BAB I PENDAHULUAN. Gambar 1.1. Potensi dan kapasitas terpasang PLTP di Indonesia [1]

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Dewasa ini kelangkaan sumber energi fosil telah menjadi isu utama. Kebutuhan energi tersebut setiap hari terus meningkat. Maka dari itu, energi yang tersedia di bumi semakin lama akan menipis, seperti minyak bumi dan batubara. Melihat hal tersebut lahirlah berbagai macam sumber energi alternatif yang dapat diperbarui. Salah satu sumber energi alternatif yang dimanfaatkan untuk pembangkit listrik adalah panas bumi. Lokasi dari potensi panas bumi tersebut secara geografis tersebar pada jalur gunung api yang terdapat di Sumatra, Jawa, Sulawesi, Nusa Tenggara, Maluku, Bali, dan daerah lainnya. Grafik potensi dan kapasitas energi panas bumi yang telah terpasang dapat dilihat pada Gambar 1.1. Gambar 1.1. Potensi dan kapasitas terpasang PLTP di Indonesia [1] Potensi panas bumi di Indonesia sangat berlimpah yaitu MW, sementara itu pemanfatannya hanya 1189 MW atau sekitar 4,3%. Usaha pemerintah 1

2 2 dalam peningkatan produksi panas bumi (geothermal) terlihat dalam Kebijakan Energi Nasional (KEN) yang salah satunya mengupayakan agar produksi panas bumi di Indonesia pada tahun 2025 mencapai target 33% atau sekitar 9000 MW [1]. Tercatat bahwa Indonesia memiliki 40% potensi panas bumi dari keseluruhan dunia [2], sehingga menjadikan Indonesia sebagai negara dengan potensi sumber daya panas bumi terbesar di dunia. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) Lahendong adalah salah satu pembangkit di Indonesia yang terus melakukan pengembangan pemanfaatan panas bumi dengan produksi PLTP unit 4 dan perencanaan unit 5 dan 6. Teknologi siklus Rankine organik (ORC) digunakan pada sumber panas yang cukup rendah dengan memanfaatkan air buangan pada pembangkit listrik tenaga panas bumi. Organic Rankine Cycle (ORC) merupakan siklus yang memanfaatkan refrigeran sebagai fluida kerjanya untuk menghasilkan energi listrik. Secara konsep, ORC mempunyai kesamaan dengan siklus rankine biasa yang sering dipakai pada PLTU. Perbedaannya hanya pada fluida kerjanya. Fluida kerja yang digunakan pada ORC adalah fluida yang memiliki titik didih yang rendah. Sistem ini terdiri dari 4 komponen utama yaitu evaporator, turbin, kondensor, dan pompa. Fluida kerja dipompa menuju evaporator untuk membangkitkan uap. Uap tersebut digunakan untuk menggerakkan turbin yang selanjutnya dapat menghasilkan energi listrik. Uap hasil ekspansi turbin dikondensasi dan dialirkan oleh pompa kembali ke evaporator. Sistem ini terjadi secara kontinyu membentuk siklus. Pada sistem pendingin, fluida kerja yang temperaturnya naik akibat kompresi akan didinginkan di kondensor agar dapat dikondensasikan. Pengkondensasian dilakukan dengan cara memindahkan kalor fluida kerja tersebut ke air dan udara. Untuk sistem dengan beban pendinginan yang besar, digunakan kondensor dengan pendinginan air. Dalam pelaksanaannya pada sistem dengan pendinginan air, air yang telah dipakai tidak dibuang melainkan disirkulasikan agar dapat digunakan lagi, yaitu dengan mendinginkan air tersebut dengan udara luar yang temperaturnya lebih rendah. Salah satu alat dengan sistem sirkulasi air seperti ini adalah menara pendingin. Sistem pendingin merupakan bagian yang berpengaruh besar terhadap efisiensi

3 3 pembangkit listrik. Apabila temperatur air pendingin yang masuk kondensor terlalu tinggi, maka efisiensi mekanis kondensor akan menurun dan dapat menimbulkan overheating, sedangkan bila temperatur air terlalu rendah, maka efisiensi termal akan turun. Dalam penelitian ini menara pendingin yang digunakan adalah jenis menara pendingin basah (wet cooling water) dan mechanical draft dengan aliran berlawanan (counter flow). Tipe inilah yang akan dianalisis mengenai proses perancangannya. Menara pendingin basah (wet cooling tower) mempunyai sistem distribusi air panas yang disemprotkan secara merata ke kisi-kisi pada sisi menara yang disebut isian. Udara masuk dari luar menara melalui kisi-kisi yang berbentuk celah-celah horizontal yang terpasang pada sisi menara. Celah ini biasanya mengarah miring ke bawah agar air tidak keluar. Adanya percampuran antara air dan udara, maka terjadi perpindahan kalor yang dapat mendinginkan air. Air yang telah dingin itu berkumpul di kolam atau bak yang berada di dasar menara. Selanjutnya diteruskan ke dalam kondensor atau dibuang ke luar, sedangkan udara keluar dari atas menara. Pada menara pendingin aliran angin mekanik (mechanical-draft wet cooling tower) ini, udara mengalir karena adanya satu atau beberapa kipas (fan) yang digerakkan secara mekanik. Keunggulan menara pendingin aliran angin mekanik sebagai berikut: 1. Terjaminnya jumlah aliran udara dalam jumlah yang diperlukan pada segala kondisi beban dan cuaca. 2. Biaya investasi dan konstruksinya lebih rendah. 3. Ukuran dimensinya lebih kecil. Selain memiliki keunggulan, menara pendingin jenis ini juga memiliki kelemahan, diantaranya : 1. Kebutuhan daya yang besar. 2. Biaya operasi dan pemeliharaan yang besar. 3. Lebih bising. Untuk efisiensi tempat, maka pemilihan ukuran dari menara pendingin harus tepat dan sesuai dengan kapasitasnya. Dasar pemilihan ukuran dan instalasi menara pendingin ditentukan oleh nilai karakteristiknya. Karakteristik menara pendingin

4 4 dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain tipe menara pendingin, jumlah dan tipe packing yang digunakan, temperatur udara luar, rasio laju aliran udara dan air, range pendinginan, dan pendekatan (approach) pendinginan. Objek yang akan dikaji adalah PLTP Lahendong unit III dengan sumur produksi klaster 5. I.2. Batasan Masalah Adapun batasan masalah yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah: 1. Pemodelan sistem ORC pada keadaan steady dengan laju alir massa tetap tanpa memperhitungkan gaya gesek yang terjadi pada pipa. 2. Simulasi sistem ORC menggunakan Cycle Tempo Sistem pembangkit siklus ORC memanfaatkan aliran brine dari sumur produksi klaster 5 PLTP Lahendong unit III milik PT. Pertamina Geothermal Energy. 4. Tekanan dan temperatur lingkungan yang akan menjadi acuan pada analisis adalah 1 atm (1,01325 bar) dan 30 o C. 5. Dinding menara pendingin bersifat adiabatik. 6. Udara dianggap sebagai gas ideal. 7. Perpindahan kalor konduksi terhadap dinding menara pendingin diabaikan. 8. Pengaruh radiasi dan konveksi dari lingkungan dari menara pendingin diabaikan. 9. Dalam perencanaan tidak termasuk perencanaan instalasi dan biayanya (termo ekonomi). I.3. Tujuan Penelitian Penelitian pada tugas akhir ini memiliki tujuan sebagai berikut: 1. Memperoleh rancangan sistem ORC pada pemanfaatan air panas buang panas bumi. 2. Mendapatkan ukuran bagian-bagian menara pendingin yang sesuai dengan kapasitas pendinginan.

5 5 3. Mendapatkan spesifikasi menara pendingin sesuai dengan kondisi lingkungan di Lahendong, Sulawesi Utara menggunakan analisis termodinamik pada menara pendingin. I.4. Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini adalah merancang menara pendingin dan memberikan analisis kerja menara pendingin tahap pada pembangkit listrik tenaga panas bumi berbasis siklus Rankine organik di PLTP Lahendong. Penelitian ini diharapkan bisa menjadi acuan dan gambaran dalam memilih menara pendingin, sehingga dapat meningkatkan efisiensi pada sistem ORC secara keseluruhan. I.5. Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut pada bab I penulis akan menyajikan Pendahuluan yang berisikan latar belakang, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian serta sistematika penulisan. Kemudian pada bab II merupakan Tinjauan Pustaka yang berisikan tentang tinjauan wilayah PLTP Lahendong yang berada di Sulawesi Utara dan penelitian-penelitian yang telah dilakukan sebelumnya tentang PLTP sistem ORC, fluida kerja yang digunakan, dan menara pendingin. Seterusnya pada bab III adalah Dasar Teori yang berisikan teori yang digunakan untuk menganalisis masalah. Teori yang digunakan adalah teori tentang sistem panas bumi, pembangkit listrik tenaga panas bumi, siklus rankine ideal dan siklus rankine organik, efek silika, analisis termodinamik pada menara pendingin serta bagian-bagian dari menara pendingin. Bab IV merupakan Pelaksanaan Penelitian yang berisi tentang alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, tata laksana penelitian dalam memodelkan pembangkit listrik tenaga panas bumi sistem ORC dan merancang menara pendinginnya. Pada bab V penulis akan mulai merancang pembangkit listrik tenaga panas bumi menggunakan sistem ORC pada tahap studi awal dan merancang bagian-bagian dari menara pendingin serta melakukan analisis terhadap menara pendingin tersebut. Pada bab VI akan disajikan kesimpulan dan saran dari penelitian ini