Tugas Manajemen Energi Efisiensi Hot Well Pump

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam pembangkit tenaga panas bumi (PLTP) setiap komponen berperan penting dalam proses pembangkitan termasuk sistem pendinginan yang memegang peranan vital dalam proses pembangkitan. Sistem pendinginan ini berpengaruh terhadap output pembangakit maka perlu adanya analisa mengenai sistem pendinginan. Proses dari sistem pendinginan ini melibatkan tiga komponen utama yang terdiri dari kondensor, hotwell pump dan cooling tower.

Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) Unit 4 Kamojang telah beroperasi sejak awal tahun 2008. Setelah beroperasi selama kurang lebih 6 tahun terjadi perubahan performa dari unit operasi PLTP. Perubahan performa secara umum ini dilihat dari konsumsi uap pembangkit yang semakin banyak atau bukaan katup conveyor semakin besar. Sehingga peroses pendinginan pun semakin meningkat dan perlu adanya analisis mengenai sistem pendinginan. Pada laporan ini penulis membahas khusus tentang analisis efisiensi sistem pendinginan.

1.2 Tujuan

1. Mengetahui performa komponen-komponen sistem pendinginan di PLTP Kamojang Unit IV.

2. Mengetahui pilihan alternatif manajemen energi yang diperlukan untuk meningkatkan efisiensi sistem di PLTP Kamojang Unit IV

1.3 Metode Pengumpulan Data

Metode-metode yang di lakukan penulis dalam rangka memperoleh data-data dan informasi yang di perlukan sebagai berikut :

a. Metode observasi

Metode observasi adalah suatu cara pengumpulan data dengan cara mengadakan pengamatan langsung terhadap alat proses yang di jadikan objek pemasalahan. b. Metode studi literatur dan studi pustaka

Metode studi pustaka ini penulis lakukan dengan membaca buku-buku manual oprasional dan buku-buku pendukung yang telah tersedia di perusahaan.

c. Metode browsing internet

Metode ini penulis melakukan pencaraian materi melalui browsing internet. BAB II

SISTEM PLTP KAMOJANG UNIT IV

3.1 Skema Sistem Operasi PLTP Kamojang Unit IV

PT Pertamina Geothermal Energy Kamojang unit IV merupakan salah satu pembangkit energi tenaga panas bumi yang ada di Indonesia dengan energi yang dihasilkan sebesar 1x60MW. Sistem Geothermal yang ada di PLTP ini pada dasarnya sama seperti sistem energi Geothermal pada umumnya.

Gambar 2.1 Skema sistem secara umum PLTP Kamojang unit IV (Sumber : Overview Control Room PLTP Kamojang Unit IV)

Tenaga uap yang ada pada reservoir (dalam perut bumi) dengan kondisi uap seperti yang ditentukan (rata-rata aliran, kandungan gas, tekanan dan enthalpy) di produksi di 4 cluster dengan 11 sumur produksi (production well). Dari 11 sumur produksi tesebut dapat dihasilkan suhu kurang lebih 180o_{C dan tekanan sekitar 10-11 bar. Pada gambar 3.1 (kotak} warna merah) uap yang dikirim dari perut bumi bukan merupakan uap kering yang bersih, sehingga perlu dilakukan pemisahaan antara uap dan air pada separator atau scrubber (SCR). Sebelum masuk separator uap melawati katup dengan bukaan katup sekitar 83%. Dari diagram tersebut, PLTP Kamojang menggunakan siklus separated steam.

Setelah kadar air diturunkan maka keluaran dari separator dikirim ke aliran ganda dan aliran ganda tersebut masuk ke turbin dan rock muffler. Pada pada gambar 2.1 rock muffler (kotak warna ungu) berfungsi untuk membuang steam yang melebihi kapasitas yang sudah di tetapkan ke udara. Pada turbin terlihat (kotak warna hijau) uap yang sudah ditetapkan kapasitasnya akan memutar turbin yang porosnya terhubung ke generator yang akan menghasilkan listrik. Uap yang sudah melewati turbin akan dikondensasikan melalui direct contact condenser yaitu Kondensor CND 250 yang berada tepat di bawah turbin. Kondensor ini berfungsi untuk mengkondensasi uap keluaran dari turbin yang bekerja dengan prinsip spray. Selanjutnya kalor yang terdapat dalam kondensat hasil kondensasi akan dilepas ke atmosfir melalui penarikan mekanis (melalui hotwell pump) (kotak warna orange) menuju cooling tower yang terdapat pada kotak warna hitam, sedangkan pada kotak warna biru merupakan sistem ejeksi pada ejector. Ejector tersebut berfungsi untuk menghisap NCG yang terdapat pada main kondensor dan terpompa menuju Inter condenser dan After condenser. Prinsip kerja Inter condenser dan After condenser pun sama seperti Kondensor CND 250. NCG kemudian dibawa ke Cooling tower menggunakan sistem mekanis vacuum pump untuk dibuang ke udara. Cooling tower yang merupakan bak penampungan air dalam jumlah yang sangat besar. Pengisian pertama dari Cooling tower dipenuhi dengan cara pemompaan dari sungai Cikaro terlihat dalam kotak warna kuning. Air dari Cikaro terlebih dahulu masuk ke dalam Raw water yang kemudian akan didistribusikan untuk pelayanan pasokan pemadaman kebakaran dan untuk mengisi Cooling tower.

3.2 Sistem Pendinginan PLTP Kamojang Unit IV

Sistem pendinginan dalam pembangkit merupakan suatu rangkaian komponen yang bertugas untuk melakukan pendinginan terhadap komponen kerja lainnya dan fluida kerja. Sistem pendinginan biasanya bekerja dengan memanfaat kan jenis fluida pendingin seperti cairan umumnya air (cooling water). Dalam industry pembangkitan sistem pendinginan melibatkan 3 komponen penting yaitu kondensor yang bekerja secara langsung dengan fluida kerja, lalu cooling tower sebagai pendinginan fluida pendingin yang akan disalurkan ke dalam kondensor dan pompa yang bertugas menyalurkan fluida pendingin ke berbagai komponen pembangkit juga mengembalikan fluida pendingin serta hasil kondensasi ke dalam cooling tower untuk digunakan kembali sebagai fluida pendingin. Berikut ini merupakan skema dari sistem pendinginan di PLTP Unit IV Kamojang :

POMPA

Dinamik Perpindahan Positif

Reciprocating Rotary Sentrifugal

Plunger Diafragma Piston Vane Gear Screw Aliran Aksial Peripheral Aliran Radial Gambar 2.2 Skema sistem pendinginan PLTP Unit IV Kamojang

2.2.1 Hotwell Pump

Pompa adalah salah satu peralatan mekanis yang berfungsi untuk memindahkan fluida cair dari suatu tempat ke tempat lain atau mensirkulasikan cairan pada suatu sistem. Prinsip kerja pompa adalah menyediakan tekanan sehingga cairan dapat mengalir. Pada dasarnya pompa dibutuhkan karena tidak adanya energi yang dapat mengalirkan cairan dengan sendirinya. Jika dibandingkan dengan sumur gas dan minyak, energi pengaliran berasal dari tekanan reservoir yang lebih besar dari tekanan di permukaan. Jika energi tersebut tidak tersedia maka dibutuhkan energi dari luar yang bisa dihasilkan oleh sebuah pompa.

Gambar 2.9 Hotwell Pump (Sumber : PLTP Kamojang Unit IV)

Jenis pompa dapat dibagi berdasarkan prinsip operasinya antara lain :

Gambar 2.10 Klasifikasi Pompa

Pompa perpindahan positif bekerja dengan cara cairan diambil pada salah satu ujung dan dialirkan melalui ujung lainnya. Pompa perpindahan positif biasanya digunakan untuk mengalirkan fluida yang kental karena kemampuannya menghasilkan tekanan yang tinggi.

Selanjutnya pompa perpindahan positif dapat dibagi 2 golongan berdasarkan cara perpindahannya :

a. Pompa Reciprocating : jika perpindahan cairan dilakukan oleh pergerakan piston yang maju mundur.

b. Pompa Rotary : jika perpindahan dilakukan oleh gaya putar gir atau baling – baling didalam ruang bersekat pada casing yang tetap.

Untuk semua jenis pompa perpindahan positif sudah ada tetapan debit cairan untuk tiap putarannya sehingga jika pipa dischargenya terhambat akan tekanan bertambah terus menerus yang bisa merusak pompa.

Pompa dinamik beroperasi dengan menggunakan impeler yang berputar sehingga dapat mengubah energi kinetik menjadi tekanan atau kecepatan yang diperlukan untuk mengalirkan cairan. Pompa dinamik yang lebih dikenal adalah pompa sentrifugal. Pompa sentrifugal merupakan pompa yang sangat umum digunakan dalam berbagai industri karena daerah operasinya yang luas dari tekanan rendah sampai tekanan tinggi,

dari kapasitas rendah sampai kapasitas tinggi. Selain itu pompa sentrifugal mempunyai bentuk yang sederhana dan harga yang relatif murah.

Gambar 2.11 Klasifikasi Pompa

3.3 Efisiensi Sistem PLTP Kamojang Unit IV

Untuk kerja dari pembangkit ini dapat ditunjukan oleh efisiensi sistem dari PLTP, yaitu antara daya output trafo utama dengan daya uap utama. Dapat dilihat pada persamaan berikut ini untuk mencari efisiensi sistem dari PLTP Kamojang Unit IV :

ŋ = Pout_Pin x 100

ŋ = Daya Output TrafoUtama_{Daya UapUtama} x 100

Untuk mengetahui besar efisiensi sistem dari PLTP Kamojang Unit IV ini digunakan data rata-rata bulan Juli 2014 setiap pukul 00.00 dengan data sebagai berikut :

Tabel 2.1 Data rata-rata bulan Juli 2014

Steam to Turbine Steam to Condenser _OutputPower

Mass flow inlet (kg/s) Temperatu re inlet (o_C) Pressu re inlet (bar) Entalph y (kJ/kg) Temperature (o_C) Pressu re (bar) Entalp hy (kJ/kg) Generator (MW) 122.282 41 183.2034 10.051 8 2785.6 3 51.8679 0.1375 217.15 63.3683

Dari data-data diatas dapat dimasukan pada persamaan untuk dapat mencari besar efisiensi sistem dari PLTP Kamojang Unit IV. Dapat dilihat pada perhitungan berikut ini :

 Pout generator = 63.3683 MW

Pout turbin = Pout generator_{eff . generator} = 63.3683 MW_0.98 = 64.6614 MW  Quap = ṁuap x (Huap utama – Hcondenser)

= 122.28241 kg/s x (2785.63 kJ/kg – 217.15 kJ/kg) = 314.0799 MJ/s = 314.08 MW

 ŋ = Daya Output TrafoUtama_{Daya UapUtama} x 100

ŋ = 64.6614 MW_{314.08 MJ /s} x 100% = 20.587 %

Dari data perhitungan diatas dapat dicari besar biaya pengeluaran uap yang dapat dihitung dari tiap kWh-nya, dimana besar biaya untuk uap adalah sebesar Rp. 700,00. Untuk besar pendapatan yang didapat dari penjualan listrik ke PLN dapat dihitung dari biaya listrik tiap kWh nya yaitu sebesar Rp.900,00. Besar biayanya dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 2.2 Tabel besar biaya pengeluaran uap per kWh

Waktu Daya Output Generator (kWh) Biaya Uap ( Juta Rp./jam) Daya Out

Trafo (kWh) Penjualan Listrik ( Juta Rp./jam)

Juli 2014 228125734.7 159688,00 232781361.9 209500,00

BAB III PROFIL ENERGI

3.1 Perhitungan Hotwell Pump Metode Perhitungan

Berikut adalah neraca masa dan energi dari hotwellpump PLTP Kamojang Unit IV:

Gambar 3.2 Neraca masa dan energi hotwell pump

Intensitas pompa = Q_debit Daya motor = Qdebit V × I ×

√

3 × PF 4 Perhitungan

Nilai efisiensi pompa A dan pompa B

Berdasarkan perhitungan dengan menggunakan rumus kalkulasi dari pompa yang sudah dijelaskan pada bab 2 sebelumnya didapat nilai efisiensi pompa pada tabel berikut:

8 Dengan: Q = Debit air (m3_/h) V = Tegangan (Volt) I = Arus ( Ampere) PF = Power Factor

Tabel 3.4 Tabel data pengamatan pompa A

Pompa A dan B Pompa A

Waktu 1 Juli 2014 Head (Meter ) Debit (m3/h) Arus (ampere) Tegangan (volt) Power Factor Commissioni ng 19.340 4283.500 45.790 6.031 0.820 0:00 19.340 4145.128 45.789 6.277 0.818 1:00 19.340 4367.338 45.775 6.278 0.818 2:00 19.340 4332.846 45.864 6.276 0.818 3:00 19.340 4329.053 45.834 6.276 0.818 4:00 19.340 4335.060 45.847 6.265 0.818 5:00 19.340 4312.692 45.734 6.273 0.818 6:00 19.340 4296.345 45.746 6.274 0.818 7:00 19.340 4303.771 45.827 6.234 0.818 8:00 19.340 4284.314 45.786 6.238 0.818 9:00 19.340 4246.534 45.725 6.254 0.818 10:00 19.340 4226.278 45.720 6.252 0.818 11:00 19.340 4294.510 45.758 6.266 0.818 12:00 19.340 4327.025 45.771 6.269 0.818

Tabel 3.5 Tabel data pengamatan pompa B

Pompa A dan B Pompa B

Head

(Meter) Debit (m3/h)

Arus (ampere)

Tegangan

(volt) Power Factor

19.340 4283.500 45.790 6.031 0.820 19.340 4145.128 45.716 6.237 0.818 19.340 4367.338 45.688 6.238 0.818 19.340 4332.846 45.797 6.236 0.818 19.340 4329.053 45.790 6.236 0.818 19.340 4335.060 45.796 6.225 0.818 19.340 4312.692 45.667 6.233 0.818 19.340 4296.345 45.681 6.234 0.818 19.340 4303.771 45.770 6.194 0.818 19.340 4284.314 45.720 6.198 0.818 19.340 4246.534 45.641 6.214 0.818 19.340 4226.278 45.673 6.212 0.818 9

19.340 4294.510 45.760 6.226 0.818

19.340 4327.025 45.774 6.229 0.818

Dengan menggunakan persamaan pada sub bab 3.2.1 maka didapat hasil perhitungan sebagai berikut:

Tabel 3.6 Tabel hasil perhitungan intensitas pompa

Data Intensitas ( m3/h kWh ) Pompa A Pompa B Comissioning 10.921 10.921 Aktual 10.589 10.664 Baseline 10.626

Grafik perbandingan intensitas pompa A dan B terhadap waktu

0 2 4 6 8 10 12

Intensitas Pompa A Intensitas Pompa B commissioning baseline

Waktu (Jam) Intensitas ((m3/h)/kWh)

Grafik 3.2 Grafik perbandingan intensitas pompa terhadap waktu Analisa Grafik 3.2 :

Berdasarkan grafik 3.2 didapat bahwa nilai intensitas dari pompa A dan B berkisar

10,626 m3/h_{kWh sesuai dengan nilai baselinenya, sedangkan nilai commosioningnya yaitu}

sebesar 10,921 m3/h_{kWh . Dari nilai intensitas tersebut dapat dilihat perbedaan antara}

intensitas saat commosioning dan saat aktual sebesar 0,295 m3/h_{kWh .}

BAB IV

PELUANG PENGHEMATAN ENERGI

4.1 Peluang Penghematan Energi pada Komponen 4.1.1 Hotwell Pump

Hotwell pump berperan penting dalam proses pembangkitan listrik panas bumi karena jika kinerja pompa ini terganggu akan menyebabkan proses kondensasi di kondenser pun terganggu. Hal ini disebabkan karena level air di kondenser cepat mencapai batas maksimal dan mengakibatkan tekanan vakum menurun. Sehingga turbin terpaksa trip yang berarti kerugian bagi perusahaan.

Untuk menghindari hal tersebut maka perlu adanya maintenance yaitu penggantian oli secara berkala pada equipment yang berhubungan dengan pompa seperti pada bearing, poros pompa dan pada mesin motor. Karena dapat mempengaruhi terhadap :

1. Mengurangi gesekan pada bagian-bagian mensin yang bekerja sehingga putaran poros meningkat.

2. Debit air meningkat karena berbanding lurus dengan peningkatan putaran poros pompa (rpm) sesuai pada grafik 4.3.

3. Menstabilkan kondisi vakum pada kondensor karena karena level air kondensat pada kondensor tidak cepat mencapai maksimal.

Mengontrol daya input motor agar tetap terjaga pada set pointnya dan juga dapat menambah umur motor serta pompanya.

4200 4220 4240 4260 4280 4300 4320 4340 4360 4380 Daya motor (kW) Debit (m3/h)

Grafik 4.3 Grafik Daya Motor terhadap Debit

Mengurangi viskositas pada fluida yang dialirkan (kondensat) dengan meningkatkan temperatur pada kondensat.

4.2 Peluang Penghematan Energi pada Sistem

Peluang untuk meningkatkan efisiensi sistem pada PLTP Kamojang Unit IV dapat dilakukan dengan cara :

4.2.1 Mengatur daya motor pada Hotwell Pump

Mengatur daya motor pada hotwell pump pada kondisi maksimal sesuai pada grafik 4.3 yaitu pada debit air maksimal sebesar 4367.33 m3_{/h = 2426.3 kg/s.} Perhitungan yang digunakan menggunakan data pada tanggal 1 Juli 2014 pukul 00.00. Data di ambil dari hasil Kerja Praktik di Pertamina Geothermal

ε = Qudara_Qair =

76138.28 kJ /s 2426.3 kg /s x 4.186kJ

kgoCx (47.7−T out )oC = 0.317

= _{10156.492 x (47.7−T out ) = 0.317}76138.28 kJ /s

=

76138.28 kJ /s

484464.668−(10156.492Tout ) = 0.317

Tout = 24.05 o_{C → temperatur cooling water yang masuk kondenser.}

Nilai Tout diatas digunakan sebagai temperature cooling water yang masuk ke dalam kondensor dengan asumsi efektivitas yaitu efektivitas baseline sebesar 0.888. Dengan besar efektifitas kondensor sesuai dengan baselinenya maka perhitungannya sebagai berikut :

ε = Qout_Qin = _{(m1−m 4 ) x (h 1−h 3)+m 4 Cp(T 1−T 4) = 0.888}m3 x(h 3−h 2)

0.888 = 7702664.69 h 3−776428600.8_{950011094.8430393 .139h 3}

-7320475.583 h3 = -1620038453 h3 = 221.3 kJ/kg

Nilai h3 diatas digunakan sebagai nilai entalpi pada data tabel steam to condenser penghematan yang kemudian dibandingkan dengan h3 saat keadaan actual pada tanggal 1 Juli 2014 pukul 00.00. Untuk datanya yaitu sebagai berikut :

Tabel 4.1 Data pengamatan perbandingan actual dan penghematan

Ket.

Steam to Turbine Steam to Condenser Mass flow inlet (kg/s) Temperat ure inlet (oC) Press ure inlet (bar) Entalp hy (kJ/kg) Temperat ure (oC) Press ure (bar) Entalp hy (kJ/kg ) Aktual 121.621₂₁ 183.5827 10.128₉ 2786.0₉ 53.7730 0.1350 199.84 Penghema tan 121.82861 183.4809 10.1000 2786.09 53.7730 0.1350 221.30

Dari data diatas maka bisa didapatkan besar daya output turbin dan efisiensi sistemnya sebagai berikut :

Tabel 4.2 Data Hasil Perhitungan

Ket. Power Output EfisiensiSistem ( %) Generator

(MW) Turbine(MW)

Aktual 63.3650 64.65816₃₂₇ 20.55

Penghema

tan 63.3800 64.67346939 20.70

Dari perbandingan efisiensi sistem diatas dapat dicari besar dari biaya penghematan yang dimiliki oleh sistem PLTP Kamojang Unit IV yang dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 4.3 Tabel Penghematan Biaya

Ket. Daya Output Generator (kWh) Biaya Uap (Rp Juta/jam) Daya Out Trafo (kWh) Penjualan Listrik (Rp Juta/jam) Biaya Penghem atan (Rp Juta/jam) Aktual 228114000 159679.8 23276938_7.8 209492.44₉ 49.81265 Penghema tan 228168000 159717.6 232824489.8 209542.041 49.82444

Dari tabel diatas dapat disimpulkan bahwa pengaturan daya motor dari hotwell pump dapat berpengaruh terhadap besar efisiensi sistem PLTP dan biaya penghematannya. Dengan pengaturan daya motor hotwell pump pada keadaan maksimal maka besar efisiensi sistem naik dari 20.55% menjadi 20.70%, kenaikan sebesar 0.15%. Dari kenaikan efisiensi sistem ini terjadi penghematan biaya energy yang awalnya sebesar Rp 49.812.650/jam menjadi Rp 49.824.440/jam. Lebih hemat Rp 1.179.180/jam.

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari analisis kinerja pada system pendingin di PLTP Kamojang Unit 4 dapat disimpulkak bahwa :

Komponen Hot Well Pump

Usaha Meningkatkan efisiensi system

Mengatur daya motor pada hotwell

pump. Efisiensi System 20.70 % Dampak Terhadap Cost Lebih hemat Rp 1.179.180/jam 5.2 Rekomendasi

Dilihat dari besarnya efisiensi system dan dampak terhadap cost, maka disarankan untuk meningkatkan efisiensi system dari PLTP adalah dengan mengatur tekanan pada kondensor dengan cara mengatur bukaan katup sebelum turbin sehingga tekanan dapat mendekati setpointnya (0,16 bar). Meskipun besar efisiensi system yang di dapat dari pengaturan kondensor ini sama dengan pengaturan pada cooling tower, dampak dari cost dengan pengaturan kondensor dapat menghemat lebih banyak uang ketimbang dengan pengaturan pada cooling tower.

DAFTAR PUSTAKA

_______________. 2006. Hotwell Pump Vendor’s Document. Torishima.

Bejan, A. , Moran, M dan Tsatsaronis, G. 1995. Thermal Design and Optimization. Amerika Serikat: John Wilwy & Sons, Inc.

Hewitt, G.F , G.L Shires and T.R Bott.1994. Process Heat Transfer, CRC Press, Florida

Maridjo, M.T. 2010. Buku Ajar Pembangkit Listrik Tenaga Thermal. Teknik Konversi Energi: POLBAN.

Moran, M. J. dan Shapiro, H. N. 2007. Fundamentals of Eengineering Thermodynamics edisi ke-6. Amerika Serikat : John Wiley & Sons, Inc.

Perkins, H.C dan Reynolds, W.C. 1996. Termodinamika Teknik Edisi Dua. Jakarta : Erlangga

Wuryanti, M.Si, Sri. 2007. Neraca Masa dan Energi. Teknik Konversi Energi: Politeknik Negeri Bandung.