Model Siklus Termodinamika untuk Pembangkit Listrik Tenaga Geotermal dengan Memperhatikan Karakteristik Fluida Kerja

ABSTRAK

Kelangkaan energi fosil menjadikan energi geothermal yang renewable dan ramah lingkungan diakselerasi untuk memenuhi kebutuhan energi. Fluida geothermal yang memiliki rentang temperatur dari 140oC - ….oC mengharuskan pemilihan jenis pembangkit geothermal yang tepat disesuaikan dengan kondisi fluida geotermalnya. Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga geothermal mengaplikasikan siklus termodinamika dalam rekayasa engineering untuk menghasilkan tenaga listrik. Merespon rentang temperatur fluida kerja geothermal yang lebar tersebut, telah dibuat pembangkit listrik dengan jenis single-flash, double-flash, dry-steam, dan binary cycle. Selain itu dilakukan pengembangan model siklus untuk mengasilkan daya dan efisiensi yang lebih tinggi. Siklus yang tepat untuk fluida kerja air dengan temperatur sekitar 240oC adalah temperature-entropy state diagram single-flash plants, daya rata-ratanya 42 MW. Sedangkan untuk temperatur sekitar 300oC digunakan temperature-entropy state diagram double-flash plants yaitu dengan memanfaatkan temperatur luaran dari single-flash masih cukup tinggi, daya rata-ratanya 23 MW. Untuk fluida dengan fasa uap jenuh dengan temperatur sekitar 230oC, digunakan temperature-entropy state diagram dry-steam power plants daya rata-ratanya 25 MW. Sedangkan fluida dengan temperatur 150oC digunakan temperature-entropy state diagram binary plants dengan daya 3 MW. Karena temperatur dan tekanan fluida di kepala sumur dari waktu ke waktu terus menurun, mendorong kami untuk mendesain ulang sistem pembangkit yang sudah ada dengan mengkaji siklus yang sesuai dengan parameter fisis fluida kerjanya. Sebagai studi kasus, dilakukan kajian redisain pada sebuah pembangkit yang mulai beroperasi sejak tahun 1982.

Tekanan kepala sumurnya setiap tahun rata-rata menurun 0,643 bar dan temperaturnya rata-rata menurun 0,849 oC. Proses redisain terhadap pembangkit sedang dilakukan dan diharapkan akan selesai pada bulan September 2015.

Isu lain yang dibahas adalah upaya untuk peningkatan efisiensi dari pembangkit listrik tenaga geothermal yang telah ada dengan memodifikasi siklus termodinamika yang sudah ada sehingga dapat diperoleh seberapa besar peningkatannya.

www.portalphys.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangIndonesia terancam mengalami krisis energi dalam beberapa tahun mendatang.

Penyebabnya adalah adanya kesenjangan antara permintaan energi yang tinggi dengan pasokan produksi minyak di dalam negeri. Berdasarkan data dari Indonesian Petroleum Association (IPA), permintaan energi pada tahun 2010 adalah 3,3 juta Barrel of Oil Equivalen Per Day (BOEPD). Permintaan energi yang dimaksud adalah dalam bentuk minyak, gas, dan batu bara. Diperkirakan bahwa pada tahun 2025, permintaan energi akan meningkat menjadi 7,7 juta BOEPD. Pada 2015, IPA memperkirakan bahwa Indonesia akan kekurangan pasokan minyak dan gas 2,4 – 2,5 juta BOEPD.

Indonesia merupakan negara yang kaya akan sumber tenaga geothermal. Lokasi Indonesia yang berada di ring of fire dunia dengan banyaknya gunung api memberikan anugerah akan tersedianya energi yang ramah lingkungan, yaitu panas bumi. Berdasarkan hasil penelitian geologi, terdapat 265 lokasi sumber energi panas bumi di seluruh Indonesia dengan potensi 28,1 GWe yang setara dengan 12 milyar barel minyak bumi untuk masa pengoperasian 30 tahun. Hal tersebut menjadikan Indonesia sebagai salah satu negara terkaya akan potensi energi panas bumi. Berdasarkan data Kementrian ESDM[3], terdapat 299 lokasi panas bumi dengan total potensi 28.807 MW atau sekitar 40% dari potensi panas bumi dunia. Namun pemanfaatannya untuk listrik hanya 1.341 MW atau 4,6% dari potensi yang ada.

Dengan adanya krisis energi di Indonesia, potensi sumber energi geothermal di Indonesia perlu dikembangkan sehingga dapat krisis energi tersebut dapat teratasi. Namun terdapat masalah-masalah yang menghambat proses akselerasi pengembangan sumber energi geothermal. Masalah pertama adalah dana awal yang dibutuhkan untuk membangun Pembangkit Listrik Tenaga (PLT) Geotermal sangat besar. Sehingga sangat sedikit investor

yang ingin mengembangkan PLT Geotermal ini. Masalah berikutnya adalah adanya Undang-Undang Nomor 27 Tahun 2003 yang menyatakan bahwa pengusahaan Panas Bumi merupakan kegiatan penambangan/pertambangan.[4]. Sedangkan banyak potensi panas bumi yang ditemukan di wilayah hutan lindung dan hutan konservasi yang mana tidak diperbolehkan adanya kegiatan penambangan di kawasan tersebut. Namun pemerintah sudah membuat aturan yang menyatakan bahwa Panas Bumi bukan merupakan kegiatan penambangan, yaitu dalam Undang-Undang Nomor 21 Tahun 2014 yang menyatakan bahwa pengusahaan panas bumi tidak dikategorikan sebagai kegiatan pertambangan, sehingga tidak membatasi pengembangan potensi panas bumi di Indonesia. Masalah berikutnya adalah kurangnya Sumber Daya Manusia (SDM) atau tenaga ahli di Indonesia. Untuk dapat mengembangkan PLT Geotermal, diperlukan tenaga ahli dalam hal kajian keilmuannya, yaitu mengenai siklus termodinamika di seluruh jenis fluida kerja pada PLT Geotermal. Model siklus termodinamika pada PLT Geotermal tergantung dari karakteristik fluida kerja yang terdapat pada sumber panas bumi.

Pembangkit listrik selalu berhubungan dengan upaya peningkatan efisiensi dan penjagaan efisiensi. Peningkatan efisiensi dapat dilakukan dengan melakukan moodifikasi pada siklus termodinamika yang digunakan. Modifikasi siklus yang biasa dikenal adalah Superheat dan Reheat. Pada dasarnya, kedua modifikasi ini memiliki prinsip yang sama, yaitu menaikkan temperatur rata-rata, meningkatkan kualitas steam pada turbin exhaust, sehingga efisiensi dari pembangkit dapat meningkat. Namun perbedaannya adalah pada sistem kerjanya. Pada reheat, dilakukan pemanasan berulang, sehingga peralatan yang digunakan pun ditambah dengan turbin 2-stages. Sedangkan pada superheat, hanya dilakukan siklus biasa namun dilakukan penambahan pemanasan di boiler sehingga fasa uap yang dihasilkan menjadi superheated. Dengan modifikasi tersebut, langkah selanjutnya adalah mengubah atau memodifikasi komponen mesin yang ada sesuai dengan kebutuhan. (apakah perlu dijelaskan lebih lanjut mengenai komponennya?)

Jenis fluida kerja geothermal berhubungan dengan set peralatan pembangkit yang dipilih. Seperti halnya pada fluida kerja geothermal berupa water dominated maka digunakan set peralatan untuk sistem flash cycle power plant, sedangkan untuk fluida kerja berupa vapor dominated maka digunakan set peralatan untuk sistem dry cycle power plant. Konversi energi dalam siklus-siklus tersebut digambarkan oleh siklus termodinamikanya.(masih buntu)

Pembangkit elalu berhubungan dengan upaya peningkatan efisiensi, dan penjagaan agar efisiensi. Peningkatan dilakukan dengan cara?, penjagaan efisiensi dengan cara? (belum menemukan literatur)

Peningkatan dimodelkan dengan mengubah siklus termodinamikanya, selanjutnya baru diubah komponen mesin yang ada.

Jenis fluida geothermal berhubungan dengan set peralatan pembangkit yang dipilih, secara konversi energi dalam sebuah sijlus digambarkan oleh siklus termodinamika.

1.2. Rumusan Masalah1.3. Tujuan

a. Mengkaji model siklus termodinamika untuk PLT Geotermal dengan memperhatikan karakteristik fluida kerja.

b. Upaya peningkatan efisiensi pembangkit listrik

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penggolongan Fluida Kerja Geotermal berdasarkan Temperatur dan Tekanan

a. water dominated system

b. vapor dominated system

2.2. Modul Siklus Termodinamika Geotermal

a. Dry Steam Power Plants

b. Single-Flash Power Plants

c. Double-Plants power Plants

d. Binary Cycle Power Plants

Daftar Pustaka

1. http://esdm.go.id/berita/56-artikel/4002-penataan-kebijakan-pengelolaan-dan- pengembangan-potensi-panas-bumi.html

2. http://psdg.bgl.esdm.go.id/index.php? option=com_content&view=article&id=841:sumber-daya-panas-bumi-indonesia-status-penyelidikan-potensi-dan-tipe-sistem-panas-bumi&catid=10:geothermal

3. http://pabum.ebtke.esdm.go.id/berita/arsip-berita/panas-bumi/56-panas-bumi-indonesia- baru-termanfaatkan-14-000-mw.html

4. http://pabum.ebtke.esdm.go.id/berita/arsip-berita/panas-bumi/61-herlambang.html