Buku Putih tentang Potensi Energi Angin di Landas Kontinen Luar AS

PENGANTAR

Dengan disahkannya Energy Policy Act of 2005 (EPAct), Public Law 109-58 (HR 6), Minerals Management Service (MMS), sebuah biro dari Departemen Dalam Negeri AS, diberi yurisdiksi atas Energi Terbarukan dan Alternatif Gunakan proyek Program, seperti angin, gelombang, arus laut, energi matahari, pembangkit hidrogen, dan proyek yang menggunakan alternatif platform minyak dan gas alam yang ada di perairan Federal. Sebuah program baru dalam MMS telah dibentuk untuk mengawasi operasi ini di Landas Kontinen Luar AS (OCS). MMS sedang mengembangkan aturan untuk memandu aplikasi dan proses perizinan untuk pengembangan proyek Energi Terbarukan dan Program Penggunaan Alternatif di OCS. Untuk menerapkan persyaratan Undang-Undang Kebijakan Lingkungan Nasional (NEPA) dalam penetapan kebijakan pengembangan energi alternatif lepas pantai nasional dan program dan aturan penggunaan terkait energi alternatif nasional, MMS berencana untuk menyiapkan pernyataan dampak lingkungan terprogram (Programmatic EIS). Proses EIS Terprogram akan (1) memberikan masukan publik mengenai ruang lingkup masalah nasional yang terkait dengan kegiatan penggunaan energi alternatif lepas pantai; (2) mengidentifikasi, mendefinisikan, dan menilai dampak lingkungan, sosial budaya, dan ekonomi umum yang terkait dengan aktivitas penggunaan energi alternatif lepas pantai; (3) mengevaluasi dan menetapkan langkah-langkah mitigasi yang efektif dan praktik pengelolaan terbaik untuk menghindari, meminimalkan, atau mengkompensasi potensi dampak; dan (4) memfasilitasi persiapan dokumen NEPA spesifik lokasi di masa mendatang—dokumen NEPA selanjutnya yang disiapkan untuk proyek Program Energi Terbarukan dan Penggunaan Alternatif spesifik lokasi akan berjenjang dari EIS Terprogram dan Catatan Keputusan. EIS Terprogram akan mengevaluasi masalah yang terkait dengan pengembangan, termasuk semua potensi pemantauan, pengujian, pengembangan komersial, operasi, dan aktivitas dekomisioning yang dapat diperkirakan sebelumnya di perairan Federal di OCS. Informasi mendefinisikan masalah dan teknologi saat ini akan diperoleh terutama dari organisasi penelitian Federal, MMS, industri, dan sumber valid lainnya. termasuk semua potensi pemantauan, pengujian, pengembangan komersial, operasi, dan kegiatan dekomisioning yang dapat diperkirakan sebelumnya di perairan Federal di OCS. Informasi mendefinisikan masalah dan teknologi saat ini akan diperoleh terutama dari organisasi penelitian Federal, MMS, industri, dan sumber valid lainnya. termasuk semua potensi pemantauan, pengujian, pengembangan komersial, operasi, dan kegiatan dekomisioning yang dapat diperkirakan sebelumnya di perairan Federal di OCS. Informasi mendefinisikan masalah dan teknologi saat ini akan diperoleh terutama dari organisasi penelitian Federal, MMS, industri, dan sumber valid lainnya.

Dalam persiapan untuk EIS Terprogram, MMS telah mengembangkan serangkaian Buku Putih tentang topik-topik yang menarik bagi Program Energi Terbarukan dan Penggunaan Alternatif. Tujuan keseluruhan dari Buku Putih adalah untuk memberikan informasi yang cukup tentang teknologi alternatif prospektif untuk mendukung penilaian potensi dampak lingkungan dari teknologi dan strategi mitigasi dampak yang layak dalam EIS Terprogram. Buku Putih juga akan berfungsi sebagai sumber informasi untuk penjangkauan pemangku kepentingan.

Makalah ini membahas pembangkitan energi dari sumber daya angin di OCS. Potensi sumber daya dan teknologi untuk menangkap energi dalam angin dibahas.1 Pertimbangan lingkungan dan ekonomi utama yang dapat diduga dari literatur dan studi lingkungan yang tersedia saat ini untuk pengembangan sumber daya energi ini terdaftar. Makalah pendamping dalam seri ini membahas pembangkitan energi di OCS dari gelombang, radiasi matahari, dan arus laut, dan transportasi energi yang dihasilkan di OCS ke darat sebagai listrik atau dalam bentuk hidrogen.

POTENSI SUMBER DAYA

Departemen Energi AS (DOE) memperkirakan bahwa lebih dari 900.000 MW2 (mendekati total kapasitas listrik terpasang AS saat ini) energi angin potensial ada di lepas pantai Amerika Serikat, sering kali di dekat pusat populasi utama, di mana biaya energi tinggi dan peluang pengembangan angin berbasis darat terbatas. Sedikit lebih dari setengah potensi angin lepas pantai negara yang diidentifikasi terletak di lepas pantai New England dan Mid-Atlantic, di mana kedalaman air umumnya semakin dalam secara bertahap dengan jarak dari pantai. Sumberdaya di Wilayah Gulf Coast dan Great Lakes3 belum sepenuhnya dikarakterisasi (Offshore Wind Collaborative Organizing Group 2005). Tabel 1 menunjukkan perkiraan sumber daya energi angin OCS menurut wilayah untuk perairan dengan kedalaman kurang dari 30 m dan perairan yang sama dengan atau lebih besar dari 30 m di Amerika Serikat.

Dari lebih dari 900.000 MW sumber daya angin lepas pantai di luar 5 mil laut dari pantai, sedikit lebih dari 10% (98.000 MW) diperkirakan berada di atas perairan dengan kedalaman kurang dari 30 m. Dalam waktu dekat, teknologi lepas pantai yang ada, yang telah digunakan di perairan dangkal Eropa selama lebih dari satu dekade, mungkin berlaku untuk perairan AS yang dangkal ini. Namun, karena sumber daya OCS yang tersisa berada di atas perairan yang kedalamannya 30 m atau lebih, teknologi baru (misalnya, untuk menara, fondasi, dan bilah) akan diperlukan untuk memanfaatkan angin dalam kondisi yang lebih keras terkait dengan perairan yang lebih dalam. Kondisi yang lebih keras umumnya mencakup kecepatan angin yang lebih tinggi dan aksi gelombang yang lebih besar.

Saat ini, lebih dari 600 MW kapasitas energi angin lepas pantai dipasang di seluruh dunia (semuanya di perairan dengan kedalaman kurang dari 30 m). Fasilitas angin lepas pantai yang diusulkan hingga tahun 2010 berjumlah lebih dari 11.000 MW, dengan masing-masing sekitar 500 MW di Amerika Serikat dan Kanada, dan sisanya di Eropa dan Asia (Musial 2005).

TABEL 1 Estimasi Sumber Daya Lepas Pantai (MW)

5 hingga 20 Mil Laut 20 hingga 50 Mil Laut Wilayah < 30 m dalam => 30 m dalam % Pengecualian < 30 m => 30 m % Pengecualian New England 9.900 59.775 67 2.700 166.300 33 Negara Bagian Atlantik Tengah 46.500 8.500 67 35.500 170.000 33 California 2.650 57.250 67 0 238,300 33 Pacific Northwest 725 34.075 67 0 93.700 33 Total 59.775 141.425 67 38.200 668.300 33

TEKNOLOGI PEMANFAATAN SUMBER DAYA

Turbin angin akan digunakan untuk memanfaatkan energi kinetik dari udara yang bergerak di atas lautan di OCS dan mengubahnya menjadi listrik. Angin lepas pantai kurang bergolak (karena laut relatif datar terhadap topografi darat), dan cenderung mengalir dengan kecepatan lebih tinggi daripada angin darat, sehingga memungkinkan turbin menghasilkan lebih banyak listrik. Karena energi potensial yang dihasilkan dari angin berbanding lurus dengan pangkat tiga kecepatan angin, peningkatan kecepatan angin hanya beberapa mil per jam dapat menghasilkan jumlah listrik yang jauh lebih besar. Misalnya, turbin di lokasi dengan kecepatan angin rata-rata 16 mph akan menghasilkan listrik 50% lebih banyak daripada di lokasi dengan turbin yang sama dan kecepatan angin rata-rata 14 mph (Angin Lepas Pantai 2006).

Perspektif Sejarah

Pada awal 200 SM, angin dilaporkan digunakan untuk memompa air di Cina dan menggiling biji-bijian di Timur Tengah. Selama berabad-abad, angin darat telah dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik di seluruh dunia. Pada abad kesembilan belas, pemukim di Amerika Serikat menggunakan kincir angin untuk menghasilkan listrik untuk rumah dan memompa air untuk konsumsi dan irigasi tanaman; industrialisasi memicu pengembangan kincir angin yang lebih besar untuk menghasilkan listrik untuk tujuan komersial. Ketertarikan pada energi angin telah meningkat dan berkurang seiring dengan harga bahan bakar fosil. Setelah embargo minyak Arab 1973, cara-cara baru untuk mengubah energi angin menjadi energi yang berguna dikembangkan. Banyak dari pendekatan ini telah ditunjukkan di fasilitas angin (juga dikenal sebagai ladang angin, pembangkit listrik tenaga angin, atau proyek angin), yang merupakan kelompok turbin yang memasok listrik ke jaringan utilitas.

Energi angin adalah sumber energi yang tumbuh paling cepat di seluruh dunia sekitar 20 hingga 30% per tahun. Kapasitas terpasang di seluruh dunia dari tenaga angin yang terhubung ke jaringan darat adalah sekitar 40 GW. Ukuran turbin telah meningkat selama dua dekade terakhir. Pada pertengahan 1980-an, diameter rotor (blade dan hub) sekitar 20 m; hari ini, diameter rotor 100 m atau lebih (lebih besar dari lebar sayap pesawat 747), dengan baling-baling yang berputar seluas lapangan sepak bola.

Fasilitas angin lepas pantai pertama dipasang pada awal 1990-an di Eropa di mana tersedia lahan terbatas untuk produksi energi angin darat. Fasilitas Vindeby di Denmark (Gambar 1), selesai pada tahun 1991, memiliki sebelas turbin 450-kW yang menyediakan total kapasitas 4,95 MW. Sejak itu, trennya adalah memindahkan turbin angin ke lepas pantai untuk memanfaatkan kecepatan angin yang lebih tinggi; aliran udara yang lebih lancar dan tidak bergejolak; jumlah ruang terbuka yang lebih besar; dan kemampuan untuk membangun turbin yang lebih besar dan lebih hemat biaya. Saat ini, lebih dari selusin fasilitas angin lepas pantai Eropa dengan peringkat turbin 450 kW hingga 3,6 MW ada di lepas pantai di perairan yang sangat dangkal (kedalaman 5 hingga 12 m). Karena kedalaman yang dangkal ini, turbin lepas pantai yang terpasang hingga saat ini dapat menggunakan desain berbasis darat konvensional dengan sistem kontrol listrik dan korosi yang ditingkatkan,

Teknologi Angin Lepas Pantai Dasar

Turbin angin dapat dibandingkan dengan kipas yang beroperasi secara terbalik: alih-alih menggunakan listrik untuk menghasilkan angin, turbin menggunakan angin untuk menghasilkan listrik. Dalam turbin angin, sudu-sudu menangkap sebagian kecil energi kinetik dari angin yang datang melalui proses pengangkatan aerodinamis, dan sudu-sudu tersebut memutar poros yang dihubungkan melalui seperangkat roda gigi ke poros tengah generator listrik. Seperti fasilitas angin berbasis darat, fasilitas lepas pantai kemungkinan terdiri dari sejumlah turbin yang beroperasi secara independen, tetapi menyalurkan dayanya ke pelanggan darat melalui saluran umum, biasanya kabel bawah laut. Posisi turbin dipilih untuk memastikan bahwa setiap turbin beroperasi dalam rezim angin yang dirancang dan untuk mencegah turbulensi udara yang diciptakan oleh menara dan bilah yang berputar dari satu turbin mengganggu operasi efisien turbin di dekatnya. “Penempatan mikro” turbin yang hati-hati di dalam fasilitas angin membantu memastikan bahwa fasilitas tersebut, secara keseluruhan, beroperasi dengan efisiensi setinggi mungkin, terlepas dari arah angin. Dalam beberapa pengaturan berbasis darat, ini mengharuskan turbin dipisahkan sebanyak 10 diameter rotor satu sama lain. Dalam aplikasi lepas pantai, di mana hanya dua arah angin yang cenderung mendominasi, jarak antara turbin yang diatur dalam garis dapat dipersingkat menjadi sesedikit dua hingga empat diameter rotor tanpa menimbulkan gangguan karena turbulensi.

Rotor (blade dan blade hub), yang dihubungkan melalui drive train ke generator;

Perakitan turbin, yang meliputi gearbox dan generator, dan tertutup oleh cangkang atau nacelle;

Menara, yang mendukung perakitan turbin, menampung komponen fasilitas yang tersisa, dan menyediakan akses terlindung bagi personel; dan

Pondasi atau struktur untuk menopang menara.

GAMBAR 1 Fasilitas Angin Lepas Pantai Pertama di Dunia, Vindeby, Denmark, 1991 (Sumber: Siemens 2006)

Turbin lepas pantai memiliki kebutuhan teknis yang tidak diperlukan dari turbin darat karena paparannya terhadap iklim yang lebih menuntut yang ada di lokasi lepas pantai. Turbin lepas pantai terlihat mirip dengan yang ada di darat, dengan beberapa modifikasi desain. Ini termasuk memperkuat menara untuk mengatasi interaksi gelombang angin, melindungi komponen nacelle dari sifat korosif udara laut, dan menambahkan platform akses berwarna cerah untuk navigasi dan pemeliharaan. Turbin lepas pantai biasanya dilengkapi dengan perlindungan korosi, kontrol iklim internal, cat eksterior bermutu tinggi, dan derek servis bawaan. Untuk meminimalkan servis yang mahal, turbin lepas pantai mungkin memiliki sistem pelumasan otomatis untuk melumasi bantalan dan bilah, serta sistem pemanasan dan pendinginan untuk mempertahankan suhu oli roda gigi dalam kisaran suhu yang sempit. Sistem proteksi petir meminimalkan risiko kerusakan akibat sambaran petir yang sering terjadi di beberapa lokasi lepas pantai. Ada juga navigasi dan lampu peringatan udara. Turbin dan menara biasanya dicat biru muda atau abu-abu untuk membantu menyatu dengan langit. Bagian bawah menara penyangga dapat dicat dengan warna cerah (misalnya, kuning) untuk membantu navigasi dan untuk menonjolkan struktur kapal yang lewat.

Turbin angin lepas pantai juga lebih besar dari turbin darat (untuk memanfaatkan kecepatan angin lepas pantai yang lebih stabil dan skala ekonomi). Turbin darat khas yang dipasang saat ini memiliki ketinggian menara sekitar 60 hingga 80 m, dan panjang bilah sekitar 30 hingga 40 m; sebagian besar turbin angin lepas pantai berada di ujung atas kisaran ini. Turbin lepas pantai yang dipasang saat ini memiliki kapasitas pembangkit listrik antara 2 dan 4 MW (Gambar 2), dengan ketinggian menara lebih besar dari 61 m dan diameter rotor 76 hingga 107 m. Turbin hingga 5 MW sedang diuji.

Gambar 3 menunjukkan komponen utama dan dimensi dari salah satu dari delapan puluh turbin 2-MW di taman angin lepas pantai Horns Rev Denmark (fasilitas angin lepas pantai berkapasitas terbesar yang dibangun hingga saat ini).

Gambar 4 menunjukkan bagaimana taman angin lepas pantai Eropa mengubah angin menjadi listrik dan mengirimkannya ke jaringan darat (BWEA 2006a). Setelah tempat yang cocok untuk fasilitas angin ditemukan, tiang pancang (1) didorong ke dasar laut. Setelah turbin dirakit, sensor pada turbin mendeteksi arah angin dan memutar nacelle menghadap angin, sehingga bilah dapat mengumpulkan jumlah energi maksimum sepanjang setiap siklus diurnal.4 Angin yang bergerak di atas bilah berbentuk aerodinamis ( 2) membuatnya berputar di sekitar hub horizontal, yang terhubung ke poros di dalam nacelle (3). Poros ini, melalui gearbox, menggerakkan generator untuk mengubah energi menjadi listrik. Kabel pengumpul bawah laut (4) mengambil daya dari masing-masing turbin ke transformator lepas pantai (5) yang mengubah listrik menjadi tegangan tinggi (33 kV) sebelum menjalankannya kembali melalui kabel transmisi bawah laut sejauh 8 hingga 16 km untuk terhubung ke jaringan di gardu induk di darat (6). Di gardu induk, output dari beberapa kabel pengumpul digabungkan, dibawa ke fase, dan tegangan dinaikkan untuk transmisi ke jaringan darat.

Pengembangan Angin OCS di Amerika Serikat

Karena sumber daya angin darat yang relatif luas yang ada di Amerika Serikat (berlawanan dengan Eropa), ada pengembangan angin OCS AS yang relatif sedikit, dan tidak ada fasilitas angin komersial yang beroperasi saat ini di lepas pantai Amerika Serikat. Dalam beberapa tahun terakhir, minat pada energi angin lepas pantai telah meningkat karena sejumlah faktor: turbin angin lepas pantai dapat menghasilkan daya lebih dekat ke pusat beban pantai bernilai tinggi daripada turbin di darat, angin lepas pantai menghasilkan lebih banyak daya per satuan luas, dan Eropa lepas pantai fasilitas angin telah menunjukkan kelayakan fasilitas lepas pantai.

Saat ini, setidaknya tiga fasilitas angin lepas pantai sedang dalam tahap perencanaan di Amerika Serikat:

Fasilitas Cape Wind di lepas pantai Massachusetts. Pengembang mengajukan izin dari Korps Insinyur Angkatan Darat AS pada tahun 2001 untuk membangun fasilitas 130-turbin yang dijadwalkan untuk menghasilkan hingga 420 MW. Itu berada di OCS (lebih dari 5 km lepas pantai), dan itu akan menjadi fasilitas energi angin lepas pantai terbesar di dunia.

Taman Angin Lepas Pantai Pulau Panjang. Di lepas pantai selatan Long Island, New York, dan juga di OCS, fasilitas ini direncanakan terdiri dari 40 turbin yang menghasilkan daya 140 MW. Permohonan izin untuk fasilitas ini diajukan ke Korps pada bulan April 2005 (FPL 2006).

Fasilitas lima puluh turbin di lepas pantai Galveston, Texas. Meskipun fasilitas ini tidak berada di Timur Laut, di mana angin lepas pantai dianggap sebagai yang terkuat dan alternatif energi lainnya kurang, pengembangnya percaya bahwa itu akan berhasil karena pengalaman daerah tersebut dengan pengembangan energi lepas pantai lainnya dan lingkungan peraturan negara yang lebih menguntungkan ( Miller 2006). (Otoritas pengatur Negara Bagian Texas meluas hingga 16 km di lepas pantai, sedangkan otoritas negara bagian lain meluas hingga 5 km.)

Ada perbedaan penting antara Eropa dan Amerika Serikat mengenai lingkungan angin lepas pantai. Perairan AS umumnya lebih dalam daripada di lepas pantai Eropa, dan kondisi laut di OCS AS lebih parah daripada di Eropa. Dengan demikian, teknologi yang dirancang untuk lingkungan lepas pantai Eropa perlu dimodifikasi untuk beradaptasi dengan kondisi OCS AS yang lebih keras.

Kebutuhan Teknologi AS

Karena kecepatan angin cenderung meningkat dengan jarak dari pantai, turbin yang dibangun lebih jauh di lepas pantai akan dapat menangkap lebih banyak energi angin. Namun, karena jarak dari daratan meningkat, biaya untuk membangun dan memelihara turbin dan mentransmisikan daya kembali ke pantai juga meningkat tajam. Untuk menangkap tenaga angin dan mencapai skala ekonomi yang diperlukan untuk membuat lokasi lepas pantai yang jauh layak secara finansial, umumnya diyakini bahwa turbin 5-MW atau lebih besar akan dibutuhkan. Teknologi akan dibutuhkan untuk pengembangan tambatan dan jangkar berbiaya rendah, untuk pemasangan dan pembongkaran di perairan yang relatif lebih dalam (lebih dari 30 m), dan untuk meningkatkan aksesibilitas dan keandalan. Cara menyimpan energi angin untuk digunakan nanti mungkin juga diperlukan. Teknologi juga akan dibutuhkan untuk mengembangkan bilah komposit besar, untuk mengurangi berat bilah, dan untuk meningkatkan kemampuan mereka untuk menahan variasi turbulensi. Mengurangi bobot blade juga mengurangi tuntutan struktural yang ditempatkan pada menara. DOE baru-baru ini mengumumkan rencana untuk mengembangkan sistem tenaga angin lepas pantai multimegawatt selama beberapa tahun ke depan yang akan mencakup teknik konstruksi inovatif, desain rotor, drive train, komponen listrik, dan fondasi yang dirancang untuk lingkungan lepas pantai yang keras, sambil mengoptimalkan total biaya siklus hidup. (DOE 2006).

Persyaratan ekstrim yang ditempatkan pada fondasi menara merupakan kendala penting pada pengembangan angin OCS. Banyak turbin telah dipasang pada monopil baja—tabung baja panjang yang dipalu, dibor, atau digetarkan ke dasar laut hingga aman. Lainnya telah melekat pada fondasi gravitasi — struktur beton yang mengendap dan distabilkan oleh pasir atau air. Jenis pondasi ini kurang cocok untuk perairan yang lebih dalam di lepas pantai AS. Platform yang mampu mendukung turbin di perairan dalam (hingga 900 m) akan memungkinkan akses ke area lepas pantai di mana diperkirakan terdapat 750.000 MW potensi sumber daya angin (Thresher 2005).

Ada kemungkinan bahwa struktur terapung yang dikembangkan untuk industri minyak dan gas lepas pantai dapat diadaptasi untuk turbin angin. Struktur terapung untuk turbin angin harus memberikan daya apung yang cukup untuk menopang berat turbin dan untuk menahan gerakan pitch, roll, dan heave yang disebabkan oleh gaya angin dan gelombang, dalam kondisi normal dan badai. Pada saat yang sama, anjungan apung lepas pantai yang digunakan oleh industri minyak dan gas memiliki persyaratan tertentu yang mungkin tidak diperlukan oleh anjungan turbin angin. Misalnya, anjungan minyak dan gas sering menyediakan tempat tinggal permanen bagi personel lepas pantai dan harus memiliki margin keamanan tambahan dan stabilitas untuk pencegahan tumpahan yang tidak diperlukan untuk turbin angin. Terakhir, anjungan minyak dan gas ditempatkan di kedalaman air hingga 2.438 m; turbin angin mungkin tidak perlu ditempatkan di perairan yang lebih dalam dari 183 m. Gambar 5 menunjukkan beberapa konsep platform untuk perairan yang relatif dalam.

Integrasi dengan Teknologi Energi OCS Lainnya

Ada proposal untuk menggabungkan tenaga pasang surut dan angin dan memasang turbin aliran pasang surut di dasar turbin angin lepas pantai. Hibridisasi energi angin dan gelombang dapat meningkatkan daya saing biaya dengan fasilitas angin darat karena sinergi yang mencakup perizinan tunggal; infrastruktur pondasi/tambat bersama; penyebaran bersama dan pemeliharaan operasi dengan fasilitas umum, peralatan, dan personel; dan kapasitas yang lebih tinggi. Namun, teknologi energi terbarukan berbasis kelautan semuanya berada pada tahap pengembangan yang relatif lebih awal daripada angin lepas pantai, sehingga fasilitas gabungan seperti itu tidak akan segera terjadi.

Integrasi dengan Teknologi/Sistem Energi Darat

Sumber daya angin bervariasi menurut menit, jam, hari, bulan, dan tahun, dan variasi ini dapat mempengaruhi pembangkit tenaga listrik darat, transmisi, dan sistem distribusi yang berinteraksi dengannya. Karena listrik yang masuk ke sistem tenaga bervariasi, ada kalanya berpotensi membebani sistem, dan ada kalanya kontribusi yang diantisipasi gagal. Namun, grid dirancang untuk mengkompensasi kontinjensi kehilangan beban ketika unit pembangkit listrik besar tiba-tiba menjadi tidak tersedia. Studi utilitas telah menunjukkan bahwa angin dapat dengan mudah diserap dalam jaringan terintegrasi sampai kapasitas angin mencapai sekitar 20% dari permintaan maksimum. Di luar ini, beberapa perubahan pada praktik operasional mungkin diperlukan. Mengintegrasikan keluaran variabel lebih mudah bila merupakan bagian dari sistem tenaga besar yang dapat memanfaatkan keragaman alami dari sumber variabel. Penyebaran geografis tenaga angin yang besar akan mengurangi variabilitas, meningkatkan prediktabilitas, dan mengurangi jumlah instance dengan output mendekati nol atau puncak.

Sambungan jaringan fasilitas angin lepas pantai bukanlah masalah teknis utama, karena teknologi yang relevan sudah dikenal luas. Tetapi mengintegrasikan fasilitas angin besar dengan jaringan listrik dapat menghadirkan tantangan. Dengan fasilitas yang lebih kecil, turbin angin dapat mati dari sistem ketika jaringan menjadi tidak stabil. Setelah jaringan stabil, mereka akan menyinkronkan ulang dan kembali online. Dengan fasilitas angin besar yang merupakan bagian penting dari kapasitas pembangkitan di beberapa daerah, tujuannya sekarang adalah untuk membuat fasilitas angin bertindak lebih seperti unit termal dari tingkat distribusi daya (Gadomski 2005). Fasilitas OCS yang besar, pada prinsipnya, dapat menyediakan layanan tambahan yang sama dengan yang ditawarkan generator konvensional saat ini untuk membantu memastikan stabilitas sistem.

Listrik yang dihasilkan oleh angin harus dikondisikan dan bertahap dengan benar sebelum dimasukkan ke dalam jaringan. Artinya, tegangan, frekuensi, dan parameter kelistrikan lainnya harus dibuat sesuai dengan kondisi yang ada pada jaringan. Prosedur untuk interkoneksi tersebut perlu dipertimbangkan dan ditetapkan untuk mengakomodasi daya yang dihasilkan di fasilitas angin lepas pantai.

Kelayakan penggunaan listrik yang dihasilkan oleh turbin angin lepas pantai untuk menghasilkan hidrogen sebagai alternatif untuk menghubungkan tenaga listrik itu ke jaringan listrik darat yang ada juga sedang diselidiki. Hidrogen akan diproduksi melalui elektrolisis air laut desalinasi dengan menggunakan listrik yang dihasilkan oleh angin. Ini kemudian dapat diangkut ke pantai sebagai hidrogen murni dalam bentuk molekulnya (H2) baik sebagai gas terkompresi atau sebagai cairan melalui pipa, kapal tanker, atau kapal, atau melalui pembawa hidrogen yang akan menggunakan bahan untuk mengangkut hidrogen dalam bentuk selain molekul H2 bebas. (Lihat Buku Putih tentang transportasi energi yang dihasilkan di OCS AS ke darat untuk lebih jelasnya.) Sebagian listrik yang dihasilkan oleh turbin juga dapat digunakan untuk menyediakan daya yang dibutuhkan untuk menjalankan sistem osmosis balik atau distilasi.

PERTIMBANGAN LINGKUNGAN

Potensi dampak lingkungan yang terkait dengan pengembangan dan pemanfaatan sumber daya energi angin di OCS AS akan diselidiki sepenuhnya dalam EIS Terprogram. Dampak terhadap sumber daya lingkungan utama, termasuk kesehatan dan keselamatan manusia, kualitas udara dan air, ekologi, sosial ekonomi, pengelolaan limbah, kebutuhan sumber daya, dan sumber daya budaya, akan dianalisis secara individual dan kumulatif dengan fasilitas lain yang berpotensi mempengaruhi setiap sumber daya lingkungan. Paragraf berikut menyoroti pertimbangan lingkungan potensial untuk setiap fase pengembangan energi angin OCS.

Konstruksi

Waktu konstruksi untuk fasilitas lepas pantai sampai saat ini adalah sekitar 6 bulan, tetapi ini akan lebih lama untuk fasilitas yang lebih besar yang akan dibangun di OCS AS. (Waktu konstruksi fasilitas Cape Wind diperkirakan sekitar 2 tahun.) Selama konstruksi, perhatian utama adalah sedimentasi, kebisingan, dan getaran. Praktek konstruksi seperti soft-start pile driving, bubble curtain, dan metodologi praktik terbaik lainnya yang telah terbukti dapat membantu mengurangi kebisingan dan getaran. Selama konstruksi, ada risiko bahwa minyak atau zat berbahaya lainnya dapat tumpah dan dengan demikian menurunkan kualitas air.

Operasi

Turbin angin OCS diharapkan memiliki umur operasional 20 hingga 25 tahun. Namun, dimungkinkan untuk memasang turbin baru pada fondasi yang ada sehingga fasilitas angin yang diberikan dapat tetap beroperasi melebihi harapan umur turbin komponennya. Potensi dampak terhadap lingkungan yang mungkin terjadi selama operasi disorot di bawah ini.

Kehidupan laut. Pondasi dapat bertindak sebagai terumbu buatan dengan hasil peningkatan populasi ikan dari pasokan makanan baru. Peningkatan populasi ikan ini mungkin juga memiliki efek stimulasi pada populasi burung di daerah tersebut, yang dapat mendorong tabrakan antara burung dan menara atau baling-baling.

Burung yang bermigrasi. Selain potensi tubrukan (serangan burung), ada kemungkinan bahwa burung perlu mengkonsumsi lebih banyak energi untuk menghindari tubrukan dan mempertahankan orientasinya saat bernavigasi di sekitar turbin. Penerangan menara juga dapat menyebabkan disorientasi navigasi bagi burung.

Gangguan navigasi untuk spesies yang terancam punah dan terancam punah. Medan elektromagnetik yang diciptakan oleh kabel listrik yang mengalir dari turbin dan suara serta getaran bawah air dapat mempengaruhi orientasi dan kemampuan navigasi.

Potensi perubahan lingkungan alam dan berkurangnya habitat. Tiang penyangga bawah air, alat penahan, bahan pelindung gerusan, dan medan elektromagnetik dapat menyebabkan penurunan komunitas bentik, mengubah lingkungan alami, dan mungkin mempengaruhi pola migrasi.

Emisi. Setiap unit listrik yang dihasilkan dari angin yang menggantikan unit yang dihasilkan dari bahan bakar fosil membantu mengurangi gas rumah kaca, polutan, dan produk limbah yang dihasilkan dari penggunaan bahan bakar fosil.

Konflik dengan Penggunaan Ruang Laut Lainnya. Turbin angin di OCS dapat mengganggu pelayaran komersial dan memancing serta berperahu rekreasi. Ada kemungkinan bahwa fasilitas energi turbin angin dapat mengganggu kontrol lalu lintas udara dan sistem radar maritim.

Dampak visual untuk sistem yang dekat dengan pantai.5 (Pada jarak yang lebih jauh, dampak visibilitas berkurang.)

Kebisingan. Generator turbin angin yang lebih baru menghasilkan lebih sedikit suara daripada turbin yang lebih tua, tetapi dampak suara frekuensi rendah di dekat turbin pada mamalia perlu diselidiki.

Penonaktifan

Setelah turbin OCS mencapai masa pakainya, turbin akan dibongkar dan dinonaktifkan—suatu proses yang diperkirakan akan memakan waktu sekitar 6 bulan. Penghapusan komponen turbin termasuk sudu, nacelle, menara, dan trafo kemas, diantisipasi sebagian besar merupakan kebalikan dari proses instalasi dan akan dikenakan kendala yang sama. Decommissioning akhir fasilitas dapat berkisar dari penghapusan lengkap semua komponen termasuk kabel, pondasi, dan perlindungan gerusan hingga pembongkaran dan penggunaan peralatan yang dinonaktifkan untuk terumbu buatan. Dampak lingkungan akan bervariasi tergantung pada pendekatan. Mereka kemungkinan akan serupa di alam dengan yang ditemukan di fase lain dari pengembangan dan penggunaan, meskipun mereka mungkin lebih signifikan dalam hal derajat.

Sejumlah tindakan dapat digunakan untuk mengurangi efek potensial. Dampak lingkungan yang terkait dengan pengembangan angin OCS harus dievaluasi bersama dengan dampak teknologi energi lainnya selama seluruh siklus hidup operasi.

Kendala Penempatan

Dalam memilih lokasi fasilitas angin OCS, pengembang perlu mempertimbangkan bagaimana kandidat area sudah digunakan untuk menghindari potensi konflik. Selain meminimalkan jenis potensi dampak lingkungan yang diidentifikasi di atas, masalah penentuan lokasi potensial yang perlu dipertimbangkan meliputi hal-hal berikut:

1. Jalur pelayaran,
2. Penggalian bahan baku di area OCS,
3. Area eksisting yang digunakan untuk pembuangan material kerukan dan limbah lainnya,
4. Pipa,
5. Area penangkapan ikan komersial dan rekreasi,
6. Pola penerbangan pesawat terbang rendah,
7. Operasi militer dan sistem radar, dan
8. Pola migrasi burung dan mamalia.

PERTIMBANGAN EKONOMI

Kelangsungan ekonomi fasilitas angin lepas pantai tergantung pada apakah biayanya dapat diimbangi dengan sumber daya angin berkualitas tinggi dan produktivitas tinggi. Dalam 20 tahun terakhir, biaya untuk menciptakan energi dari angin telah turun secara signifikan. Menurut DOE, turbin canggih telah mengurangi harga dari $0,40/kWh menjadi $0,04 menjadi $0,06/kWh hari ini untuk angin darat. Ini dibandingkan dengan gas alam pada $0,04 hingga $0,05kWh, tetapi masih lebih mahal daripada hidro ($0,03 hingga $0,04/kWh) dan batu bara ($0,02 hingga $0,03kWh) (Pellerin 2005). Biaya fasilitas angin lepas pantai saat ini umumnya antara $0,08 dan $0,15/kWh hampir dua kali lipat dari fasilitas di darat (Offshore Wind Collaborative Organizing Group 2005). Biaya ini untuk fasilitas angin yang terletak di daerah dangkal (kedalaman kurang dari 30 m) di pantai Eropa, di mana biaya pengembangan kurang dari yang diharapkan di perairan OCS AS yang lebih dalam dan lebih keras. Sampai saat ini, sebagian besar fasilitas angin lepas pantai telah dikembangkan dengan semacam dukungan pemerintah.6 Meskipun demikian, pada tahun 2012 dan seterusnya, DOE membayangkan mesin 5-MW dan yang lebih besar menghasilkan tenaga sebesar $0,05/kWh (DOE 2006).

Biaya pengembangan energi angin OCS lebih tinggi daripada biaya untuk angin darat karena beberapa alasan, termasuk kebutuhan akan pondasi yang lebih mahal, perlindungan terhadap semprotan garam dan korosi, serta pengangkutan dan pemasangan di laut. Pengumpulan daya dan biaya transmisi mungkin juga lebih tinggi untuk aplikasi OCS. Secara keseluruhan, persyaratan investasi modal mungkin 30 sampai 60% lebih tinggi untuk aplikasi OCS daripada fasilitas darat (DWIA 2006). Biaya operasi dan pemeliharaan (O&M) lebih tinggi karena lokasi yang jauh dan kondisi cuaca yang berpotensi tidak menguntungkan. Biaya O&M tahunan untuk fasilitas angin lepas pantai diperkirakan sekitar 1,5 hingga 2,0% dari investasi modal awal. Peningkatan ini sebagian diimbangi oleh hasil energi yang hingga 30% lebih tinggi dari hasil darat (BWEA 2006b), skala ekonomi, 7 dan dekat dengan pusat beban bernilai tinggi. Juga, harga diperkirakan akan turun karena teknologi meningkat dan lebih banyak pengalaman diperoleh. Misalnya, biaya modal untuk pengembangan angin darat telah menurun rata-rata 15% untuk setiap dua kali lipat kapasitas (Kelompok Pengorganisasian Kolaborasi Angin Lepas Pantai 2005).

Namun, pada konferensi lepas pantai tahunan British Wind Energy Association (BWEA) tahun 2006 yang baru saja selesai, informasi yang disajikan menunjukkan bahwa biaya pembangunan fasilitas lepas pantai telah meningkat sebesar 33% dan hampir dua kali lipat biaya pembangunan fasilitas darat. Meningkatnya biaya baja dan permintaan dari Asia dan Amerika Serikat untuk fasilitas angin telah mendorong naiknya harga turbin dan membatasi ketersediaan peralatan yang dibutuhkan untuk memasangnya (Webb 2006).

Konstruksi dan aksesibilitas adalah pemicu biaya utama untuk fasilitas angin, dan biaya ini jauh lebih tinggi di laut. Sebagian besar biaya fasilitas lepas pantai terdapat pada komponen fasilitas, termasuk pondasi/struktur pendukung, instalasi, dan transmisi, sedangkan untuk fasilitas darat, sebagian besar biaya berada di turbin. Kedalaman air merupakan kontributor penting, dengan setiap tambahan meter tinggi menara menambah sekitar $2.000 untuk biaya modal (DWIA 2006). Meskipun tidak ada pengalaman jangka panjang dengan fasilitas OCS, perkiraan saat ini adalah bahwa pembangunan kembali beberapa komponen utama setelah sekitar 25 tahun beroperasi mungkin diperlukan untuk operasi yang efisien. Perkiraan saat ini menunjukkan bahwa biaya tersebut akan berada di urutan 25% dari investasi modal awal (DWIA 2006).

RINGKASAN

Energi angin OCS memiliki potensi untuk menyediakan 900.000 MW, yang mendekati total kapasitas listrik AS yang terpasang saat ini. Sebagian besar dari potensi ini berada di dekat daerah yang membutuhkan energi tinggi dengan sumber daya energi yang terbatas. Turbin angin dan teknologi OCS didasarkan pada teknologi angin darat, tetapi umumnya lebih besar dan lebih mahal (karena kondisi laut). Turbin angin OCS terbesar yang beroperasi secara komersial saat ini adalah 3,6 MW, dan pengembangan sedang berlangsung untuk turbin lepas pantai 5 MW yang diharapkan dapat menghasilkan listrik dengan biaya sekitar $0,05/kWh. Untuk menggunakan potensi sumber daya angin yang lebih besar yang ada di daerah lepas pantai yang jauh, kemajuan teknologi akan diperlukan untuk mengurangi berat turbin dan untuk mengembangkan platform yang aman dan hemat biaya untuk memanfaatkan angin yang tersedia di perairan yang lebih dalam.

Hambatan potensial untuk pemanfaatan jangka pendek termasuk kebutuhan akan teknologi baru untuk menangkap sumber daya dalam jumlah yang lebih besar dan biaya yang lebih tinggi dibandingkan dengan teknologi darat. Pertimbangan lingkungan perlu diperhatikan. Agar aplikasi lepas pantai menjadi kompetitif secara komersial, ada kebutuhan untuk mengatasi batas kedalaman saat ini, meningkatkan aksesibilitas dan keandalan, mengembangkan metode desain, menetapkan standar keselamatan dan lingkungan, dan mendemonstrasikan teknologi pada skala komersial.

REFERENSI

British Wind Energy Association (BWEA), 2006a, “Bagaimana Cara Kerja Ladang Angin Lepas Pantai?” Tersedia di http://www.bwea.com/offshore/how.html. Diakses pada 11 Mei 2006.

BWEA, 2006b, “Angin Lepas Pantai, Pertanyaan yang Sering Diajukan.” Tersedia di http://www.bwea. com/offshore/faqs.html. Diakses pada 9 Mei 2006.

BWEA, 2006c, “Lembar Pengarahan BWEA, Angin Lepas Pantai.” Tersedia di http://www.bwea.com/pdf/briefings/offshore05_small.pdf. Diakses pada 9 Mei 2006.

Asosiasi Industri Angin Denmark (DWIA), 2006, Seri artikel tentang ekonomi energi angin. Tersedia di http://www.windpower.org/en/tour/econ/economic/htm. Diakses pada 9 Mei 2006.

Departemen Energi AS (DOE), 2006, “Departemen Energi AS untuk Mengembangkan Turbin Angin Lepas Pantai Multimegawatt dengan General Electric,” Siaran Pers, Kantor Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan, 9 Maret. Tersedia di http://www1.eere. energy.gov/windandhydro/news_detail.html?news_id=9822. Diakses pada 9 Mei 2006.

Florida Power & Light Company (FPL), 2006, “FAQ Pusat Energi Angin Lepas Pantai Long Island.” Tersedia di http://www.fplenergy.com/projects/contents/long_island_wind_faq. shtml#56. Diakses pada 11 Mei 2006.

Gadomski, C., 2005, "Tantangan ke Depan untuk Industri Angin AS," Sistem Tenaga Modern, September, hlm. 38−39.

Larsen, Jens HM, et al., 2005, “Experiences from Middelgrunden 40 MW Offshore Wind Farm,” Copenhagen Offshore Wind 26-28 Oktober 2005. Tersedia di http://www. middelgrunden.dk/artikler/Copenhagen%20Offshore%207%20Middelgrund.pdf. Diakses pada 11 Mei 2006.

Miller, D., 2006, “Wind Farms off the Texas Coastline?” Situs berita KVUE. Tersedia di http://www.kvue.com/cgi-bin/bi/gold_print.cgi. Diakses pada 9 Mei 2006.

Musial, W., 2005, “Offshore Wind Energy Potential for the United States,” Presentasi di Wind Powering America⎯Annual State Summit, 19 Mei. Tersedia di http://www.eere.energy.gov/windandhydro/windpoweringamerica/pdfs /workshop/2005_summit/musial.pdf. Diakses pada 11 Mei 2006.

Musial, W., dan S. Butterfield, 2004, “Future for Offshore Wind Energy in the United States,” Pracetak untuk Energy Ocean 2004, Palm Beach, Florida, 28-29 Juni 2004. Tersedia di http://www. nrel.gov/docs/fy04osti/36313.pdf. Diakses pada 11 Mei 2006.

Offshore Wind Collaborative Organizing Group, 2005, “A Framework for Offshore Wind Energy Development in the United States,” September Tersedia di http://www.masstech.org/offshore/ final_09_20.pdf. Diakses pada 9 Mei 2006.

Angin Lepas Pantai, 2006, “Mengapa Energi Angin Lepas Pantai di Atas Daratan?” Tersedia di http://www. offshorewind.net/wiki/index.php/Main_Page. Diakses pada 9 Mei 2006.

Pellerin, C., 2005, "Sumber Listrik Baru dengan Pertumbuhan Tercepat di Dunia Tenaga Angin." Tersedia di http://usinfo.state.gov/usinfo/Archive/2005/Apr/22-89769.html?chanlid=washfile. Diakses pada 11 Mei 2006.

Siemens, 2006, "Aplikasi Khusus, Lepas Pantai." Tersedia di http://www.powergeneration. siemens.com/en/windpower/technology/offshore/index.cfm. Diakses pada 9 Mei 2006.

Thresher, R., 2005, “Dengar Pendapat Energi Lepas Pantai, Dengar Pendapat Komite Penuh, 19 April 2005,” Dr. Robert Thresher, Direktur, Pusat Teknologi Angin Nasional, Laboratorium Energi Terbarukan Nasional, Golden, Colorado, menyiapkan pernyataan. Tersedia di http://energy.senate.gov/hearings/testimony.cfm?id=1463&wit_id=4184. Diakses pada 9 Mei 2006.

Webb, T., 2006, “Offshore Wind Farms Blown Off Schedule by Two Years,” The Independent, 16 April. Tersedia di http://news.independent.co.uk/business/news/article357900.ece. Diakses pada 11 Mei 2006.