OPTIMALISASI MODEL PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PANAS

Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya
Sabtu, 19 November 2016
Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor
OPTIMALISASI MODEL PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
PANAS BUMI TERINTEGRASI DENGAN MEMANFAATKAN
BRINE HASIL FLASHING
MUHAMAD RIDWAN HAMDANI*, CUKUP MULYANA, RENIE ADINDA PITALOKHA,
ASWAD H. SAAD
Prodi Fisika,
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Padjadjaran
Jl. Raya Bandung-Sumedang Km 21, Jatinangor 45363
Abstrak. Penelitian mengenai pemanfaatan brine hasil flashing pada pembangkit listrik
tenaga panas bumi sistem dominasi air telah banyak dilakukan, salah satunya adalah
pemembuatan model pembangkit listrik terintegrasi yang menghasilkan daya sebesar
260,01MW dengan melakukan flashing kedua pada brine tersebut. Hasil dari flashing
kedua ini dimanfaatkan sebagai pemanas pada pembangkit binary cycle. Namun terdapat
beberapa hal yang harus diperbaiki, diantaranya jumlah fluida kerja organik yang
digunakan sangat besar, yaitu 1.641ton/jam, dan brine yang keluar dari unit binary cycle
masih memiliki enthalpy yang cukup tinggi. Tujuan penelitan ini adalah memodifikasi
model pembangkit listrik terintegrasi dengan memanfaatkan brine hasil flashing
sehingga diperoleh model yang lebih optimal. Digunakan HYSYS 7.1. dalam pembuatan
model tersebut. Pada penelitian ini telah dibuat tiga model modifikasi pembangkit listrik
terintegrasi yang lebih optimal. Ketiga model tersebut menghasilkan daya total yang
lebih besar yaitu 263,07MW untuk model modifikasi 1, 293,09MW untuk model
modifikasi 2, dan 293,09MW untuk model modifikasi 3. Selain itu jumlah fluida kerja
organik yang digunakan lebih sedikit, yaitu 1.455ton/jam untuk model modifikasi 1,
1.116ton/jam untuk model modifikasi 2, dan 1.116ton/jam untuk model modifikasi 3.
Secara keseluruhan efisiensi termal pembangkit yang dihasilkan lebih besar kecuali unit
binary cycle pada model modifikasi 1 yang hanya mencapai 13,01%.
Kata kunci : flashing, binary cycle, HYSYS, model terintegrasi, optimal
Abstract. One of the brine utilization researches is the integrated geothermal power
plant model that resulting in 260.01MW power. In this model, the wasted brine was
flashed in the second flasher, and the other brine from this second flashing process was
used for evaporating the organic working fluid in binary cycle units. However, there
were several things that should be fixed, including a huge number of mass flow of organic
working fluid, which no less than 1,299 ton/hour, and the injected brine from binary
cycle still has high number of enthalpy. The aim of this research is modifying the
integrated geothermal power plant model by utilizing brine from flashing process to gain
the more optimum models. HYSYS 7.1. was used to design the models. This research was
produced three modification models of integrated geothermal power plant, there are
modification model 1, modification model 2, and modification model 3. The greater
power has been resulted by these models, 1.17% for the first model, 12.72% for the
second, and 12,72% for the third. Moreover, fewer number of organic working fluid was
used, 11.32%, 31.99%, and 31.99% for the first, the second, and the third models,
respectively. Generally, the thermal efficiency was greater, except the binary cycle unit
in the first model which has 13.01%.
Keywords : brine, flashing, binary cycle, integrated power plant model, HYSYS 7.1
*
email : [email protected]
Kode Artikel: FE-05
ISSN: 2477-0477
Muhamad Ridwan Hamdani dkk.
1. Pendahuluan
Sistem panas bumi di Indonesia umumnya merupakan sistem hydrothermal yang
mempunyai temperatur tinggi, >225oC, dan hanya beberapa di antaranya yang
bertemperatur sedang, yaitu 150oC – 225oC[1]. Apabila fluida panas bumi yang
keluar dari kepala sumur berupa campuran fasa uap dan air, kedua fasa tersebut
dipisahkan terlebih dahulu sehingga diperoleh fasa uap yang kemudian dialirkan ke
turbin, dan fasa cair (brine) yang diinjeksikan kembali ke bumi. Temperatur dan
tekanan brine yang diinjeksikan ke bumi biasanya masih cukup tinggi yaitu sekitar
180oC dan 10bar[2], sehingga dapat dijadikan sebagai sumber energi tambahan
pada unit pembangkit listrik lainnya.
Salah satu penelitian mengenai pemanfaatan brine hasil flashing telah dilakukan
oleh Cukup Mulyana[3], yaitu membuat model pembangkit listrik terintegrasi
dengan melakukan flashing kedua pada brine tersebut dan hasil dari flashing kedua
ini dimanfaatkan kembali sebagai sumber panas pada pembangkit sistem binary
cycle. Model tersebut ditunjukkan oleh Gambar 1. Secara keseluruhan, dihasilkan
daya total sebesar 260,01MW dengan penambahan daya sebesar 24,5% dari daya
semula (daya dari unit pembangkit single-flash).
Terdapat beberapa hal yang sangat penting untuk diperhatikan pada model
pembangkit listrik tenaga panas bumi terintegrasi tersebut. Pertama, jumlah brine
yang digunakan sebagai pemanas pada pem bangkit binary cycle Unit 5 dan Unit 6
masih sangat besar, yaitu 2.667 ton/jam, sehingga mengakibatkan jumlah laju alir
massa fluida kerja organik yang diperlukan menjadi sangat besar, yaitu 1.229
ton/jam. Dalam hal penukaran panas, bila jumlah laju alir massa fluida yang
mengalir sangat besar maka diperlukan ukuran heat exchanger yang sangat besar.
Kedua, brine hasil flashing kedua masih memiliki tekanan dan temperatur yang
cukup tinggi, yaitu 6,99bar dan 165oC, sehingga masih bisa dimanfatkan untuk
membangkitkan energi pada unit pembangkit baru. Oleh karena itu, perlu adanya
optimalisasi terhadap model pembangkit yang telah dibuat sehingga dapat diperoleh
model pembangkit listrik yang optimal, yaitu pembangkit yang menghasilkan daya
yang lebih besar dan penggunaan fluida kerja organik yang lebih sedikit.
Tujuan dari penelitian ini adalah memodifikasi model pembangkit listrik
terintegrasi untuk mengoptimalkan pemanfaatan brine hasil flashing dan fluida
kerja organik yang digunakan agar diperoleh model pembangkit listrik terintegrasi
yang lebih optimal.
2. Metode Penelitian
Tiga modifikasi model pembangkit listrik terintegrasi dibuat pada penelitian ini.
Dalam pembuatannya, digunakan software HYSYS 7.1. Data yang digunakan
dalam pembuatan ketiga model modifikasi tersebut ditunjukkan pada Tabel 1.
Modifikasi dilakukan agar diperoleh model pembangkit yang lebih optimal, yaitu
dengan sumber fluida panas bumi yang sama dapat diperoleh daya dan efisiensi
yang lebih besar, namun fluida kerja organik yang digunakan lebih sedikit.
54
Optimalisasi Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi Terintegrasi dengan …
Model pertama dibuat dengan melakukan modifikasi pada model pembangkit listrik
terintegrasi dengan membagi percabangan pada brine yang keluar dari Flashing
Separator (hasil dari proses flashing kedua) menjadi empat cabang. Brine dari
masing-masing percabangan tersebut digunakan sebagai sumber panas pada
pembangkit listrik sistem binary cycle unit 5 hingga unit 8. Model kedua dibuat
dengan menambahkan flashing ketiga pada brine yang keluar dari Flashing
Separator (hasil dari proses flashing kedua). Fasa campuran hasil flashing ketiga
tersebut dipisahkan menggunakan separator, sehingga fasa uapnya dialirkan
menuju turbin pada unit pembangkit baru, yaitu unit 5, sedangkan brine hasil
separasinya dibagi menjadi empat cabang. Masing-masing dari percabangan
tersebut digunakan sebagai sumber panas pada pembangkit listrik sistem binary
cycle unit 6 hingga unit 9. Modifikasi ketiga dilakukan di bagian unit single flash,
yaitu dengan melaklukan flashing kedua pada masing-masing brine hasil flashing
pertama yang keluar dari separator. Fasa uap hasil dari masing-masing flashing
kedua digabungkan dan dialirkan untuk memutar turbin pada unit pembangkit baru,
yaitu unit 4. Masing-masing brine hasil flashing kedua di-flash ulang, dan fasa uap
hasil flashing tersebut digabungkan dan dialirkan menuju turbin pada unit baru,
yaitu unit 5, sedangkan brine hasil flashing ketiga tersebut masing-masing
digunakan sebagai sumber panas pada unit binary cycle unit 6 hingga unit 8. Fluida
kerja organik yang digunakan dipilih berdasarkan aspek termodinamika, kesehatan,
keamanan, dan dampak lingkungannya[4-6].
Fluida kerja organik yang digunakan adalah isopentane yang merupakan fluida
kerja yang paling optimal dibandingkan dengan fluida kerja organik lainnya untuk
rentang temperatur brine 80oC-160oC[6]. Jenis sistem binary cycle yang digunakan
adalah binary cycle yang menggunakan recuperator yang dapat meningkatkan
temperatur fluida kerja ketika akan memasuki pre-heater sehingga temperatur brine
yang akan diinjeksikan menjadi lebih tinggi. Hal ini akan mencegah terjadinya
endapan silica di sumur injeksi. Adanya recuperator tidak akan menambah daya
keluaran turbin, tetapi akan meningkatkan efisiensi meskipun menggunakan
sumber panas dari fluida panas bumi yang lebih rendah[7].
Tabel 1. Data parameter input pada modifikasi pembangkit listrik tenaga panas bumi terintegrasi.
Parameter
Temperatur fluida panas bumi di kepala sumur (oC)
Tekanan fluida panas bumi di kepala sumur (bar)
Laju alir massa fluida panas bumi (ton/jam)
Kualitas uap panas bumi (%)
Fluida kerja organik
Nilai
180
10
2300
20
Isopentane
3. Hasil dan Pembahasan
Pembangkit listrik terintegrasi model modifikasi 1, modifikasi 2, dan modifikasi 3
ditunjukkan pada Gambar 2., Gambar 3., dan Gambar 4. Ketiga model tersebut
menggunakan sumber panas bumi yang sama namun menghasilkan daya, jumlah
laju alir massa fluida kerja organik, dan efisiensi thermal pembangkit yang berbeda.
Tabel 2. menunjukkan perbedaan nilai efisiensi thermal yang dihasilkan oleh
masing-masing unit pada seluruh model terintegrasi hasil modifikasi. Perbedaan
jumlah daya yang dihasilkan dan laju alir massa fluida kerja organik ditunjukkan
55
Muhamad Ridwan Hamdani dkk.
pada Tabel 3. Dapat diketahui bahwa secara keseluruhan, model modifikasi 1, 2,
dan 3 memiliki nilai efisiensi thermal yang lebih besar dibandingkan dengan model
terintegrasi terdahulu[3]. Efisiensi thermal untuk Unit 1 sampai Unit 4 pada model
modifikasi 1, 2, dan 3 memiliki nilai yang sama. Unit 5 pada model modifikasi 2
dan model modifikasi 3 merupakan unit triple-flash dan keduanya menghasilkan
daya dan efisiensi thermal yang sama. Unit binary cycle memiliki nilai efisiensi
thermal pembangkit yang berbeda. Pembangkit binary cycle yang mengasilkan
nilai efisiensi terbesar adalah model modifikasi 2 sebesar 15,76%, sedikit berbeda
dengan model modifikasi 3 sebesar 15,33%. Berdasarkan Tabel 2. dapat diketahui
bahwa daya terbesar dihasilkan oleh pembangkit model modifikasi 2 dan model
modifikasi 3, yaitu sebesar 293,09MW. Jumlah fluida kerja organik total yang
digunakan pada kedua model tersebut merupakan yang paling rendah dibandingkan
model lainnya, yaitu 1.116ton/jam
Gambar 1. Model pembangkit listrik tenaga panas bumi terintegrasi [3].
Gambar 2. Model modifikasi 1 pembangkit listrik tenaga panas bumi terintegrasi.
56
Optimalisasi Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi Terintegrasi dengan …
Gambar 3. Model modifikasi 2 pembangkit listrik tenaga panas bumi terintegrasi
Gambar 4. Model modifikasi 3 pembangkit listrik tenaga panas bumi terintegrasi.
Tabel 2. Perbandingan nilai efisiensi termal pembangkit untuk ketiga model terintegrasi
Parameter
Unit 1
Unit 2
Unit 3
Unit 4
Unit 5
Unit 6
Unit 7
Unit 8
Unit 9
Model 1
20,31%
20,31%
20,31%
18,93%
13,05%
13,05%
13,05%
13,05%
-
Model 2
20,31%
20,31%
20,31%
18,93%
16,7%
15,76%
15,76%
15,76%
15,76%
Model 3
20,31%
20,31%
20,31%
18,93%
16,7%
15,33%
15,33%
15,33%
-
Model Terdahulu [3]
19,71%
19,71%
19,71%
18,3%
11,37%
14,25%
-
Berdasarkan hasil yang telah diperoleh, dapat diketahui bahwa model terintegrasi
hasil modifikasi merupakan model pembangkit yang lebih optimal dibandingkan
dengan model terintegrasi terdahulu[3]. Hal ini didasarkan pada tiga poin utama
57
Muhamad Ridwan Hamdani dkk.
hasil penelitian sebagai berikut. Ditinjau dari peningkatan daya total, dibandingkan
dengan model terintegrasi terdahulu[3], daya pada model modifikasi 1 , 2, dan 3
meningkat dengan nilai peningkatan daya 1,17%, 12,72%, dan 12,72%. Ditinjau
dari jumlah fluida kerja organik yang digunakan, penggunaan pada ketiga model
modifikasi lebih sedikit dengan pengurangan jumlah fluida kerja organik sebesar
11,32% untuk model modifikasi 1, 31,99% untuk model modifikasi 2, dan 31,99%
untuk model modifikasi 3. Ditinjau dari efisiensi thermal pembangkit, berdasarkan
Tabel 4.10., secara keseluruhan setiap unit pada model pembangkit terintegrasi
hasil modifikasi memiliki nilai yang lebih besar, kecuali unit binary cycle pada
model terintegrasi 1 memiliki efisiensi yang lebih kecil bila dibandingkan dengan
unit binary cycle pada model terintegrasi terdahulu[3].
Tabel 3. Perbandingan jumlah daya bersih dan laju alir massa fluida kerja organik.
Unit
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Total Daya
Bersih
Total Laju Alir
Massa Fluida
Kerja Organik
Model
Terintegrasi 1
72,1 MW
72,1 MW(1)
72,1 MW(1)
25,4 MW(2)
5,334 MW(b)
5,334 MW(b)
5,334 MW(b)
5,334 MW(b)
-
Model
Terintegrasi 2
72,1 MW(1)
72,1 MW(1)
72,1 MW(1)
25,4 MW(2)
29,31 MW(3)
5,52 MW(b)
5,52 MW(b)
5,52 MW (b)
5,52 MW(b)
Model
Terintegrasi 3
72,1 MW(1)
72,1 MW(1)
72,1 MW(1)
25,4 MW(2)
29,31 MW(3)
7,36 MW(b)
7,36 MW(b)
7,36 MW(b)
-
Model
Terdahulu [5]
69,97 MW(1)
69,97 MW(1)
69,97 MW(1)
26,26 MW(2)
16,34 MW(b)
7,49 MW(b)
263,07 MW
293,09 MW
293,09 MW
260,01 MW
1.455 ton/jam
1.116 ton/jam
1.116 ton/jam
1.641ton/jam
-
(1)
Pembangkit listrik sistem Single-flash
Pembangkit listrik sistem Double-flash
(3)
Pembangkit listrik sistem Triple-flash
(b)
Pembangkit listrik sistem Binary cycle
(2)
Keterangan
4. Kesimpulan
Telah dibuat tiga model pembangkit listrik tenaga panas bumi terintegrasi yang
memanfaatkan brine hasil flashing, yaitu model modifikasi 1, 2, dan 3. Ketiga
model tersebut merupakan model pembangkit terintegrasi yang lebih optimal
karena daya yang dihasilkan lebih besar, yaitu dengan peningkatan daya sebesar
1,17%, 12,72% dan 12,72% untuk model modifikasi 1, 2, dan 3, jumlah fluida kerja
organik yang digunakan lebih sedikit, dengan pengurangan sebesar 11,32%,
31,99%, dan 31,99% untuk model modifikasi 1, 2, dan 3, dan secara keseluruhan
efisiensi thermal yang dihasilkan lebih besar kecuali untuk unit binary cycle pada
model modifikasi 1 yang hanya mencapai 13,01%.
58
Optimalisasi Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi Terintegrasi dengan …
Ucapan terima kasih
Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Program Studi Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran yang telah
memfasilitasi kami dalam melakukan penelitian ini.
Daftar Pustaka
1. Saptadji, Nenny, Energi Panas Bumi (Geothermal Energy). Bandung, 2009.
2. PT. Indonesia Power BPJ Gunung Salak. Private Conversation. 2015.
3. Mulyana, Cukup, dkk. The Development of Integrated Plant Model by Utilizing
Wasted Heat in Water-dominated Geothermal Source. Proceeding, 5th ITB
International Geothermal Workshop 2016.
4. Nikolskiy, A.I., Shipkov, A.A., Tomarov, G.V., Semenon, V.N. Creation of Pilot
Binary Geothermal Power Plant on Pauzhetsky (Kamchatka) Site, Proceedings,
World Geothermal Congress 2010, Bali, Indonesia. 2010.
5. DiPippo, R., 2007: Geothermal power plants: Principles, applications, case
studies and environmental impact (2nd edition). Butterworth Heineman,
Elsevier, Kidlington, United Kingdom.
6. A. F. M. Parada, Geothermal binar cycle power plant principles, operation, and
maintenance, UNU-GTP Reports Number 20, Iceland (2013).
7. Valdimarsson, P., 2011: Geothermal power plant cycles and main components.
Paper presented at “Short Course on Geothermal Drilling, Resource
Development and Power Plants”, organized by UNUGTP and LaGeo, Santa
Tecla, El Salvador, 24 pp
59