TUGAS AKHIR Studi Pemanfaatan Pohon Kaliandra Sebagai Sumber Energi Primer Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh Riki Ananda NIM : 100402034 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
ABSTRAK Pemenuhan kebutuhan terhadap energi masih sangat tergantung pada bahan bakar fosil. Sementara itu, cadangan energi fosil kita semakin menurun. Di sisi lain, rasio elektrifikasi Indonesia masih berada di angka 80,4% (PLN, 2013). Rasio elektrifikasi terendah berada di daerah Nusa Tenggara Timur (54,77%) dan Papua (36,41%). Rasio elektrifikasi yang rendah sebagian besar terjadi di daerah pelosok dan juga pulau-pulau kecil. Infrastruktur yang belum memadai dan juga biaya yang mahal untuk membangun saluran transmisi ke daerah-daerah terpencil dan juga pulau-pulau kecil menjadi kendala utama. Salah satu upaya yang dilakukan untuk mengatasi krisis listrik adalah dengan memanfaatkan Sumber Energi terbarukan (Renewable energy resources). Di Indonesia, ada banyak sekali sumber daya energi yang bisa dimanfaatkan. Salah satunya adalah biomassa. Salah satu alternatif bahan bakar untuk pembangkit di daerah pelosok dan pulau-pulau terpencil adalah dari pohon Kaliandra. Kaliandra merah (calothirsus) merupakan tanaman yang dapat diolah menjadi wood pellet. Gross Calorific Value (Low Heating Value/ LHV) Wood pellet Kaliandra adalah 4436 kcal/ kg sehingga sangat dimungkinkan untuk dijadikan sebagai bahan bakar PLTU untuk skala kecil. Kata Kunci: Energi Baru Terbarukan, Wood Pellet, Bahan Bakar, Calorific Value, Energi Alternatif i
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridho-nya tugas akhir ini dapat disusun dan diselesaikan, serta shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW. Tugas akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah: STUDI PEMANFAATAN POHON KALIANDRA SEBAGAI SUMBER ENERGI PRIMER Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu orang tua, Amangboru dan Bouk Penulis, yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam penyelesaian studi hingga menyelesaikan tugas akhir ini. Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga banyak mendapat dukungan, bimbingan, maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Dosen Penasehat Akademik, dan juga sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan tugas akhir ini. 2. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T. dan Bapak Ir. Raja Harahap, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan tugas akhir ini. 3. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik penulis menuju jenjang Sarjana. 4. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi. 5. Suhendri dan Andi teman dalam mengarungi kerasnya kehidupan. Angel, Dani, Martin, dan Milan teman seperjuangan dalam menyelesaikantugas Akhir ini. Dan teman-teman stambuk 2010 yg lainnya. ii
6. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah member dukungan dan bantuan. 7. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna karena masih banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri. Medan, Oktober 2015 Penulis Riki Ananda NIM. 100402034 iii
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi BAB I PENDAHULUAN 1. 1 Latar Belakang... 2 1. 2. Perumusan Masalah... 3 1. 3. Tujuan Penulisan Tugas Akhir... 4 1. 4. Batasan Masalah... 4 1. 5. Manfaat...... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2. 1. Biomassa... 6 2.1.1 Biomassa sebagai Sumber Energi... 6 2.1.2 Densifikasi Biomasa Menjadi Pellet dan Briket... 8 2. 2 Wood Pellet Kaliandra... 11 2. 3 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)... 14 2.3.1Siklus Rankine... 15 2.3.2 Prinsip Kerja Turbin Uap... 18 2.3.3 Klasifikasi Turbin Uap... 24 2.3.3.1 Berdasarkan Prinsip Kerjanya... 24 2.3.3.2 Berdasarkan pada Tingkat Penurunan Tekanan dalam Turbin... 25 2.3.3.3 Berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap... 25 2.3.4 Generator Sinkron... 26 2. 3.4.1 Konstruksi Generator Sinkron... 26 2.3.4.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron... 30 2.3.4.3 Reaksi Jangkar... 32 2.3.5 Peralatan Utama PLTU berbahan bakar Kaliandra... 32 BAB III METODE PENELITIAN iv
3. 1. Tempat dan Waktu... 39 3. 2. Metode yang Digunakan... 39 3. 3. Pelaksanaan Penelitian... 39 3. 4. Variabel yang Diamati... 40 3. 5. Pengolahan dan Analisa Data...... 40 BAB IV ANALISIS DATA 4. 1. Kandungan Energi... 41 4. 2 Manajemen Bahan Bakar... 42 4. 2.1 Ketersediaan Wood Pellet Kaliandra per tahun... 42 4. 2.2 Jam operasi per tahun... 43 4. 3 Efisiensi Pembangkit...... 44 4. 4 Output Daya...... 45 4. 5 Biaya Bahan Bakar...... 45 BAB V KESIMPULAN... 46 DAFTAR PUSTAKA... 47 v
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Pohon Kaliandra... 13 Gambar 2.2 Wood Pellet Kaliandra... 14 Gambar 2.3 Blok Diagram PLTU berbahan Bakar Kaliandra... 15 Gambar 2.4 Blok Diagram Siklus Rankine... 16 Gambar 2.5 Diagram Temperatur (T) Entropi (S)... 17 Gambar 2.6 Konstruksi Generator Sinkron secara umum... 27 Gambar 2.7 Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron... 28 Gambar 2.8 Rotor Kutub Tidak Menonjol Generator Sinkron... 28 Gambar 2.9 Inti Stator dan Alur pada Stator... 31 Gambar 2.10 Model Reaksi Jangkar... 32 vi