Studi Pemanfaatan Pohon Kaliandra Sebagai Sumber Energi Primer
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
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