1. Pendahuluan
Dengan latar belakang fokus global pada pengembangan ekonomi-rendah karbon dan target "karbon-ganda" yang diusulkan Tiongkok, energi angin, sebagai sumber energi terbarukan yang bersih dan berkelanjutan, telah menjadi titik fokus bagi pemerintah dan raksasa energi di seluruh dunia. Dengan pembangunan pembangkit listrik tenaga angin darat yang berkelanjutan, teknologi yang semakin matang, dan penurunan biaya, pembangkit listrik tenaga angin darat telah berkembang pesat, dengan kapasitas pembangkit listrik tenaga angin darat yang baru terpasang secara global mencapai 61,8 GW pada tahun 2019 saja. Namun, karena terbatasnya lahan yang dapat dieksploitasi dan sumber daya energi angin di darat, tenaga angin lepas pantai secara bertahap menjadi tren pengembangan. Secara khusus, wilayah pesisir tenggara Tiongkok berkembang secara ekonomi, memiliki-jaringan listrik yang mapan, dan sumber daya energi angin lepas pantai yang melimpah, sehingga sangat cocok untuk-pengembangan skala besar dan sambungan jaringan tenaga angin lepas pantai.
2. Status Industri Tenaga Angin Lepas Pantai Saat Ini
Pada tahun 2020, kapasitas pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai global yang baru terkoneksi melebihi 6 GW, kurang lebih sama dengan tahun 2019. Sepuluh tahun sebelumnya, pada tahun 2010, kapasitas pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai global yang baru terpasang kurang dari 1 GW. Sementara itu, proporsi pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai dalam kapasitas pembangkit listrik tenaga angin global yang baru terpasang juga meningkat dari 2,5% pada tahun 2010 menjadi 7%.
2.1 Status Saat Ini dan Tren Industri Tenaga Angin Lepas Pantai Luar Negeri
Dalam hal pemeringkatan negara-negara berdasarkan kapasitas terpasang baru, lima pasar tenaga angin lepas pantai teratas secara global pada tahun 2020 adalah Tiongkok, Belanda, Belgia, Inggris, dan Jerman. Pakar industri memperkirakan bahwa pasar tenaga angin lepas pantai global akan mengalami tingkat pertumbuhan tahunan rata-rata lebih dari 30% antara tahun 2020 dan 2025. Penilaian ini didasarkan pada alasan berikut:
01
Penurunan pesat dalam biaya pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai disebabkan oleh meningkatnya ukuran turbin angin lepas pantai (lihat Gambar 2-1), yang secara signifikan dapat menghemat investasi awal serta biaya pengoperasian dan pemeliharaan selanjutnya.
Gambar 2-1 Tren Perkembangan Global Turbin Angin Lepas Pantai
Sumber data: Platform Data Pasar GWEC, Agustus 2020
02
Dengan meningkatnya target pemerintah di seluruh dunia untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai, pasar Asia seperti Tiongkok, Vietnam, Jepang, dan Korea Selatan diperkirakan akan mengalami pertumbuhan pesat. Di pasar Eropa, selain negara-negara Eropa Barat yang terus gencar mengembangkan tenaga angin lepas pantai, negara-negara Eropa Timur juga akan memulai pembangunan fasilitas tenaga angin lepas pantai. Selain itu, pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai-berskala besar pertama di Amerika Serikat akan terhubung ke jaringan listrik pada tahun 2023.
03
Industrialisasi pembangkit listrik tenaga angin terapung (lihat Gambar 2-2) akan memiliki cakupan penerapan yang lebih luas karena struktur pondasi terapung cocok untuk wilayah laut dalam dengan kedalaman air 50 hingga 200 meter. Menurut Laporan Energi Dunia, kapasitas terpasang global pembangkit listrik tenaga angin terapung akan mencapai 8 hingga 10 GW pada tahun 2030.
Gambar 2-2 Diagram skema pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai terapung
2.2 Status Industri Tenaga Angin Lepas Pantai Tiongkok Saat Ini
Industri tenaga angin lepas pantai Tiongkok dimulai relatif terlambat, namun perkembangannya dalam beberapa tahun terakhir sangatlah pesat. Sejak tahun 2018, kapasitas pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai yang baru dipasang di Tiongkok secara konsisten memimpin negara-negara lain. Secara khusus, pada tahun 2020, untuk pertama kalinya, kapasitas jaringan listrik Tiongkok yang baru terkoneksi melebihi 3GW. Berdasarkan kapasitas terpasang kumulatif, Tiongkok melampaui Jerman untuk menjadi pasar tenaga angin lepas pantai terbesar kedua di dunia-pada akhir tahun 2020. Menurut perkiraan berdasarkan tingkat pertumbuhan tenaga angin lepas pantai di berbagai negara, Tiongkok menggantikan Inggris sebagai pasar tenaga angin lepas pantai terbesar di dunia pada tahun 2021.
2.2.1 Skala kapasitas terpasang dan sambungan jaringan terus meningkat.
Proyek Pembangkit Listrik Tenaga Angin Lepas Pantai Jembatan Donghai Shanghai, proyek pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai{0}}skala besar pertama di Tiongkok, yang dimulai pada tahun 2006 dan mulai dibangun pada tahun 2008, berhasil memasang 34 unit turbin angin lepas pantai berkapasitas 3MW yang diproduksi di dalam negeri, dengan total kapasitas terpasang sebesar 102MW, sehingga membuka awal bagi pengembangan tenaga angin lepas pantai di Tiongkok.
Pada tahun 2016, Administrasi Energi Nasional merilis Rencana Lima Tahun-Pengembangan Tenaga Angin ke-13 dan memperkenalkan serangkaian kebijakan besar yang menguntungkan untuk mendorong pengembangan tenaga angin lepas pantai, yang juga berarti bahwa pengembangan tenaga angin lepas pantai di Tiongkok telah beralih dari "demonstrasi proyek" ke jalur cepat "pembangunan pesat".
Pada tahun 2020, proyek pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai memasuki masa kritis pemasangan yang terburu-buru. Menurut statistik, 30 proyek sedang dibangun pada waktu yang sama pada paruh pertama tahun ini, dengan kapasitas terpasang 12,972,800 kilowatt, termasuk 11 proyek baru dimulai dan 3 proyek yang sepenuhnya terhubung ke jaringan listrik.
2.2.2 Kapasitas satu unit turbin angin meningkat dari tahun ke tahun.
Berdasarkan data pada akhir tahun 2019, dalam hal kapasitas unit tunggal, unit 4MW memiliki kapasitas terpasang kumulatif terbesar, sementara 5MW telah menjadi model utama untuk proyek pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai (lihat Gambar 2-3).
Pada tanggal 12 Juli 2020, turbin angin berkapasitas 10MW pertama di Tiongkok berhasil tersambung ke jaringan listrik dan menghasilkan listrik di ladang angin lepas pantai Teluk Xinghua di Provinsi Fujian, sehingga memecahkan rekor baru untuk kapasitas satu turbin angin lepas pantai di Tiongkok. Dari perspektif rencana pengembangan produsen turbin angin, 8MW telah menjadi titik awal baru, dan-turbin angin lepas pantai skala besar berkapasitas 10MW atau lebih telah terdaftar sebagai model pengembangan utama.
Gambar 2-3 Persentase Kapasitas Turbin Angin Lepas Pantai di Tiongkok pada Akhir Tahun 2019
2.2.3 Konstruksi pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai secara bertahap beralih dari perairan dangkal dekat pantai ke wilayah-laut dalam dan-perairan dalam.
Pada akhir tahun 2019, total kapasitas pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai yang disetujui di Tiongkok mencapai 35 juta kilowatt. Di antara negara-negara tersebut, Jiangsu dan Guangdong telah menyetujui kapasitas melebihi 10 juta kilowatt, sementara Fujian dan Zhejiang telah menyetujui kapasitas melebihi 3 juta kilowatt. Sumber daya dekat-pantai yang tersedia untuk pengembangan di masa depan terbatas, sementara Tiongkok memiliki wilayah perairan-laut dalam yang luas dan dapat dieksploitasi, yang diperkirakan akan menjadi fokus pengembangan tenaga angin lepas pantai di masa depan.
3. Persyaratan perangkat keras untuk sakelar Ethernet industri di ladang angin lepas pantai
Turbin angin lepas pantai dan gardu induk lepas pantai dibangun puluhan kilometer jauhnya dari daratan, di lingkungan yang sangat keras. Hal ini menimbulkan tuntutan yang sangat tinggi terhadap peralatan, terutama peralatan komunikasi inti, terutama dalam hal keandalan, ketahanan terhadap semprotan garam, suhu tinggi dan rendah, serta interferensi elektromagnetik. Selain itu, pemeliharaan peralatan lepas pantai dibatasi oleh cuaca, peraturan maritim, dan penempatan kapal, sehingga pemeliharaan darurat dan rutin menjadi sangat sulit, dan waktunya sangat tidak dapat diprediksi. Hal ini menempatkan tuntutan yang sangat tinggi pada pengoperasian switch Ethernet yang stabil dan andal.
3.1 Persyaratan keandalan
Beberapa indikator utama keandalan peralatan:
1) Waktu Rata-rata Menuju Kegagalan (MTTF)
2) Waktu Rata-rata Antara Kegagalan (MTBF)
3) Waktu Berarti Untuk Memperbaiki (MTTR)
3.1.1 Indikator MTBF
Salah satu indikator kinerja terpenting untuk switch Ethernet industri adalah Mean Time Between Failures (MTBF). Standar yang paling diterima secara luas dan resmi adalah MIL-HDBK-217, GJB/Z299B, dan Bellcore. Sebagian besar sakelar industri merek asing menggunakan MIL-HDBK 217F Amerika sebagai standar referensi dan menerapkan pengujian HALT (High-Accelerated Life Test) dan HASS (High-Accelerated Stress Screening) selama penelitian dan pengembangan serta pengujian produksi untuk memverifikasi apakah MTBF produk memenuhi persyaratan desain. MTBF dari sebagian besar switch Ethernet industri adalah lebih dari 20 tahun, dan beberapa bahkan melebihi 50 tahun.
HALT (Highly Accelerated Life Testing) terutama digunakan dalam tahap penelitian dan desain pengembangan produk. Ini efektif dalam mengungkap potensi cacat pada produk dan merupakan metode pengujian penting bagi insinyur desain untuk meningkatkan keandalan produk.
HASS (Highly Accelerated Stress Screening) adalah-proses penyaringan stres dengan percepatan tinggi yang dilakukan di lini produksi setelah produk lulus uji HALT untuk menentukan batas operasional atau destruktifnya. 100% produk diwajibkan untuk berpartisipasi dalam penyaringan. Tujuannya adalah untuk memastikan bahwa produk yang diproduksi bebas dari cacat tersembunyi, atau setidaknya untuk mengidentifikasi dan mengatasi cacat tersebut sebelum produk meninggalkan pabrik. HASS menggunakan stres yang dipercepat untuk menemukan produk cacat dalam waktu singkat, memperpendek siklus tindakan perbaikan, dan mengidentifikasi produk dengan masalah yang sama.
3.1.2 Indikator MTTR
Persyaratan umum untuk lokasi ladang angin lepas pantai adalah: Mean Time To Repair (MTTR) yang disediakan oleh pabrikan, yang umumnya 0,5 hingga 1 jam ketika waktu dukungan manajemen dan waktu pengiriman tidak diperhitungkan; dan waktu untuk mendiagnosis (atau memeriksa) dan memperbarui konektor yang rusak harus kurang dari 30 menit.
Jika sakelar industri mengalami kegagalan perangkat keras, dan jika waktu dukungan manajemen serta waktu pengiriman tidak dipertimbangkan, dan hanya diperlukan penggantian sederhana, dalam banyak kasus, produk sakelar industri dapat diganti dalam waktu 1 jam, sehingga memenuhi persyaratan MTTR pelanggan.
3.2 Persyaratan ketahanan korosi
Karakteristik utama dari lingkungan operasi kelautan adalah tingginya tingkat semprotan garam. Produk sakelar Ethernet industri harus menyediakan desain lapisan pelindung papan sirkuit untuk mencapai tingkat perlindungan G3 dan sepenuhnya mematuhi persyaratan standar ISA-S71.04-1985 (klasifikasi G3- Hash Grup A) dan Metode 4 EN60068-2-60 agar dapat beroperasi secara stabil dan andal dalam jangka waktu lama di lingkungan laut yang keras.
Ladang angin lepas pantai awal mengalami banyak kegagalan saklar. Saat membuka selubung sakelar, bekas luka bakar terlihat ditemukan di papan sirkuit. Salah satu alasannya adalah sakelar ini tidak memiliki lapisan pelindung.
3.3 Persyaratan suhu tinggi dan rendah
Karena ladang angin lepas pantai yang berbeda terletak pada garis lintang yang berbeda, kondisi iklimnya sangat bervariasi. Misalnya, pada musim dingin, suhu terendah di ladang angin lepas pantai Zhuanghe di Dalian bisa mencapai -15 derajat Celcius, sedangkan di musim panas, suhu tertinggi di ladang angin lepas pantai Xuwen di Zhanjiang bisa mencapai 38 derajat Celcius. Suhu di dalam menara turbin angin mungkin lebih tinggi daripada suhu di luar ruangan. Oleh karena itu, persyaratan yang sangat tinggi ditempatkan pada suhu pengoperasian normal sakelar industri.
Meskipun sebagian besar produsen sakelar industri di pasar mencantumkan suhu pengoperasian sakelar mereka sebesar -40 derajat hingga +70 derajat , atau bahkan -40 derajat hingga +85 derajat , angka-angka ini berasal dari pengujian laboratorium jangka pendek. Misalnya, persyaratan pengujian dari lembaga pengujian domestik yang memiliki reputasi baik menetapkan bahwa di lingkungan bersuhu tinggi, sakelar, saat dihidupkan, harus ditempatkan di tengah ruang pengujian lingkungan, dan suhu harus dinaikkan hingga 70 derajat dan dipertahankan selama 2 jam. Perangkat akan berfungsi normal pada suhu +70 derajat , dan tingkat penyimpanan dan penerusan harus mencapai 100%. Jika persyaratan ini terpenuhi, peralihan dianggap合格 (memenuhi syarat/dapat diterima).
Persyaratan teknis untuk lingkungan-bersuhu rendah yang sama adalah sebagai berikut: Sakelar, saat dihidupkan, ditempatkan di tengah ruang uji lingkungan, dan suhu diturunkan hingga -40 derajat dan kemudian dipertahankan pada suhu tersebut selama 2 jam. Perangkat akan berfungsi normal pada suhu -40 derajat , dengan tingkat simpan dan teruskan sebesar 100%; itu juga harus bisa dimulai secara normal pada -40 derajat. Jika persyaratan ini terpenuhi, maka dianggap 合格 (memenuhi syarat/dapat diterima). Oleh karena itu, pengujian ini hanya memverifikasi apakah perangkat dapat beroperasi secara stabil selama 2 jam di bawah suhu ekstrem ini.
Meskipun sakelar industri di ladang angin lepas pantai tidak perlu tahan terhadap suhu ekstrem seperti itu, sakelar tersebut harus beroperasi terus menerus dalam jangka waktu lama di lingkungan bersuhu keras, dan bahkan mungkin terkena dampak buruk tambahan dari lingkungan eksternal lainnya. Hanya saklar industri yang telah teruji oleh waktu yang dapat dikatakan memenuhi persyaratan suhu tinggi dan rendah dari ladang angin lepas pantai.
(Bersambung)