingdom), 2025, doi: 10.1177/00202940241312659.

Published
2025-03-28
Section
Articles