Analisis Termal Pembangkit Listrik Tenag (1)
KATA PENGANTAR
Puji syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan karunia-Nya, Penulis dapat menyelesaikan seluruh proses penulisan tugas akhir ini. Tugas akhir yang berjudul “Analisis Termal Siklus Rankine Organik pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi” ini disusun sebagai persyaratan akademik dalam menyelesaikan pendidikan sarjana di jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung.
Tugas sarjana ini tidak mungkin dapat dilaksanakan dan diselesaikan tanpa dukungan dari banyak pihak. Penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua Orang Tua penulis, Soewitoadi dan Hersuprapti yang selalu setia mendukung penulis dalam menyusun tugas akhir ini. Segala pengorbanan yang diberikan membuat penulis memungkinkan menyusun tugas akhir ini. Serta kepada saudara-saudara penulis, Dhata Praditya, Dia Mayangsari, Shinta Putri Andansari, Muhammad Fikri Yuliandi dan Danisha Athayya Praditya yang senantiasa mendukung penulis.
2. Dr. Ir. Ari Darmawan Pasek, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan banyak inspirasi, cerita, pengalaman, arahan, dan bimbingan dengan penuh kesabaran kepada penulis dalam menyusun tugas akhir ini.
3. Dosen-dosen Program Studi Teknik Mesin atas segala ilmu yang telah diberikan.
4. Teman-teman dekat penulis, Randi Wardhana Bachtiar, Devita Permanasari, Kurniati Ekotomo, Listya Swasti Lestari, Maharani Putri Ayunda, Hafsah
Halidah, Mohammad Ashyari Sastrosubroto, Jonathan Ricky, Ari Mahyudin, Anugrah Erick, Dhira Naradwitama, Wafi Ihtikamiddin, Esta Andhizar, Fuadi Fajri dan Dwiky Darmawan yang selalu mendukung penulis dan menemani penulis dalam penyusunan tugas akhir ini baik dalam suka maupun duka.
5. Gea Fardias Mu’min, Hugo, Nina Konitat Supriyatna, dan Aqsa Dwi Putra yang telah memberikan bantuan teknis selama pengerjaan tugas akhir ini.
6. Teman-teman Badan Pengurus HMM-ITB periode 2011-2012, Panitia Olimpiade VI KM ITB, Panitia IEC ITB 2011, unit Ganesha Model United Nations Club, Unit Kebudayaan Tionghoa, dan teman-teman Protokoler ITB yang memberikan warna kepada penulis selama penulis berada di kampus ITB sampai akhir.
7. Serta Teman-teman laboratorium termodinamika: Husin Baagil, Eksa Bagas, Tri Aghna Satriya, Dliya Izharul Haq, Adrian Rizki Irhamna, Satrio Swandiko, Reynold Pardamaian, Davy Febrinzki, dan Lia Laila yang memberikan dukungan dan semangat dalam menyelesaikan penelitian ini.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna. Penulis berharap melalui tulisan ini dapat membantu perkembangan pembangkit listrik tenaga panas bumi, khususnnya untuk mahasiswa teknik mesin dan mahasiswa ITB pada umumnya.
Bandung, 25 Februari 2013 Rachmat Fathoni
Bab 1
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan akan pemakaian energi di Indonesia terus meningkat seiring dengan laju pertumbuhan industri dan bertambahnya jumlah penduduk [11]. Dengan kondisi tersebut, hanya bergantung kepada energi fosil saja tidak akan mampu memenuhi kebutuhan energi nasional. Oleh karena itu, Indonesia perlu mengembangkan energi lain yang berpotensi besar khususnya dari bidang energi baru dan energi terbarukan.
Dari berbagai macam energi baru dan terbarukan yang sedang dikembangkan di Indonesia, salah satunya adalah energi panas bumi yang bisa dimanfaatkan baik secara langsung maupun secara tidak langsung. Manfaat langsung dari sumber energi panas bumi antara lain sebagai sumber air panas untuk pemandian umum dan wisata. Sedangkan, untuk manfaat secara tidak langsung, panasbumi dapat digunakan sebagai Pembangkit Listrik. Indonesia merupakan Negara dengan potensi panas bumi yang besar di dunia.
Gambar 1.1 Lokasi area prospek panas bumi di indonesia. [1]
Potensi panas bumi di Indonesia yaitu sekitar 28170 MW atau 30-40% potensi sumberdaya panas bumi dunia. Setelah dilakukan beberapa survei terkait potensi panas bumi di Indonesia, terdapat 265 area prospek panas bumi. Persebaran potensi panas bumi yaitu 84 prospek di Pulau Sumatera, 76 prospek di Pulau Jawa, 51 prospek di Pulau Sulawesi, 21 prospek di Nusatenggara, 3 prospek di Irian Jaya, 15 prospek di Maluku dan 5 prospek di Kalimantan. Sistem panas bumi di Indonesia umumnya sistem hidrothermal yang
mempunyai temperatur tinggi (>225 o C), hanya beberapa diantaranya yang mempunyai temperatur sedang (125-225 o C), sehingga sangat potensial apabila
diusahakan untuk pembangkit listrik [1]. Dari seluruh potensi panas bumi yang tersedia di Indonesia, baru 4% (1189 dari 28170 MW) saja yang sudah dimanfaatkan sebagai pembangkit tenaga listrik tenaga panas bumi. Namun saat ini, telah dilakukan rencana
pembangunan oleh Pertamina Geothermal Energy dari tahun 2009-2014 untuk menambah 9466 MW (atau sekitar 33.6% dari potensi panas bumi di Indonesia) [1].
Pada saat ini PT Pertamina Geothermal Energy merupakan perusahaan panas bumi yang memiliki hak pengelolaan Wilayah Kerja Pertambangan (WKP) Panas Bumi paling banyak di Indonesia, yaitu 15 WKP [2], yaitu:
1. Sibayak – Sinabung (Sumatera)
2. Sibual-buali (Sumatera)
3. Sungai Penuh (Sumatera)
4. TB. Sawah – Hulu Lais (Sumatera)
5. Lumut Balai (Sumatera)
6. Waypanas Ulubelu (Sumatera)
7. Cibeureum Parabakti (Jawa)
8. Pangalengan (Jawa)
9. Kamojang darajat (Jawa)
10. Karaha Bodas (Jawa)
11. Dieng (Jawa)
12. Iyang Argopuro (Jawa)
13. Tabanan/Bedugul (Bali)
14. Lahendong (Sulawesi) Tabel 1.1 Potensi sumberdaya dan cadangan panas bumi indonesia, status: 15. Kotamobagu (Sulawesi)
februari 2009 [2]
Dalam setiap pembangunan pembangkit tenaga listrik tenaga panas bumi tersebut, harus diupayakan perencanaan dan penghitungan yang maksimal, agar setiap pembangkit yang dihasilkan dari tenaga panas bumi dapat berjalan dengan baik seefisien mungkin.
Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) kini telah berkembang pesat sebagai upaya untuk meningkatkan efisiensi PLTP itu sendiri. Beberapa jenis Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi antara lain Binary Power Plant, Condensing Steam Turbine and Brine Binary Power Plant Bottom Cycle, dan Backpressure Steam and Binary Power Plant in Combined Cycle.
Selain 15 WKP baru diatas, saat ini juga PT Pertamina Geothermal Energy membuka WKP baru di daerah lainnya. Salah satunya di 2 lokasi yang akan penulis simulasikan pada tugas akhir ini.
Oleh karena itu, penulis akan menghitung, serta membuat simulasi Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi di Sumatera Selatan juga Sulawesi Utara dan akan menentukan serta menganalisis Pembangkit Listrik Tenaga
Panas bumi mana yang memiliki tingkat efisiensi paling tinggi serta menghasilkan daya yang paling besar.
1.2 Identifikasi Masalah
Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi kini sudah banyak dibangun di Indonesia guna memenuhi kebutuhan energi masyarakatnya yang semakin lama semakin bertambah. Pertumbuhan ini harus dibarengi dengan teknologi yang memadai sehingga hasil yang dicapai dari sebuah sistem menjadi lebih efisien. Sehingga diperlukan simulasi yang dapat membandingkan tingkat efisiensi dari berbagai macam jenis Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi.
Namun pada kenyataan di lapangan, banyak faktor yang menentukan pemilihan Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi mana yang dipilih dan efisiensi tidak semata-mata menjadi tolak ukur satu-satunya untuk penentuan PLTP. Sehingga perlu dilakukan simulasi dan analisis yang menyeluruh pada PLTP di 2 lokasi sumur panas bumi tersebut.
1.3 Tujuan
Tujuan dari Tugas Sarjana ini adalah:
1. Menentukan konfigurasi sistem pembangkit yang tepat untuk kedua lokasi sumur panas bumi.
2. Memprediksi kondisi operasi dan output daya dari setiap pembangkit listrik.
3. Menganalisis beban menara pendingin, menentukan temperatur pembentukan silika dan menghitung analisis finansial.
1.4 Manfaat
Manfaat penelitian dalam tugas sarjana ini adalah:
1. Sebagai bahan evaluasi dan pertimbangan kepada perusahaan yang bergerak di bidang pembangkit untuk pemilihan PLTP yang tepat.
2. Mendukung Kebijakan Energi Nasional dalam upaya meningkatkan penggunaan energi terbarukan sebagai energi alternatif untuk memenuhi kebutuhan energi dalam negeri.
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah pada tugas sarjana ini adalah: Simulasi dan Analisis Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi dilakukan pada 2 lokasi sumur panas bumi yang tidak dapat disebutkan nama lokasi tersebut dikarenakan data perusahaan bersifat rahasia. Lalu, Fluida kerja yang digunakan adalah R-134a dan air.
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi disimulasikan dengan menggunakan perangkat lunak HYSYS 7.3. HYSYS merupakan suatu program untuk simulasi proses desain. Banyak industri proses yang menggunakan ini terutama industri minyak dan gas. Dengan HYSYS, kita dapat membuat model steady state dan dinamis untuk perancangan pabrik, monitoring kinerja, troubleshooting, improvisasi operasi, perencanaan bisnis dan manajemen aset. Sifat termofisika dari fluida didapat dengan menggunakan perangkat lunak REFPROP 8.0.
Sistem konfigurasi yang akan dianalisis adalah Brine Binary Power Plant, Condensing Steam Turbine and Brine Binary Power Plant Bottom Cycle dan Backpressure Steam Turbine and Binary Power Plant in Combined Cycle. Dan Analisis hanya meliputi kajian termodinamika pada seluruh konfigurasi sistem.
1.6 Metodologi Penelitian
Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis menggunakan langkah- langkah antara lain: Studi literatur. Penulis menggunakan beberapa literatur dari perkuliahan di Teknik Mesin ITB yang dijadikan acuan dan dasar pemikiran dalam tugas sarjana ini, antara lain: buku termodinamika dan mesin konversi energi. Selain dari buku, penulis juga membaca artikel, jurnal, paper Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis menggunakan langkah- langkah antara lain: Studi literatur. Penulis menggunakan beberapa literatur dari perkuliahan di Teknik Mesin ITB yang dijadikan acuan dan dasar pemikiran dalam tugas sarjana ini, antara lain: buku termodinamika dan mesin konversi energi. Selain dari buku, penulis juga membaca artikel, jurnal, paper
Selanjutnya adalah pengumpulan data. Data yang dibutuhkan adalah data teknis cuaca (temperatur air dan udara di sekitar PLTP) dan data fluid panas bumi (Tekanan, Temperatur, laju aliran massa, dan data kimia). Data- data tersebut penulis dapatkan dari sumber yang tidak bisa disebutkan namun lokasi dari data-data tersebut tidak dapat ditunjukkan karena alasan sifat data yang dinilai rahasia atau confidential. Sifat-sifat termodinamika dan termofisika udara didapat dari buku termodinamika dan perpindahan panas. Untuk data sifat termodinamika dan termofisika refrigeran R-134a didapat dari perangkat lunak REFPROP 8.0.
Dan yang terakhir adalah perhitungan dan analisis. Perhitungan daya keluaran pembangkit listrik dilakukan dengan menggunakan perangat lunak HYSYS 7.3 serta analisis sistem mana yang memiliki efisiensi terbesar dengan keluaran daya paling tinggi.
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan tugas sarjana ini adalah: bab 1 menjelaskan latar belakang, identifikasi masalah, tujuan, manfaat, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan pada laporan tugas sarjana ini.
Sedangkan, bab 2 menjelaskan tinjauan pustaka mengenai energi panas bumi, energi panas bumi di indonesia, energi hidrothermal, Siklus Rankine Organik, Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi secara umum, penjelasan mengenai Binary Power Plant, Condensing Steam Turbine and Brine Binary Power Plant Bottom Cycle, dan Backpressure Steam and Binary Power Plant in Combined Cycle. Serta menghitung temperatur pembentukan kerak silika.
Lalu bab 3 berisi data dan penghitungan laju aliran massa, enthalpy, ,,
, dan , dan fraksi uap untuk mengetahui berapa aliran massa uap dan aliran massa fluida yang masuk ke dalam sistem Pembangkit Listrik Tenaga
Panas Bumi baik di lokasi 1 maupun lokasi 2. Bab 3 juga berisi simulasi dari Panas Bumi baik di lokasi 1 maupun lokasi 2. Bab 3 juga berisi simulasi dari
Hasil dan perhitungan akan dibahas pada bab empat dengan menggunakan perangkat lunak HYSYS 7.3 serta hasil analisis mengenai ketiga jenis pembangkit listrik tersebut di dua lokasi tersebut.
Yang terakhir adalah bab 5 berisi simpulan dari hasil analisis dan saran dari studi yang dilakukan penulis.
Bab 2 Studi Pustaka
2.1 Energi Panas Bumi
Energi panas bumi adalah energi panas yang tersimpan dalam batuan di bawah permukaan bumi dan fluida yang terkandung didalamnya. Energi ini sudah dimanfaatkan sejak tahun 1913 oleh Italy dan New Zealand pada 1958 [3].
Panas Bumi merupakan salah satu energi yang masuk dalam kategori energi baru dan terbarukan. Selain itu, panas bumi juga termasuk dalam golongan energi berkelanjutan karena saat panas bumi diambil dan digunakan untuk pembangkit listrik, panas bumi tersebut di reinjeksi melalui sumur injeksi kembali ke perut bumi. Hal ini harus dilakukan untuk menjaga kesetimbangan massa di bawah permukaan bumi. Pembangkit Listrik Tenaga panas Bumi hampir tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca dan hampir tidak menyebabkan polusi. Pembangkit listik tenaga geothermal menghasilkan listrik sekitar 90%, dibandingkan 65-75% pembangkit listrik berbahan bakar fosil [4].
Gambar 2.1 Skema sumber panas bumi [5]
Energi panas bumi memiliki beberapa keunggulan dibandingkan energi sumber lain yang dapat diperbaharui, di antaranya: hemat ruang dan pengaruh Energi panas bumi memiliki beberapa keunggulan dibandingkan energi sumber lain yang dapat diperbaharui, di antaranya: hemat ruang dan pengaruh
Keunggulan lain dari geothermal energi adalah dalam faktor kapasitasnya ( capacity factor ), yaitu perbandingan antara beban rata ‐rata yang dibangkitkan oleh pembangkit dalam suatu perioda ( average load generated in period ) dengan beban maksimum yang dapat dibangkitkan oleh PLTP tersebut
( maximum load ). Faktor kapasitas dari pembangkit listrik panas bumi rata ‐rata 95%, jauh lebih tinggi bila dibandingkan dengan faktor kapasitas dari pembangkit listrik yang menggunakan batubara, yang besarnya hanya 60 ‐70% (U.S Department of Energy).
Dengan berbagai keunggulan diatas, saat ini energi panas bumi merupakan salah satu primadona di dalam dunia energi walaupun belum mampu menghasilkan daya yang sangat besar, namun saat ini sudah banyak negara di seluruh dunia yang menggunakan panas bumi sebagai sumber energi primer maupun sekunder.
2.2 Energi Panas Bumi di Indonesia
Di Indonesia sendiri, pencarian terhadap potensi panas bumi telah dilakukan 95 tahun yang lalu di daerah Kawah Kamojang. Sejak tahun 1926 – 1929 terdapat 5 sumur yang dibor pada saat itu dimana salah satu dari kelima sumur itu masih beroperasi sekarang dan masih memproduksikan uap panas kering atau dry steam.
Karena terdapat perang dunia dan perang kemerdekaan di Republik Indonesia, maka kegiatan eksplorasi panas bumi dihentikan dan baru dilanjutkan eksplorasi secara luas pada tahun 1972. Direktorat Vulkanologi dan Pertamina, dengan bantuan Pemerintah Perancis dan New Zealand melakukan survey pendahuluan di seluruh wilayah Indonesia. Dari hasil survey dilaporkan bahwa di Indonesia terdapat 217 prospek panasbumi dan pada survey selanjutnya berkembang menjadi 256 prospek panasbumi [3].
2.3 Sistem Hidrothermal
Sistem panas bumi di Indonesia umumnya merupakan sistem hidrothermal yang mempunyai temperatur tinggi (>225 o C), hanya beberapa
diantaranya yang mempunyai temperature sedang (150 o ‐225
C) [3]. Sistem panas bumi jenis hidrothermal pada dasarnya terbentuk dari hasil perpindahan panas secara konduksi dan konduksi dari suatu sumber panas ke sekelilingnya. Perpindahan panas secara konduksi terjadi melalui batuan, sedangkan perpindahan panas secara konveksi terjadi karena adanya kontak antara air dengan suatu sumber panas.
Perpindahan panas secara konveksi pada dasarnya terjadi karena gaya apung ( bouyancy ). Air karena gaya gravitasi selalu mempunyai kecenderungan untuk bergerak kebawah, akan tetapi apabila air tersebut kontak dengan suatu sumber panas maka akan terjadi perpindahan panas sehingga temperatur air menjadi lebih tinggi dan air menjadi lebih ringan.
Lapisan Permeable
Gambar 2.2 Sistem hidrothermal secara umum. [3]
Keadaan ini menyebabkan air yang lebih panas bergerak ke atas dan air yang lebih dingin bergerak turun ke bawah, sehingga terjadi sirkulasi air atau arus konveksi. Adanya suatu sistim hidrothermal di bawah permukaan sering kali ditunjukkan oleh adanya manifestasi panasbumi di permukaan ( geothermal surface manifestation ), seperti mata air panas, kubangan lumpur panas ( mud pools ), geyser dan manifestasi panasbumi lainnya, dimana beberapa Keadaan ini menyebabkan air yang lebih panas bergerak ke atas dan air yang lebih dingin bergerak turun ke bawah, sehingga terjadi sirkulasi air atau arus konveksi. Adanya suatu sistim hidrothermal di bawah permukaan sering kali ditunjukkan oleh adanya manifestasi panasbumi di permukaan ( geothermal surface manifestation ), seperti mata air panas, kubangan lumpur panas ( mud pools ), geyser dan manifestasi panasbumi lainnya, dimana beberapa
Tabel 2.1 Klasifikasi sistem panas bumi. [3]
2.4 Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi
Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa di Indonesia umumnya merupakan dengan sistem hydrothermal dengan temperature tinggi (>225 o C),
namun ada juga yang bertemperatur sedang (125 o -225 C). Dari pengalaman pada lapangan-lapangan panas bumi yang telah dikembangkan di dunia,
maupun di Indonesia, menunjukkan bahwa sistem bertemperatur sedang dan tinggi ini memiliki potensi yang besar untuk dijadikan Pembangkit Listrik.
Pembangkit Listrik Tenaga Panasbumi (PLTP) pada prinsipnya sama dengan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Hanya saja, pada PLTU uap berada diatas permukaan tanah dan berasal dari boiler, sedangkan pada PLTP uap berasal dari reservoir panasbumi. Jika fluida yang keluar dari reservoir Pembangkit Listrik Tenaga Panasbumi (PLTP) pada prinsipnya sama dengan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Hanya saja, pada PLTU uap berada diatas permukaan tanah dan berasal dari boiler, sedangkan pada PLTP uap berasal dari reservoir panasbumi. Jika fluida yang keluar dari reservoir
Gambar 2.3 Perbedaan antara PLTU (kiri) dan PLTP (kanan). [3]
Apabila fluida panas yang keluar dari reservoir panas bumi berupa fluida dua fasa yang terdiri dari uap dan brine, maka fluida yang keluar dari reservoir akan masuk ke separator dulu untuk dipisahkan sehingga bisa didapat fasa uap yang digunakan untuk menggerakkan turbin.
Apabila sumberdaya panas bumi yang keluar dari reservoir termasuk temperature sedang, fluida tersebut masih dapat digunakan untuk menjadi pembangkit listrik dengan menggunakan sistem pembangkit listrik binary (binary plant). Dalam sistem ini, fluida sekunder (isobutene, isopentane, dan ammonia) dipanasi oleh fluida dari panas bumi melalui heat exchanger atau penukar panas. Fluida sekunder akan menguap karna memiliki titik didih yang lebih rendah dari air pada tekanan yang sama. Fluida sekunder mengalir ke turbin setelah itu didinginkan kembali dengan condenser sebelum diuapkan kembali dan seterusnya. Pada sistem ini, fluida panas bumi tidak diambil Apabila sumberdaya panas bumi yang keluar dari reservoir termasuk temperature sedang, fluida tersebut masih dapat digunakan untuk menjadi pembangkit listrik dengan menggunakan sistem pembangkit listrik binary (binary plant). Dalam sistem ini, fluida sekunder (isobutene, isopentane, dan ammonia) dipanasi oleh fluida dari panas bumi melalui heat exchanger atau penukar panas. Fluida sekunder akan menguap karna memiliki titik didih yang lebih rendah dari air pada tekanan yang sama. Fluida sekunder mengalir ke turbin setelah itu didinginkan kembali dengan condenser sebelum diuapkan kembali dan seterusnya. Pada sistem ini, fluida panas bumi tidak diambil
Gambar 2.4 Sistem binary plant. [3]
Selain yang disebutkan penulis diatas, masih banyak pembangkit listrik lainnya yang telah diterapkan di lapangan, seperti: Single Flash Steam, Double Flash Steam, Multi Flash Steam, Combined Cycle, Hybrid/fossil – geothermal conversion system. Pada tugas akhir ini, penulis akan menjelaskan lebih lanjut mengenai 3 sistem pembangkit listrik yang akan penulis analisis.
2.5 Komponen-komponen Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi
Pada sub-subab ini, penulis akan membahas mengenai komponen- komponen yang relevan terdapat pada pembangkit listrik tenaga panas bumi.
2.5.1 Sumur dan Separator
Model sederhana dari Sumur dan Separator dapat dilihat pada Gambar
Fluida Panas
Uap
bumi 2 fasa
Sumur Brine
Gambar 2.5 Model sederhana dari sumur dan separator. [13]
Parameter panas utama untuk reservoir dalam hal desian pembangkit listrik adalah entahlpy, atau konten energi dari fluida tersebut. Stasiun 1 merupakan sebuah sumur, stasiun 2 adalah jalur masuk dari campuran uap dan air sebelum masuk ke separator. Stasion 3 adalah keluaran yang berupa uap, dan stasiun 4 ada keluaran yang berupa brine.
Setiap sumur memiliki produktivitas masing-masing. Tekanan pada Wellhead terpengaruh oleh aliran fluida dari dalam reservoir. Sehingga pompa pada sumur sebisa mungkin menyerap fluida dari dalam reservoir. Pengaruh tersebut dapat digambarkan oleh persamaan:
Dimana persamaan tersebut memasukkan massa dan tekanan pada fungsi tersebut. Pemilihan tekanan pada separator merupakan hal yang sangat kritis untuk pembangkit listrik. Jika tekanan wellhead rendah, maka dapat terjadi pendidihan yang dapat mengakibatkan pembentukan kerak pada celah melalui Dimana persamaan tersebut memasukkan massa dan tekanan pada fungsi tersebut. Pemilihan tekanan pada separator merupakan hal yang sangat kritis untuk pembangkit listrik. Jika tekanan wellhead rendah, maka dapat terjadi pendidihan yang dapat mengakibatkan pembentukan kerak pada celah melalui
Semakin tinggi tekanan separator maka semakin baik uap yang tersedia untuk turbin, namun jumlah uapnya akan semakin sedikit tergantung dari kesetimbangan energi antara separator dan juga produktivitas tekanan wellhead yang semakin tinggi. Hal ini juga, mempengaruhi pemisahan gas non- condensible dari fluida panas bumi. Oleh karena itu, pemilihan tekanan separator dipengaruhi oleh optimasi proses, faktor ekonomi, termodinamika, dan panas bumi.
2.5.2 Evaporator
Evaporator merupakan komponen yang penting pada pembangkit listrik tenaga panas bumi khususnya untuk Siklus Rankine Organik.
Inlet fluida
Outlet panas
fluida bumi
kerja R- 134a
Inlet fluida kerja R-
Outlet 134a fluida
panas bumi
Gambar 2.6 Evaporator pada SRO [13]
Stasiun s1 merupakan inlet dari fluida panas bumi, dan stasiun s2 merupalan outletnya. Sedangkan stasiun 1 merupakan inlet dari fluida kerja dari pembangkit tersebut dan stasiun 2 merupakan outletnya.
Dalam evaporator, panas yang dilepas dari fluida panas harus sama dengan panas yang diterima oleh fluida kerja.
Kondisi fluida pada stasiun 2 ditentukan oleh siklus dan kebutuhan turbin. Evaporator tidak lain adalah sebuah penukar panas antara fluida panas bumi yang panas dan fluida kerja yang dingin dari siklus tersebut. Kita mengetahui bahwa hubungan antara enthalpy dan temperatur tidak linear, maka diperlukan penghitungan yang terpisah pada evaporator.
Temperatur keluaran dari fluida panas bumi rawan akan terjadinya pengerakan. Oleh karena itu, temperatur harus dijaga agar terhindar dari pengerakan pada penukar panas. Pembersihan inlet pada sumber fluida sangat diperlukan untuk mencegah pengerakan tersebut. Karena fluid panas bumi sangat korosif, maka material yang digunakan juga harus dipilih secara tepat.
2.5.3 Turbin
Turbin mengubah enthalpy uap menjadi kerja pada poros dan menghasilkan listrik pada generator. Stasiun 1 merupakan inlet uap ke turbin, sedangkan stasiun 2 adalah uap yang keluar dari turbin.
Daya Uap Keluaran masuk Turbin Turbin
Uap Keluaran Turbin
Gambar 2.7 Skema turbin [13]
Turbin yang ideal adalah turbin yang isentropik. Dalam kasus ini, entropy dari uap yang masuk sama dengan entropy uap yang keluar. Enthalpy keluaran pada proses isentropik adalah enthalpy yang sama dengan entropy pada tekanan masuk dan keluar yang juga berlaku sama pada condenser.
Efisiensi isentropik turbin ditentukan oleh pembuat turbin. Efisiensi adalah rasio dari perubahan enthalpy yang melewati turbin menuju ke perubahan enthalpy yang terbesar (isentropi).
Daya keluaran dari Turbin dapat dihitung dengan:
Ekspansi pada turbin dapat menghasilkan uap keluaran yang masih dalam cair atau fraksi aliran massanya adalah liquid. Ini sangat berbahaya pada turbin yang dapat menyebabkan erosi dan kerusakan pada sudu.
2.5.4 Kondensor
Kondensor dapat berupa water atau air-cooled. Stasiun 1 adalah fluida kerja yang berasal dari turbin dan stasiun 2 merupakan keluaran yang berupa Kondensor dapat berupa water atau air-cooled. Stasiun 1 adalah fluida kerja yang berasal dari turbin dan stasiun 2 merupakan keluaran yang berupa
Fluida kerja masuk Fluida pendingin keluar
Fluida pendingin masuk Fluida kerja keluar
Gambar 2.8 Skema kondensor [13]
Kondensor tidak lain dan tidak bukan adalah sebuah penukar panas antara uap panas dari turbin dan fluida pendingin yang bisa berupa air ataupun udara. Harus diperhatikan bahwa temperatur fluida panas harus lebih tinggi dibanding fluida pendingin yang keluar dari kondensor.
2.6 Jenis-jenis Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi
Pada Subbab kali ini, penulis akan membahas mengenai berbagai macam jenis pembangkit listrik tenaga panas bumi yang terdapat di dunia dan saat ini telah dikembangkan di berbagai negara. Namun, kali ini penulis membatasi jenis pembangkit listrik panas bumi hanya tiga jenis yang akan penulis simulasikan dalam tugas akhir ini. Tiga jenis pembangkit listrik tersebut adalah: Binary Power Plant, Condensing Steam Turbine and Brine Binary Power Plant Bottom Cycle, dan Backpressure Steam Turbine and Binary Cycle Powerplant in Combine Cycle.
2.6.1 Binary Power Plant
Binary Power Plant , menggunakan sumber uap panas yang berasal dari aktivitas di inti bumi. Binary Power Plant secara spesifik menggunakan fluida kerja kedua (disebut juga binary ) dengan titik didih yang jauh lebih
rendah dibandingkan air. Fluida dari binary beroperasi pada siklus Rankine konvensional. Secara umum, fluida kerjanya adalah hidrokarbon seperti isopentana atau refrigerant. Fluida panas bumi (didominasi oleh uap air) dan fluida kerja bergerak menuju heat exchanger, dimana fluida kerja menguap dan menggerakkan turbin. Fluida panas bumi yang terdiri dari uap air yang sudah digunakan untuk menguapkan fluida kerja tadi di kembalikan ke reservoir panas bumi lalu siklus akan berjalan. Tidak ada gas buang ke atmosfer yang dihasilkan oleh pembangkit listrik ini, dan binary cycle menjadi sistem yang tertutup [6].
Siklus binary dapat beroperasi pada fluida panas bumi dengan temperature antara 85°C to 170°C. Berbeda temperatur, berbeda pula fluida kerjanya yang dipilih berdasarkan titik didih yang paling sesuai. Terdapat batas atas temperatur pada fluida kerja, karena biasanya fluida kerja tersebut adalah molekul organik yang secara thermal tidak stabil saat berada pada temperatur tinggi. Sedangkan batas bawah temperatur dibatasi karena faktor ekomomi dan pertimbangan enginnering. Ukuran heat exchanger pada kapasitas tersebut menjadi tidak praktis pada temperatur yang rendah [6].
Gambar 2.9 Skema binary cycle power plant. Dalam industri panas bumi, temperatur tinggi identik dengan
temperatur diatas 150 o
C. Temperatur rendah menyalahi hukum-pertama dari efisiensi dari pembangkit listrik tenaga panas bumi. [6]
“η < 1 -T c /T h where η is the efficiency, T c is the absolute temperature of the cold reservoir and T h is the absolute temperature of the hot reservoir.” [6]
Dry plants dan flash plants menggunakan fluida geothermal langsung pada turbin. Oleh karena itu, tidak bisa digunakan pada sumber panas bumi dengan temperatur rendah. Sedang Binary plants dapat digunakan untuk
temperatur rendah sehingga dapat digunakan untuk aplikasi yang lebih beragam [7].
Ditilik dari sisi lingkungan, penggunaan binary plants ini sangat menguntungkan karena tidak melepas fluida panas buminya ke alam sekitar. Gas-gas bumi tidak hanya mengandung uap air saja, terdapat nitrogen, karbondioksidam hidrogen sulfida, amonia, merkuri, radon, dan boron. Kebanyakan zat-zat yang terbuang ke lingkungan berasal dari pembuangan air. Walaupun pembuangan zat-zat berbahaya tersebut dapat dilakukan seiring Ditilik dari sisi lingkungan, penggunaan binary plants ini sangat menguntungkan karena tidak melepas fluida panas buminya ke alam sekitar. Gas-gas bumi tidak hanya mengandung uap air saja, terdapat nitrogen, karbondioksidam hidrogen sulfida, amonia, merkuri, radon, dan boron. Kebanyakan zat-zat yang terbuang ke lingkungan berasal dari pembuangan air. Walaupun pembuangan zat-zat berbahaya tersebut dapat dilakukan seiring
Dalam perancangannya, banyak faktor yang harus diperhitungkan agar mendapatkan pembangkit listrik dengan efisiensi yang tinggi.
Gambar 2.10 Tahapan hierarkis untuk desain optimal pada binary
plant [9]
Ada juga hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan pembangkit listrik binary ini.
Gambar 2.11 Diagram skematik prosedural optimasi desain. [9]
Terdapat berbagai macam jenis fluida sekunder yang digunakan pada Binary Plant antara lain: R-134a, R-152a, R-401a, Isobutane, dan n-Pentane. Setiap fluida tersebut memiliki karakteristik masing-masing dan pemilihannya
disesuaikan dengan kebutuhan dan tujuan dibuatnya pembangkit listrik tersebut.
Gambar 2.12 Diagram fasa termodinamika untuk berbagai tipe fluida kerja yang digunakan pada binary plants: (atas) diagram ln (ρ)-h; (bawah) diagram T-s. [9]
2.6.2 Condensing Steam Turbine and Brine Binary Power Plant Bottom Cycle
Awalnya, Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi hanya menggunakan uap terpisah dari sumur uap panas bumi, dan mengirimnya ke turbin uap yang terkondensasi. Selanjutnya fluida, dalam kasus di Wairakei, dapat di reinjeksi menuju reservoir kembali, atau di buang ke Sungai Waikato. Saat ini, Condensing Steam Turbine masih banyak digunakan, khususnya untuk kapasitas lebih besar dan temperatur sumber yang lebih tinggi.
Selain binary plants, saat ini banyak pembangkit yang menggunakan jenis combined plants. Seperti mengombinasikan antara Condensing Steam Turbine, dan Binary Plant.
Dalam Condensing Steam Turbine, semua uap inlet melakuakn semua kerja mekanik sampai kepada tekanan terendahnya, yang pada tekanan tersebut uap telah terkondensasi.
Fluida panas bumi yang diambil dari reservoir dipisah melalui separator, lalu uap panas bergerak menuju condensing steam turbine, lalu menuju ke condenser dan di reinjeksi ke dalam reservoir panas bumi. Sedangkan, Brine yang keluar dari separator digunakan untuk memanaskan fluida sekunder yang digunakan untuk menggerakkan turbine lainnya. Brine tersebut lalu di reinjeksi juga ke reservoir.
Hal ini tentu dilakukan guna meningkatkan efisiensi dari daya pembangkit tersebut karena semua bagian dalam fluida panas bumi dapat membangkitkan daya secara optimal.
Gambar 2.13 Skema condensing steam turbine and brine binary
power plant bottom cycle.
Saat ini, banyak pembangkit listrik yang menggunakan jenis ini contohnya di Mokai dan Rotokawa, New Zealand. Variasi yang saat ini sedang dikembangkan yakni dengan lebih menggunakan campuran air dan ammonia, dibanding fluida organik seperti isopentana sebagai fluida kerja. [10]
2.6.3 Back-pressure Steam and Binary Power Plant in Combine Cycle
Back-pressure steam turbine atau dikenal juga dengan non- condensing steam turbine, semua energi yang tersedia dari inlet steam tidak digunakan untuk menghasilkan daya. Steam exhaust pada tekanan tertentu digunakan untuk proses pemanasan dan proses kimiawi. Back-pressure steam turbine juga biasa digunakan pada pembangkit yang memiliki temperatur fluida panas bumi yang sedang atau rendah.
Back-pressure steam turbine, banyak digunakan pada aplikasi sistem uap. Tekanan buang dikontrol oleh regulating valve untuk mengatur kebutuhan dari proses tekanan uap. Turbin ini biasanya digunakan pada kilang, unit Back-pressure steam turbine, banyak digunakan pada aplikasi sistem uap. Tekanan buang dikontrol oleh regulating valve untuk mengatur kebutuhan dari proses tekanan uap. Turbin ini biasanya digunakan pada kilang, unit
Gambar dibawah menunjukkan back-pressure turbine mengeluarkan semua gas buangnya menuju proses industri atau fasilitas uap utama pada kondisi yang mendekati proses heat requirements.
Gambar 2.14 Non-condensing (back-pressure) steam turbine. [12]
Biasanya, uap yang dikirim menuju induk listrik tidak lebih rendah dari Temperatur saturasi. Istilah “back-pressure” merujuk pada turbin yang menghasilkan gas buang pada tekanan atmosfer dan diatas tekanan atmosfer
Gambar 2.15 Skema dari back-pressure steam and binary power plant in combined cycle.
2.7 Efisiensi Eksergetik dan Efisiensi Termal
Karena efisiensi pada PLTP tidak dapat diukur dari jumlah bahan bakar yang digunakan, karena bahan bakar yang digunakan pada panas bumi tidak mengeluarkan biaya, maka efisiensi PLTP dapat dihitung dengan menggunakan exergetic efficiency yang menghitung dari sisi utilitas sistem PLTP tersebut dengan persamaan.
=ℎ,�−ℎ , � − [s T, P − s , � )] (2.4) Dimana
e = eksergi spesifik ℎ , � = enthalpy pada temperatur dan tekanan sumur operasi (kJ/kg) ℎ , � = enthalpy pada temperatur dan tekanan ambient (kJ/kg) S(T,P) = entropy pada temperatur dan tekanan sumur operasi (kJ/kg-K) e = eksergi spesifik ℎ , � = enthalpy pada temperatur dan tekanan sumur operasi (kJ/kg) ℎ , � = enthalpy pada temperatur dan tekanan ambient (kJ/kg) S(T,P) = entropy pada temperatur dan tekanan sumur operasi (kJ/kg-K)
nya dengan persamaan:
(2.5) Dimana: E = daya eksergi
E= ̇
e = eksergi spesifik ̇ = laju aliran massa (kg/s)
Sehingga, Efisiensi eksergetik:
Selain efisiensi eksergetik, PLTP juga dapat dihitung nilai efisiensi termalnya dengan menggunakan persamaan berikut:
2.8 Analisis Menara pendingin
Analisis menara pendingin dilakukan untuk mengetahui laju aliran massa dari udara yang digunakan untuk mendinginkan air yang akan dibuang kembali ke sungai pada menara pendingin.
Dengan persamaan:
Dimana: ̇ � = laju aliran massa udara (kg/s) ̇ = laju aliran massa air panas (kg/s)
ℎ = enthalpy fasa cair air panas (kJ/kg) ℎ = enthalpy fasa cair air dingin (kJ/kg) ℎ � = enthalpy udara keluar (kJ/kg) ℎ � = enthalpy udara masuk (kJ/kg) ℎ = enthalpy fasa gas panas (kJ/kg) ℎ = enthalpy fasa gas dingin (kj/kg) � = Rasio kelembaban udara panas (kg(uap)/kg(udara kering))
� = rasio kelembaban udara dingin (kg(uap)/kg(udara kering))
2.9 Penentuan Temperatur Pembentukan Kerak Silika
Fluida Panas Bumi yang biasa disebut brine mengandung berbagai jenis mineral yang terlarut didalamnya. Temperatur brine yang tinggi dapat meningkatkan kelarutan mineral yang terkandung di dalamnya. Jika temperatur brine turun, maka mineral yang terkandung di dalamnya dapat mengalami penurunan kelarutan, hal ini lah yang dapat menyebabkan terbentuknya kerak.
Brine pada siklus biner digunakan sebagai sumber panas yang menguapkan fluida organik. Karena hal tersebut, maka temperatur brine dapat menurun.
Hal yang diinginkan dalam proses ini adalah mendapatkan sebanyak mungkin potensi panas yang terdapat dalam brine, tetapi juga harus memperhitungkan temperatur terbentuknya kerak yang berasal dari mineral dalam brine. Dari berbagai macam mineral yang terdapat dalam brine, yang paling berpotensi menimbulkan kerak adalah Silika. Silika bisa berada pada beberapa bentuk yaitu amorphous silica, opal-CT ( β -cristobalite), α -
cristobalite, chalcedony, dan quartz (Fournier, 1973: 22).
Gambar 2.16 Grafik berbagai bentuk silika pada larutan dalam air (fournier,
Pada sumur panas bumi, pada kondisi temperatur rendah garis yang digunakan untuk menentukan temperatur kristalisasi silika adalah garis ( amorphous silica). Temperatur yang ditunjukkan oleh garis A dengan
konsentrasi silika dapat o dihitumg dengan menggunakan persamaan berikut. (Fournier, 1973:23)
Dengan � = konsentrasi Silika (ppm)
Gambar 2.17 menunjukkan grafik yang juga dapat digunakan untuk menentukan temperatur kristalisasi silika. Garis yang ditunjukkan pada grafik tersebut merupakan garis jenuh amorphous silica seperti halnya garis A pada Gambar 2.16.
Gambar 2.17 Gambar grafik yang menunjukkan pengaruh antara konsentrasi silika dan temperatur. [14]
Selain menggunakan grafik pada Gambar 2.16 dan 2.17 serta persamaan
2.8, metode lain yang dapat digunakan untuk menghitung temperatur pembentukan silika adalah metode SSI (Silica Scaling Index). SSI membandingkan antara konsentrasi silika yang terlarut dalam brine dan juga kelarutan amorphous silica. Jika nilai SSI>1, maka brine dapat dikatakan sangat jenuh terhadap amorphous silica, sehingga kerak akan terbentuk.
Perbandingan tersebut dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut. (Nugroho, 2007: 404)
� = konsentrasi silika dalam brine (ppm) T = Temperatur brine keluar ( o C)
S = Kelarutan silika, harus dikalikan 54800 agar mendapatkan satuan ppm.
Jadi untuk menghitung temperatur pembentukan kerak silika, penulis menggunakan tiga referensi yaitu: grafik dan persamaan Fournier, 1973, grafik DiPippo, 2008, dan metode SSI atau Silica Scaling Index.
2.10 Analisis Finansial untuk Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi
Saat ini, investasi di bidang PLTP masih terbilang sangat sulit akibat biaya yang sangat mahal untuk investasi, namun harga jual yang terlalu rendah untuk 1 kWh nya yaitu $ 9.1 sen/kWh. Sehingga diperlukan perhitungan yang matang untuk menentukan apakah kita ingin berinvestasi di PLTP atau tidak.
Hal-hal yang dilakukan dalam analisis finansial meliputi:
1. Biaya Investasi Biaya investasi adalah biaya-biaya untuk investasi peralatan-peralatan
utama dan peralatan-peralatan pendukung, biaya investasi untuk kegiatan pengembangan (FS, Basic Design), investasi untuk penggantian (replacement), infrastruktur, utilities, dan lain-lain. Sumber dana bisa dari hutang/pinjaman dari bank dan modal sendiri (equitas).
Secara umum, basis untuk mengestimasi biaya investasi adalah biaya- biaya yang harus dikeluarkan untuk: – Biaya eksplorasi panas bumi – Biaya utilisasi pembangkit listrik tenaga panas bumi – Sistem perpipaan dan lain lain.
Namun untuk tugas akhir ini penulis hanya menetapkan nilai investasi
2. Biaya Operasi (operating expenditure) Biaya operasi adalah besarnya dana yang harus dikeluarkan untuk membiayai semua kegiatan operasi hingga produk siap untuk dijual. Basis untuk menentukan biaya operasi (operating cost) adalah biaya-biaya yang harus dikeluarkan untuk:
1. Bahan habis (consumables seperti reduktor, asam sulfat, limestone, flokulan dan termasuk bahan bakar/fuels)
2. Labour (managers, engineers, operators, administration, services)
3. Maintenance cost
4. Product transportation
5. Fixed charges such as taxes, depreciation, insurance
6. Office cost such as communication
7. Sales and marketing expenses
8. Environmental management
9. Community development
10. Research and development Biaya operasi ini disebut Expenses yang dibagi menjadi beberapa
kategori: Unit variable Cost, Variable Cost, Fixed Cost, dan Depreciation
3. Menghitung Proyeksi Pendapatan (Revenue) Perhitungan proyeksi pendapatan (revenue) adalah perkiraan dana yang masuk atau diterima dari hasil penjualan produk.
4. Aliran Kas (Cash Flow) Cash flow atau aliran kas merupakan sejumlah dana yang keluar dan masuk sebagai akibat dari aktivitas lembaga pengelolaan. Hal utama yang perlu
selalu diperhatikan dalam mengatur kas adalah memahami dengan jelas fungsi dana yang dimiliki, disimpan, atau diinvestasikan. Aliran kas yang selalu diperhatikan dalam mengatur kas adalah memahami dengan jelas fungsi dana yang dimiliki, disimpan, atau diinvestasikan. Aliran kas yang
a. Aliran kas awal (initial cash flow) merupakan aliran kas yang berkaitan dengan pengeluaran untuk kegiatan investasi, misalnya pembelian tanah, gedung, biaya pendahuluan, dan sebagainya. Aliran kas awal dapat dikatakan aliran kas keluar (cash out flow).
b. Aliran kas operasional (operational cash flow) merupakan aliran kas yang berkaitan dengan operasional suatu pembangkit seperti penjualan listrik, biaya umum, administrasi dan lain sebagainya. Berdasarkan pengertian itu, aliran kas operasional dapat berupa aliran kas masuk (cash in flow) atau
aliran kas keluar (cash out flow).
c. Aliran kas akhir (terminal cash flow) merupakan aliran kas yang berkaitan dengan nilai sisa proyek (nilai residu) seperti sisa modal kerja, nilai sisa
proyek yaitu nilai penjualan peralatan proyek.
5. Depresiasi (Depreciation)
Depresiasi adalah penurunan dalam nilai fisik properti seiring dengan waktu dan penggunaannya. Depresiasi merupakan biaya non-kas yang berpengaruh terhadap pajak pendapatan. Dalam konsep akuntansi, depresiasi adalah pemotongan tahunan terhadap pendapatan sebelum pajak, sehingga pengaruh waktu dan penggunaan atas nilai aset dapat terwakili dalam laporan keuangan suatu perusahaan. Properti yang didepresiasi yaitu infrastruktur pabrik, gedung, dan tanah. Metoda perhitungan depresiasi adalah linier (diasumsikan bahwa aset terdepresiasi setiap tahunnya selama umur pemanfaatannya).
Untuk menentukan persen depresiasi berdasarkan waktu dari proyeknya (MACRS) dapat dilihat dari Tabel 2.2:
Tabel 2.2 Depresiasi dengan menggunakan metode MACRS [18]
MACRS Depreciation Schedules for Personal Property with Half-Year
Convention
Year Class
3 5 7 10 15 20 Depreciation Rate 200% 200% 200% 200% 200% 200% DB DB DB DB DB DB
Dalam menentukan tahun dari perkiraan depresiasi dari suatu aset bisa menggunakan Tabel 2.3:
Tabel 2.3 Tahun dari perkiraan depresiasi dari suatu aset [10] MACRS Property Classification (ADR = Asset Depreciation Range)
Recovery ADR Midpoint Period
Class
Applicable Property
3 years ADR ≤ 4 Special tools for manufacture of plastic products, fabricated metal products, and
motor vehicles Automobiles, light trucks, high-tech
equipment used for R&D, computerized telephone switcing systems
7 years
10 < ADR ≤ 16 Manufacturing equipment, office furniture,
fixtures
10 years
20 < ADR ≤ 25 Waste water plants, telephone-distribution plants, or similar utility property
Municipal sewers, electrical power plant 27,5 years
20 years
25 ≤ ADR
Residential rental property
39 years Nonresidential real property including elevator and escalators
Dari Tabel di atas didapat bahwa depresiasi untuk pembangkitan daya adalah 20 tahun. Maka digunakan depresiasi dengan metode MACRS untuk 20 tahun.
6. Menentukan Kriteria Kelayakan Indikator utama yang digunakan untuk menentukan kelayakan ekonomi
dalam investasi adalah NPV (Net Present Value), IRR, dan Pay Back Period.
a. Net Present Value (NPV). Investasi dianggap mempunyai kelayakan bila hasil-hasil evaluasi memberikan NPV yang positif. Present Value (PV) adalah nilai sekarang dari penerimaan (uang) yang akan didapat pada tahun mendatang. Net
Present Value (NPV) adalah selisih antara penerimaan dan pengeluaran per tahun. Untuk menghitung NPV dapat menggunakan persamaan dengan menggunakan paket program Microsoft Excel dengan persamaan:
NPV = (i, range) (2.37) Dimana P adalah nilai sekarang, F nilai masa depan, N tahun ke masa sekarang, dan i merupakan interest rate dari bunga bank ataupun inflasi.
b. Internal Rate of Return (IRR) IRR adalah tingkat diskon atau bunga (discount rate / interest rate)
pada saat NPV = 0. Suatu investasi dapat diterima apabila IRR lebih besar dari nilai interest rate yang ditentukan. Semakin tinggi nilai IRR, maka investasi akan semakin layak (feasible). IRR dapat menggunakan persamaan dengan menggunakan paket program Microsoft Excel dengan persamaan:
IRR = (range, guess) (2.38)
Mencari IRR dapat dilakukan dengan metode numerik hingga didapat NPV = 0.
Apabila didapatkan hasil IRR > suku bunga yang ditetapkan bank pemberi pinjaman, maka konstruksi pembangkit listrik layak untuk dilaksanakan. Sebaliknya, apabila IRR < suku bunga yang ditetapkan bank, maka proyek harus dibatalkan atau perlu dilakukan rekayasa.
c. Payback Period (PBP) PBP adalah periode waktu yang menunjukkan berapa lama dana yang
diinvestasikan akan didapatkan kembali. Semakin pendek PBP, maka investasi akan semakin layak. PBP merupakan tahun di saat accumulative present value (NPV) menjadi positif.
Bab 3 Data dan Simulasi
3.1 Data Lokasi 1
Lokasi 1 adalah sebuah kota kecil di sebuah propinsi di pulau Sumatera. Data didapat dari beberapa sumur di lokasi 1, hanya saja beberapa sumur tidak dapat berproduksi karena tekanan yang terlalu rendah, temperatur yang terlalu rendah dan laju aliran massa yang terlalu lambat. Data yang didapat dari sumur adalah data temperatur, tekanan, dan laju aliran massa.
Dari sumur diatas didapat data-data sebagai berikut.
Tekanan separator: 0.63 MPa
Gambar 3.1 Sumber fluida geothermal pada pembangkit listrik tenaga panas bumi lokasi 1
Tabel 3.1 Data dari lokasi 1
Sumur
Flow Rate (kg/s) 1.3 1044.61
H (kJ/kg)
TKS (kscg)
Asumsi yang digunakan: Keadaan dalam kondisi tunak
Kondisi adiabatik Volume atur Efisiensi turbin 90% Efektivitas penukar panas 75% Efisiensi termal pompa pada kondisi adiabatik 75%
Komposisi brine 100% H 2 O
Hal-hal yang harus dihitung agar mampu melakukan input pada HYSYS adalah: menghitung H total , ̇ � , Penghitungan , ,
, dan , dan menghitung fraksi uap (x).
3.1.1 Penghitungan H total Untuk mengetahui H total , maka:
Masukkan data yang telah diambil,
Lalu hasil yang didapat adalah,
3.1.2 Penghitungan Laju Aliran Massa Total
Setelah mendapatkan H total , hal yang harus dicari selanjutnya adalah laju aliran massa dari fluida panas bumi yang keluar dari sumur. Mencari laju aliran
massa total menggunakan persamaan:
Masukkan dengan data yang telah diperoleh: ̇ � =
Sehingga laju aliran massa total adalah:
3.1.3 Penghitungan � � , � , � , dan � Setelah mendapatkan H total dan laju aliran massa, maka selanjutnya
penulis akan menghitung , ,
. Tekanan pada separator ditentukan yaitu 6.3 bar.
, dan
Dengan menggunakan HYSYS maka didapat nilai sebagai berikut, =
C = 678.558 kJ/kg
= 2758.81 kJ/kg = 2758.81 kJ/kg
3.1.4 Penghitungan Fraksi Uap
Dari hasil yang telah didapat, dapat ditentukan fraksi uap yang keluar dari separator.
X=
X= 9 −7
X = 0.208
Maka, Fraksi Steam: 0.208 * 907.23 TPJ = 188.7 TPJ = 52.41 kg/s
Fraksi Brine: (1-0.208) * 907.23 TPJ = 718.53 TPJ = 199.59 kg/s
Sehingga, dari data-data tersebut didapatkan data input sebagai berikut.
Tabel 3.2 Data input lokasi 1
199.59 kg/s T s
52.41 kg/s
C C Tekanan
0.63 MPa
0.63 MPa
3.1.5 Pemilihan Turbin SRO, Condensing dan Back-Pressure Turbine.
Untuk turbin SRO, penulis menggunakan turbin dari perusahaan First ESCO India Pvt. Ltd. Dengan turbine inlet pressure: 3.2 MPa = 32 bar dan turbine inlet temperature: 145 o C.
Sedangkan untuk turbin condensing dan turbin back-pressure penulis menggunakan turbin dari perusahaan Siemens, Ltd. Dengan jenis turbinnya Siemens SST-150.
Tabel 3.3 Spesifikasi turbin condensing dan back-pressure
Technical Data
Data
Daya keluaran (sampai dengan)
20 MW Tekanan masuk (sampai dengan)
10.3 MPa (103 bar) Temperatur masuk (sampai dengan) o 505 C
Kecepatan rotasional (sampai dengan) 13300 rpm Ektraksi yang dapat diatur (sampai dengan)
1.6 MPa (16 bar) Bleed (sampai dengan)
2.5 MPa (25 bar) Tekanan keluaran (backpressure) (sampai dengan) 1 MPa (10 bar) Tekanan keluaran (kondensing) (sampai dengan)
0.025 MPa (0.25 bar) Luas area keluaran 2 0.28 – 1.6 m
3.1.6 Data Lain-lain
Berikut ini adalah data lain-lain dari simulasi pembangkit listrik tenaga panas bumi.
Tabel 3.4 Data lain-lain
preheater 70 o C
(refrigerant) Temperatur keluar preheater (brine)
100 o C Temperatur air untuk kondensor [15] 27.1 o C