BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia yang merupakan negeri kepulauan yang terletak dalam ring of fire (cincin gunung api) mempunyai sumber panas bumi yang melimpah dimana sekitar 40% panas bumi di dunia berada di Indonesia dan jika dimamfaatkan dapat menyuplai energi listrik sebesar 27.500 MW seperti terlihat pada Tabel 1 tentang potensi panas bumi di Indonesia.
Table 1 Potensi Panas Bumi Di Indonesia
Sumber : Pusat sumber daya giologi 2007
Pemanfaatan tenaga panas bumi untuk menghasilkan listrik dalam hal ini PLTP dapat dilihat pada Gambar 1. Uap dari sumur produksi dialirkan melalui pipa masuk ke Turbin Uap tetapi sebelum itu, uap dan air dipisahkan dalam separator agar uap masuk turbin dalam kondisi uap jenuh. Setelah menggerakan turbin, uap akan dikondensasikan menjadi air untuk diinjeksikan kedalam dalam sumur injeksi agar terjadi siklus yang renewable.
Dalam proses explorasi untuk mendapatkan uap penggerak turbin umumnya yang diinginkan adalah uap bertekanan tinggi (P > 5 bar). Namum proses explorasi mempunyai probability sekitar 50% sehingga banyak sumur yang menghasilkan uap tekanan rendah dibawah 3 bar atau bahkan keluar pada kondisi campuran (35% air dan 65% uap) sehingga tidak dapat dimanfaatkan. Oleh karena itu di perlukan terobosan baru untuk dapat memenuhi kebutuhan listrik yang sumber panasnya tersedia dalam jangka waktu yang lama dan ramah terhadap lingkungan, misalnya dengan membuat suatu pembangkit listrik yang dapat menggunakan sumber panas yang bertemperatur dan tekanan rendah, yaitu dengan sistem pembangkit Organik rankine cycle (ORC) . Dimana sistem ini merupakan proses pengkonversi energi hasil
modifikasi siklus rankine yang menggunakan fluida organik (refrigeran) sebagai fluida kerja yang memiliki titik didih yang rendah untuk menghasilkan energi listrik. System ini terdiri dari komponen- komponen utama yaitu Evaporator, Kondensor, Pompa dan Turbin. Sistem ini memerlukan temperatur dan tekananr rendah untuk menghasilkan uap untuk memutar turbin sehingga menghasilkan energi listrik dan juga sistem ini tidak memerlukan furnace sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang dapat menghasilkan emisi gas buang yang dapat menciptakan polusi usara. Maka dengan menggunakan system Organic Rankine Cycle (ORC) kita dapat menggunakan berbagai macam sumber panas seperti panas bumi yang temperatur rendah ( 80-1700C ) waste energi ( gas buang PLTD,PLTU) seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.2.
Penelitian tentang ”Maximising the worrking fluid flow as away of increasing power output of geothermal power plant” telah dilakukan oleh Aleksandra B.Gozdur dimana penelitian ini menggunakan geothermal sebagai sumber panas dan menggunakan beberapa refrigerant sebagai fluida kerja yaitu R227ea, RC318, R236fa,R600a dan R245ca. Penelitian ini bertujuan meningkatkan power dari siklus dengan cara meningkatkan laju aliran massa air geothermal masuk evaporator dimana dengan menambah laju aliran massa geothermal dari sumber dengan sebagian laju aliran massa geothermal yang telah melewati evaporator.
Penelitian tentang ”Optimum Design Criteria for an ORC using Low-Temperature Geothermal Heat Sources” telah dilakukan oleh H.D.Madhawa.H. Dkk,
dimana penelitian ini menggunakan geothermal sebagai sumber panas dan menggunakan beberapa refrigerant sebagai fluida kerja yaitu PF 5050, HCFC 123, Amonia dan n-Pentane. Penelitian ini bertujuan meningkatkan power dari siklus dengan cara melakukan optimasi desain terhadap alat penukar panas yang digunakan yaitu evaporator dan kondensor.
Penelitian tentang ”Renewable Energy Powered Organic Rankine Cycle” dilakukan oleh Sanjayan .V. dimana meneliti tentang kinerja ORC dengan sumber panas tenaga surya, dengan menggunakan fluida kerja organik yairu R123 dan Isobutana. Dimana kolektor yang digunakan solar parabolic colector.
Penelitian tentang ” Effect of working fluids on organic rankine cycle for waste heat recovery” dilakukan oleh Bo Tau-Liu Dkk, penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki efek dari jenis-jenis fluida kerja yang digunakan terhadap efisiensi panas dan efisiensi total panas recovery.fluida kerja yang digunakan adalah : air, ethane, R11, R123, HFE 7100, n- pentane, benzene, toluene dan p-xylene.
Penelitian tentang ” Optimasi Rncangan Siklus Uap dengan Simulasi Bahasa Pemograman Delpin 7” dilakukan oleh Prabowo et al, dimana dia bahas pemodelan dan analisa system siklus Rankine menggunakan perangkap lunak. Penelitian ini bertujuan mendapatkan metode yang lebih effisien dalam pengajaran dan analisa siklus uap.
Dari beberapa penelitian diatas, sumber panas untuk proses evaporasi pada umumnya diperoleh dari solar energy sehingga kontinuitas pembangkit sangat tergantung dari matahari (hanya 6 jam) dan cuaca. Selain matahari, ada yang memperoleh sumber panas dari biomass yang beroperasi pada temperatur tinggi. Hal ini akan berdampak pada lingkungan. Untuk itu usulan penelitian dengan judul ”Rancang Bangun Organic Rankine Cycle Pembangkit Listrik Alternatif dari Waste Energi ” sangat ideal diterapkan di Indonesia karena sebagian besar uap yang
keluar dari sumur-sumur geothermal mempunyai temperatur dan tekanan yang rendah (Psteam< 3bar, T<1200C). Disamping itu pemilihan refrigeran yang ramah
lingkungan sebagai fluida kerja ORC akan diteliti juga dalam usulan ini.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, dapat dirumuskan permasalahan yang akan dikaji dalam penelitian ini, yaitu:
Bagaimana membuat suatu sistem pembangkit listrik yang dapat memamfaatkan uap Panas bumi yang memiliki temperatur dan tekanan rendah (temperatur antara 900 C-1200C dan tekanan dibawah 3 bar) agar dapat menjadi energi listrik. Dan dari sistem ORC ini ada permasalahan yang akan di kaji adalah :
1. Melakukan kajian termodinamika terhadap basic dan modifikasi system Organic Rankine Cycle dengan varisasi jenis refrigerant dengan menggunakan
simulasi Borland Delphi
2. Mendesain turbin uap dari hasil modifikasi kompresor refigerasi. Dimana dengan membalik putaran dari kompresor refigerasi (saluran keluar pada kompresor refigerasi menjadi saluran masuk untuk turbin uap demikian sebaliknya) serta menentukan daerah keluaran agar memiliki tekanan yang rendah.
3. Mengevaluasi peformansi dari turbin uap tersebut. Sebelum di pasang pada sistem ORC, peformansi dari turbin uap hasil modifikasi tersebut akan di uji dengan meniupkan udara yang bertekanan sekitar 0.8- 1.6 Mpa kemudian mengukur putaran dan besar daya yang dihasilkan.
1.3 Tujuan Penelitian
Terkait dengan latar belakang dan perumusan masalah diatas maka tujuan penelitian tim pasca sarjana selama tiga tahun ini dapat dirumuskan dalam bentuk tujuan umum dan tujuan khusus sebagai berikut:
Tujuan umum :
a. Menghasilkan prototipe sistem pembangkit listrik Organic Rankine Cycle yang menggunakan sumber panas yang bertemperatur dan tekanan rendah dengan efisiensi sistim yang tinggi.
b. Menghasilkan jenis fluida kerja (refrigeran) untuk Organik Rankine Cycle yang beroperasi pada range temperature rendah dan ramah lingkungan.
c. Menghasilkan prototipe heat exchanger untuk Evaporator dan Kondensor yang mempunyai efektifitas ( heat exchagner yang tinggi.
d. Menghasilkan energi listrik dari waste energi seperti gas buang pada PLTU atau steam sumur PLTP yang bertemperatur dan tekanan rendah sehingga dapat menambah daya listrik pada PLTU maupun PLTP.
e. Meningkatkan kemampuan dan kualitas program pasca sarjana Teknik Mesin ITS melalui peningkatan mutu penelitian, mutu dan relevansi dari thesis serta diseminasi.
Tujuan Khusus: Target tahun I
a. Menghasilkan siklus dasar sistem pembangkit listrik Organic Rankine Cycle dengan Simulasi Borland Delphi.
b. Dari hasil uji eksperimen menghasilkan prototipe Organik Rankine Cycle dasar.
c. Mendapatkan jenis fluida kerja yang sesuai untuk digunakan dalam sistem Organic Rankine Cycle dan menghasilkan efisiensi sistim yang tinggi.
d. Menghasilkan 2 thesis S2 dan 2 makalah ilmiah untuk diseminasi dalam seminar atau jurnal.
Target tahun II
b. Menghasilkan prototipe Regenerative Organic Rankine Cycle.
c. Menghasilkan 3 thesis S2 dan 3 makalah ilmiah untuk diseminasi dalam seminar atau jurnal.
Target tahun III
a. Menghasilkan 4 prototipe heat exchanger yaitu 2 Evaporator dan 2 Kondensor yang mempunyai efektifitas ( yang tinggi.
b. Menghasilkan prototipe Regenarative Organic Rankine Cycle dan heat exchanger yang telah dimodifikasi.
c. Menghasilkan 3 thesis S2 dan 3 makalah ilmiah untuk diseminasi dalam seminar atau jurnal.
1.4 Relevansi
Selain meningkatkan mutu penelitian dan kelulusan mahasiswa pasca sarjana serta deseminasi hasil penelitian, relevansi atau keutamaan dari penelitian ini adalah menghasilkan suatu sistim (ORC) yang dapat memanfaatkan energi yang terbuang dari sumur geothermal tekanan rendah menjadi energi listrik.
1.5 Target Luaran Target tahun I
a. Menghasilkan siklus dasar sistem pembangkit listrik Organic Rankine Cycle dengan Simulasi Borland Delphi.
b. Dari hasil uji eksperimen menghasilkan prototipe Organik Rankine Cycle dasar.
c. Mendapatkan jenis fluida kerja yang sesuai untuk digunakan dalam sistem Organic Rankine Cycle dan menghasilkan efisiensi sistim yang tinggi.
Kelulusan mahasiswa
No Nama Mahasiswa NRP Judul Status*)
1. Mika Patayang 2107202001 desain dan studi eksperimen peformansi turbin uap hasil modifikasi kompresor refrigerasi pada ORC dengan fluida kerja r-134a
Lulus 2009
2. Odhiambo Meshack otedo
2106202702 Analytical study of the thermodynamic and transport properties of different refrigerants that influence the performance of an organic rankine cycle
Lulus 2009
3. Frans Aprio M 2105100109 Study eksperimental basic sistem siklus organic rankin dengan sumberpanas temperature rendah
Sudah seminar proposal 4. Ricky Hutabarat 2105100141 Study eksperimental
pemilihan fluida kerja yang optimum untuk Organik Rankine Cycle dengan sumberpanas temperature rendah
Sudah seminar proposal
5. L Billy Kurniadi 2105100091 Analisa termodinamika terhadap basic sistem siklus Organik Rankin dengan menggunakan Delphi
Dalam proses
6. Andre Gabriel T 2105100155 Analisa termodinamika refigeran terhadap sistem siklus organic rankin cycle dengan menggunakan Delphi.
Dalam Proses
Seminar Nasional
No Judul Artikel Detil Konferensi (Nama, penyelenggara, tempat, tanggal)
Status Kemajuan*)
1. Flow Characteristic Around Single Stage Steam Turbine For ORC
Regional conference of mechanical and aerospasce thecnologi; ITB,
IATO,JICA,JSME;Bali, 9-10 Februari
under review
2. Analytical Study of The Tranport Properties in Different Refrigerants that influence the performance an ORC
Regional conference of mechanical and aerospasce thecnologi; ITB,
IATO,JICA,JSME;Bali, 9-10 Februari
3. desain dan studi eksperimental
peformansi turbin uap hasil modifikasi kompresor refrigerasi pada orc dengan fluida kerja r-134a
SNPs IX ITS 2009; ITS Surabaya; Surabaya, 12 Agustus 2009
Presented
4. analytical study of thermodynamic
and transport properties of different refrigerants that influence the organicrankine cycle performance
SNPs IX ITS 2009; ITS Surabaya; Surabaya, 12 Agustus 2009
Presented
Keluaran yang dihasilkan
No Nama Output Detil Output Status
Form drag and drop untuk desain sistem ORC
Telah dihasilkan 3. Gambit
(Software)
Gambar prototipe,Meshing Prototape Telah dihasilkan
4. Turbin Turbin Hasil Modifikasi Telah
dilakukan pengujian 5. Evaporator dan
kondensor
Evaporator dan Kondensor hasil desain Dalam proses penyelesaian
6. Pompa Pompa hasil desai Dalam proses
