KARAKTERISTIK OPERASI SISTEM ORC DI SUMUR PAD 29A PT ...

Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 19 No. 1 Juni 2020 : 1 - 12

P-ISSN 1978 - 2365 E-ISSN 2528 - 1917

Diterima : 4 September 2019, direvisi : 26 Juni 2020, disetujui terbit : 4 Agustus 2020

1

KARAKTERISTIK OPERASI SISTEM ORC DI SUMUR PAD 29A PT. GEODIPA ENERGI DIENG

Yohanes Gunawan, Guntur Tri Setiadanu, Zuhaidi, Khalif Ahadi, Didi Sukaryadi, Subhan Nafis

Puslitbangtek Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan, dan Konservasi Energi, Jl. Pendidikan, Pengasinan, Gunung Sindur, Kab. Bogor 16340, Indonesia

[email protected]

Abstrak

Cara efektif untuk mengubah energi panas bumi entalpi rendah maupun waste energy menjadi listrik adalah dengan teknologi Organic Rankine cycle (ORC). Dengan potensi energi panas bumi yang melimpah dan didomimasi oleh sistem entalpi rendah yang tersebar di seluruh wilayah di Indonesia, pengembangan teknologi ORC menjadi sangat menarik untuk dikembangkan guna mengurangi ketergantungan energi fosil. Tujuan dari penelitian ini adalah mengkaji karakteristik dari pengoperasian sistem ORC yang telah dikembangkan oleh Puslitbangtek KEBTKE. Fenomena yang terjadi selama pengoperasian akan dipelajari sebagai bahan evaluasi dari algoritma sistem kontrol yang dirancang. Parameter utama yang diukur adalah tekanan dan temperatur pada sirkulasi fluida kerja n-pentane, sirkulasi air panas (brine), dan sirkulasi air pendingin. Pengujian dilakukan dengan beban 300 W, 1350 W dan 3000 W. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kontinuitas input brine sangat mempengaruhi kinerja dari sistem ORC. Putaran pompa n-pentane harus dipercepat ketika laju alir brine masuk ke sistem tinggi, dan harus diperlambat ketika laju alir brine masuk ke sistem ORC menurun. Turbin mulai berputar pada tekanan masuk sebesar 4,9 bar.g. Pada tekanan dan temperatur brine sekitar ± 1 bar.g dan ± 120 °C, efisiensi turbin tertinggi adalah 9% dan efisiensi termal sistem tertinggi adalah 1,4% pada beban 1350 W dengan daya thermal 15,4 kW. Hasil penelitian menghasilkan rekomendasi, antara lain: sistem ORC Dieng memerlukan beberapa penambahan alat dan modifikasi. Kata Kunci: Dieng; organic rankine cycle; ORC; waste energy; panas bumi

OPERATING CHARACTERISTICS OF ORC SYSTEM IN WELL PAD 29A PT. GEODIPA ENERGY DIENG

Abstract

An effective way to convert low enthalpy geothermal energy and waste energy into electricity is with ORC technology. With the abundant potential of geothermal energy and is dominated by low enthalpy systems that are spread throughout the regions in Indonesia, the development of ORC technology is interesting to be developed to reduce fossil energy dependence. The aim of this study is to study the characteristics operation of the ORC system that has been developed by the P3tek KEBTKE. The phenomena that occur during operation will be studied as an evaluation from the designed control system algorithm. The main parameters measured are pressure and temperature in the n-pentane working fluid circulation, brine circulation, and cooling water circulation. Tests carried out with a load of 300 W, 1350 W and 3000 W. The test results show that continuity of the brine input greatly influences the performance of the ORC system. The rotation of the n-pentane pump must be accelerated when the brine flow rate into the system is rises, and it must be slowed down when the brine flow rate into the ORC system decreases. The turbine starts rotating at pressure 4.9 bar.g. At brine pressures and temperatures around ± 1 bar.g and ± 120 ° C, the highest turbine efficiency is 9%, and the highest thermal efficiency of the system is 1.4% at a load of 1350 W with thermal power of 15.4 kW. The results of the study are some suggestions that need to be done, including: the Dieng ORC system still needs some additional equipments and modifications. Keywords: Dieng; organic rankine cycle; ORC; waste energy; geothermal

Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 19 No. 1 Juni 2020 : 1-12

2

PENDAHULUAN Pembangkitan energi dunia sampai saat ini

masih didominasi dari energi fosil, hal ini

menyebabkan sumber energi fosil didunia

semakin menipis dan memicu kekawatiran akan

krisis energi dan peningkatan laju pemanasan

global [1]. Penggunaan energi fosil perlu

dikurangi dengan efisiensi energi, konservasi

energi, dan diversikasi energi [2]. Efisiensi dan

konservasi energi dapat dilakukan dengan

memanfaatkan limbah energi yang masih

potensial digunakan kembali, sedangkan

diversifikasi energi dilakukan dengan

memanfaatkan energi yang dominan di suatu

lokasi atau daerah.

Indonesia mempunyai potensi energi panas

bumi di Indonesia yang besar, yaitu sekitar 29.000

MW dan tersebar di 312 lokasi dari pulau

Sumatera hingga kepulauan Maluku [3]. Jenis

reservoir panas bumi di Indonesia didominasi oleh

sistim entalpi rendah dan banyak dijumpai di

kedalaman yang dangkal, hal ini menyebabkan

potensi sumber panas bumi entalphi rendah di

Indonesia lebih besar dari pada potensi sumber

daya panas bumi entalpi tinggi [4-6]. Sehingga

potensi energi ini perlu dimaksimalkan untuk

mengurangi dominasi energi fosil.

Potensi sumber daya panas bumi entalpi

rendah di Indonesia sangat besar dan belum

banyak diteliti maupun dikembangkan secara

massif, terutama sebagai pembangkit listrik. Cara

yang efektif untuk mengubah potensi panas bumi

entalpi rendah-menengah menjadi listrik adalah

dengan teknologi ORC [7]. Selain digunakan

untuk memanfaatkan potensi panas bumi entalpi

rendah, teknologi ORC untuk pemanfaatan panas

sisa (waste energy) menjadi topik penelitian yang

menarik dalam dekade sekarang ini guna

meningkatkan efisiensi dari sebuah sistem yang

sudah ada sebelumnya [7].

Meningkatnya permintaan energi global

dan kenaikan biaya energi menjadikan penelitian

untuk memanfaatkan panas buang (waste heat)

dan energi terbarukan dengan teknologi ORC

semakin meningkat. Oleh sebagian peneliti, ORC

dianggap sebagai teknologi untuk pembangkitan

listrik dari energi termal tingkat rendah yang

menjanjikan. Penelitian untuk menginvestigasi

sistem ORC dikaji dari dua aspek, yaitu kajian

secara teoritis dan kajian secara eksperimental.

Umumnya, kajian secara teoritis dilakukan

sebelum sebuah sistem ORC dirancang, dibangun

dan setelah dilakukan eksperimen untuk

mendapatkan parameter optimasi.

Kajian secara teoritis ini diantaranya adalah

kajian perhitungan potensi yang dapat

dibangkitkan [5], kajian pemilihan awal fluida

kerja yang optimum [8], kajian sumber energi

untuk sistem ORC [7], rancangan turbin untuk

sistem ORC [9], modifikasi sistem ORC [10], dan

optimasi rancangan [11].

Ghalya Pikra et. al. [5] menghitung potensi

daya listrik yang dapat dibangkitkan dari sumber

air panas di Indonesia dengan temperatur 70-80°C

dengan menggunakan teknologi ORC. Hasil

analisis menunjukkan bahwa Lompio - 1 adalah

daerah yang memiliki potensi listrik tertinggi

dibandingkan ke daerah lain dengan daya turbin

130,13 kW dan efisiensi termal 5,71%. Daerah

yang memiliki potensi listrik terendah adalah

tambahan dengan daya turbin 1,14 kW dan

efisiensi termal 5,63%. Hærvig et al. [8] membuat

Karakteristik Pengoperasian Sistem ORC di Sumur PAD 29A PT. Geodipa Energi Dieng

3

pedoman umum tentang cara memilih fluida kerja

yang optimal berdasarkan suhu sumber panas

yang tersedia. Hasil penelitian menunjukkan

bahwa fluida kerja optimal dalam hal output daya

netto yang maksimum memiliki suhu kritis sekitar

30-50 K di atas suhu sumber panas. Ketika dua

atau lebih cairan dengan suhu kritis yang sama

tersedia, maka dipilih fluida kerja dengan

kemiringan garis saturasi uap yang positif. Zhai

et. al. [7] melakukan karakterisasi sumber

panas/energi untuk ORC yang berdampak pada

analisis teoritis dan desain sistem sistem ORC.

Direkomendasikan, untuk sumber panas yang

berbeda-beda, perlu dibuat matrik kinerja untuk

sistem ORC yang akan dirancang. Karakteristik

umum dari berbagai sumber panas (limbah cair

dari sistem industri dan sumber dari panas bumi,

matahari dan biomassa) akan memberikan

pengaruh yang berbeda pada performa sistem

ORC. Cao et al. [10] melakukan analisa secara

termodinamika terhadap penambahan dua

recuperator pada sistem ORC untuk

meningkatkan efisiensi termal.

Secara eksperimental, Yang et. al. [12]

melakukan investigasi hubungan dan kombinasi

antara parameter kinerja pompa dan turbin

(ekspander) pada sistem ORC. Sumber panas

menggunakan oli yang dipanaskan oleh boiler.

Fluida kerja yang dipakai adalah R123. Hasil

investigasi menunjukkan bahwa peningkatan

sumber panas akan memperbesar kerja pompa

fluida kerja. Kinerja kondenser harus optimal

supaya fluida kerja dapat didinginkan sampai

suhu 20 ºC sebelum masuk pompa untuk

menghindari kavitasi. Pengaturan pompa pada

putaran rendah akan menjaga pompa terhindar

dari kavitasi. Yang et al. [13] secara

eksperimental menyelidiki sistem ORC 3 kW

yang menggunakan ekspander tipe scroll terbuka

dan R245fa sebagai fluida kerja. Penurunan

tekanan memiliki sensifitas yang tertinggi dalam

performa pada sistem ini. Dari hasil eksperimen

didapatkan daya listrik maksimum dan efisiensi

termal masing-masing adalah 1,89 kW dan

5,92%. Miao et. al. [14] melakukan pengujian

prototype ORC dengan R123 sebagai fluida kerja.

Daya poros maksimum yang dihasilkan dan

efisiensi termal adalah 2,35 kW dan 6,39% pada

temperatur sumber panas 140 ºC, sedangkan pada

temperatur sumber panas 160 ºC, daya dan

efisiensi yang dihasilkan adalah 3,25 kW dan

5,12%. Kinerja sistem yang optimal dapat

dikontrol oleh 2 parameter independen, yaitu:

mass flow fluida kerja dan beban luar (demand).

Dengan potensi energi panas bumi yang

besar dan belum sepenuhnya termanfaatkan,

Kementerian ESDM melalui P3tek KEBTKE

melakukan penelitian dan pengembangan

teknologi untuk memanfaatkan potensi waste

brine untuk dikonversi menjadi energi listrik

dengan menggunakan sistem ORC. Penelitian

dilakukan dengan memanfaatkan brine dari

separator PAD 29A PT. Geodipa Dieng. Besarnya

energi atau flow brine yang keluar dari separator

PAD 29A cenderung berfluktuatif, sehingga

karakteristik pengoperasian ORC dengan suplai

yang berfluktuatif ini menarik untuk dipelajari.

Sistem ORC ini mempunyai kandungan TKDN

sangat tinggi, dimana, hal ini menjadi keunggulan

tersendiri bagi persiapan industri lokal dalam

pengembangan sistem ORC di Indonesia.

Sehingga, didalam penelitian ini, akan dilakukan


4

kajian karakteristik operasional dari sistem ORC

untuk mempelajari fenomena yang terjadi dan

mendapatkan parameter pengontrolan sebagai

bahan evaluasi dari algoritma sistem kontrol yang

telah dirancang sebelumnya.

METODOLOGI Kondisi Uji

Skematik sistem ORC yang terpasang di

area sumur PAD 29A, PT. Geodipa Energi, Dieng

dapat dilihat pada Gambar 1. Fluida kerja yang

digunakan adalah n-pentane. Komponen utama

pada sistem ini terdiri dari evaporator, preheater,

kondenser, turbin-generator. Spesifikasi umum

komponen tersebut, dapat dilihat di Tabel 1.

Gambar 1. Skematik sistem ORC Dieng

Sirkulasi air panas (brine).

Suplai panas atau brine untuk sistem ORC

Dieng diambil dari pipa antara separator dan

silencer di PAD 29A dan penyambungan pipa

diletakkan setelah pressure regulator (dump

valve) yang berfungsi untuk menjaga tekanan di

separator (Gambar 2). Tekanan yang harus dijaga

di dalam separator minimal 10 bar. Hal ini

dimaksudkan agar tidak terjadi pengendapan

silika di dalam separator dan pipa-pipa produksi.

Aliran brine masuk ke sistem ORC melalui

evaporator, kemudian brine yang keluar dari

evaporator masuk ke preheater seperti yang dapat

dilihat pada Gambar 3.

Tabel 1. Spesifikasi umum sistem utama ORC di PAD 29A PT. Geodipa Dieng.

Gambar 2. Main Valve di saluran masuk ORC

Dieng

Spesifikasi PreheaterParameter Nilai SatuanArea 39.134 m²TEMA typeShell ID 430 mmTube OD 15.875 mmJumlah Tube 222 tubesPass

Spesifikasi EvaporatorParameter Nilai SatuanArea 30.469 m²TEMA typeShell ID 430 mmTube OD 15.875 mmJumlah Tube 226 tubesPass

Spesifikasi KondenserParameter Nilai SatuanArea 53 m²TEMA typeShell ID 530 mmTube OD 15.875 mmJumlah Tube 370 tubesPass

Spesifikasi TurbinParameter Nilai SatuanTypeDaya 109 kWPutaran 6000 rpmTekanan masuk 15.25 barSuhu 153.99 °CFlow 1.28 kg/detikTekanan buang 1.25 bar

1 shell, 4 tubes passes

Radial - aksial outflow

BEM

BEM

BGM




5

Sistem sirkulasi fluida kerja (n-pentane).

Sirkulasi n-pentane melewati 4 komponen

utama, yaitu dari pompa n-pentane, preheater,

evaporator, turbin, dan condenser. Pompa n-

pentane akan bekerja setelah n-pentane di dalam

evaporator dan preheater mendapatkan

pemanasan dari brine sehingga level n-pentane

cair di dalam evaporator (LI-1) turun.

Pada tekanan dan temperatur uap n-pentane

tercapai, uap n-pentane diekspansikan ke turbin

dengan membuka valve CV-4. Penurunan tekanan

di dalam turbin terjadi setelah uap n-pentane

melewati nosel turbin sehingga merubah energi

tekanan menjadi energi kinetik untuk memutar

sudu pada rotor turbin. Tekanan pada turbin dan

kondenser dijaga 1,5 s.d. 2 bar agar didapatkan

fasa liquid n-pentane di dalam kondenser

sehingga aman ketika masuk ke pompa.

Sistem sirkulasi air pendingin.

Untuk mendinginkan dan mencairkan uap

n-pentane didalam condenser digunakan air

pendingin yang disuplai dari bak di cooling tower.

Pompa sirkulasi air pendingin mulai bekerja

sebelum eksperimen dimulai dan dimatikan

setelah ekperimen berhenti untuk menurunkan

temperatur dan tekanan n-pentane sama dengan

temperatur sebelum dimulainya eksperimen.

Sistem sirkulasi oli pendingin (coolant) mechanical seal turbin.

Mechanical seal digunakan untuk menjaga

agar tidak terjadi kebocoran fluida kerja dan

terpasang antara poros dan rumah turbin. Kinerja

mechanical seal sangat dipengaruhi oleh

temperatur. Peningkatan temperatur didalam

mechanical seal selain disebabkan oleh

temperatur uap n-pentane didalam rumah turbin,

juga disebabkan karena media yang bergesekan

didalam mechanical seal. Sehingga diperlukan

pendinginan agar mechanical seal dapat bekerja

optimum untuk mencegah kebocoran uap n-

pentane disela-sela poros dan rumah turbin.

8

Mechanical Seal

Turbin

61

Evaporator

Preheater

12

11

Kondenser

10

PompaN-pentane

Check Valve

Sump Tank

Pressure Reducer Three Way

Valve CV 5

CV 3

5

CV 6

CV 4

7

LI-1 LI-2

Cooling Tower

Pompa Sirkulasi Air Dingin

Flow Meter (FM)

Generator

2

3

Cooler Mechanical Seal

Pompa Sirkulasi Coolant

Gear Box

Separator PAD 29

Silencer

PressureRegulator

4

GateValve

Dry Steam

Two Phase Fluid

Brine

Sirkulasi Air Panas (Brine)

Sirkulasi Fluida Kerja (N-pentane)

Sirkulasi Air PendinginS

irkulasi Coolant

Mechanical S

eal

ThermokopelPressure Tranduser

Level Indikator(Glass Sign)

Control ValveFM

Gambar 3. Skema diagram sirkulasi fluida dan penempatan alat ukur ORC Dieng


6

Tabel 2. Peletakan alat ukur

Parameter yang diukur adalah tekanan dan

temperatur pada sirkulasi fluida kerja n-pentane,

sirkulasi air panas (brine), dan sirkulasi air

pendingin. Pada titik-titik yang telah ditentukan di

Gambar 3, dipasang Thermocouple tipe K dan

Pressure Transducer yang terkoneksi dengan GL-

M Graptech Modul DAQ dan semua sinyal dari

sensor direkam secara real time. Kedua jenis

sensor diletakkan sesuai penomoran pada Tabel 2.

Prosedur Pengujian

Setelah dilakukan proses persiapan,

sirkulasi air pendingin dijalankan terlebih dahulu

sebelum dilakukan pengujian. Konfigurasi

pembukaan valve CV1 / CV2 = 100 / 100 %, CV4

ke arah turbin open, CV 5 ke arah pressure

reducer/bypass close. Setelah itu, main valve

untuk sirkulasi brine dibuka secara bertahap.

Setelah main valve terbuka 50%, tekanan n-

pentane (P7) harus selalu dipantau. Setelah P7

tercapai 5 bar, CV 4 ke arah turbin dibuka

perlahan sampai turbin berputar. Tekanan P8 dan

P10 harus selalu dijaga agar tidak melebihi 2 bar

dengan cara mengatur putaran pompa n-pentane

melalui inverter yang tersambung. Selain tekanan,

hal yang harus dimonitor adalah level n-pentane

pada LI-1 dan LI-2. Pengujian dilakukan pada tiga

tingkat beban yang berbeda yaitu: 300 W

(menggunakan lampu 3 x 100 Watt), 1350 W

(menggunakan heater air 3 x 450 W) dan 3000 W

(menggunakan heater udara 3 x 1000 W).

Analisa Data Pengujian

Kerja turbin secara termodinamis

dinyatakan sebagai perubahan entalpi pada input

dan output turbin dikalikan dengan laju alir massa

uap, yang dinyatakan dalam persamaan berikut:

𝑃𝑃𝑡𝑡ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝑚𝑚𝑝𝑝 (ℎ1 − ℎ2)

Efisiensi turbin dinyatakan sebagai output

aktual turbin dibagi dengan output termal (Pthermal)

turbin. Yang dinyatakan dengan persamaan:

𝜀𝜀𝑡𝑡𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 =𝑃𝑃𝑒𝑒𝑎𝑎𝑡𝑡𝑡𝑡𝑒𝑒𝑒𝑒𝑃𝑃𝑡𝑡ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒

Pthermal = daya output turbin yang tersedia secara termodinamis

mp = laju alir massa uap n-pentane

h1 = entalpi pada inlet turbin

h2 = entalpi pada outlet turbin

Ԑturbin = efisiensi turbin

Paktual = daya output aktual turbin

HASIL DAN PEMBAHASAN

Profil Temperatur and Tekanan

Hasil eksperimen untuk profil temperatur

dan tekanan brine masuk preheater (1) dan

evaporator (2) serta keluar preheater (3) dan

evaporator (4), dapat dilihat pada Gambar 4.

Temperatur dan tekanan pada brine berfluktuasi,

hal ini mengindikasikan bahwa aliran brine dari

separator PT. Geodipa Energi juga berfluktuasi

mengikuti buka tutup dump valve.

inlet outlet inlet outlet inlet outlet inlet outletSirkulasi air panas 1 3 2 4

Sirkulasi n-pentane 5 6 6 7 7 8 8 5Sirkulasi air dingin 11 12

Preheater Evaporator Turbin KondenserPenempatan alat ukur temperatur dan tekanan


7

(a) (b)

Gambar 4. Profil temperatur (a) dan tekanan (b) brine saat pengujian ORC Dieng

(a) (b)

Gambar 5. Profil temperatur (a) dan tekanan (b) fluida kerja n-pentane saat pengujian ORC Dieng

Dapat dilihat pada Gambar 5, temperatur

dan tekanan pada fluida kerja n-pentane yang

digunakan pada sistem ini juga berfluktuasi

mengikuti aliran brine yang masuk ke dalam

preheater dan evaporator. Berfluktuasinya

temperatur dan tekanan fluida kerja n-pentane di

dalam sistem ORC memaksa operator pada

pengujian ini harus menyesuaikan putaran pompa

n-pentane dengan mengatur besarnya frekuensi

pada inverter motor pompa n-pentane agar tidak

terjadi dry-out maupun subcooled.

Kinerja sistem ORC dan Analisa Thermodinamika

Kondisi brine dengan tekanan sekitar 1,2

bar.g dan temperatur brine sekitar 118 °C mampu

menguapkan n-pentane di preheater dan

evaporator, sehingga menghasilkan n-pentane

dalam fasa uap pada tekanan awal 5,0 bar.g,

kemudian dialirkan menuju turbin sehingga turbin

mulai berputar. Beban awal (ballast load) berupa

lampu sebesar 3x100 W, putaran turbin stabil

pada 560 rpm, dan lampu menyala terang. Setelah

beberapa saat, tekanan inlet turbin dinaikkan 5,9

bar.g, putaran naik dan dimasukkan beban 3x450

W (lampu dan pemanas air). Kondisi tekanan dan

temperatur pada inlet turbin dan inlet brine bisa

dilihat pada Gambar 6.

0 100 200 300 400 500 600

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Teka

nan

brin

e (b

ar)

Waktu (detik)

P1 P2 P3 P4

0 100 200 300 400 500 600

60

80

100

120

Tem

pera

tur b

rine

(ºC

)

Waktu (detik)

T1 T2 T4 T4

0 100 200 300 400 500 6000

20

40

60

80

100

120

Tem

pera

tur n

-pen

tane

(ºC

)

Waktu (detik)

T6 T5 T7 T10 T8

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

Teka

nan

n-pe

ntan

e (b

ar)

Waktu (detik)

P5 P6 P7 P8 & P10


8

Seperti terlihat pada Gambar 7, dapat

dijelaskan bahwa pada pembebanan 1,35 kW,

sistem mampu menjaga tekanan inlet turbin, akan

tetapi daya dan putaran turbin tidak dapat

mengikuti grafik tekanan yang dihasilkan,

sehingga terjadi penurunan ketika tekanan inlet

turbin mencapai 6,2 bar.g. Setelah putaran turbin

normal, beban yang dimasukkan adalah 3 x 1000

kW. Terlihat dari Gambar 8, bahwa daya yang

terukur power quality analyser mencapai 3,6 kW

pada beban berupa pemanas udara.

Gambar 6. Karakteristik tekanan dan temperatur inlet brine dan turbin pada beban 1,35 kW

Grafik Tekanan Input Turbin vs Daya GeneratorPada beban terpasang 3 x 450 W = 1.35 kW

Beban terpasang 3 x 450 W = 1.35 kW

Gambar 7. Grafik tekanan input turbin vs daya output generator


9

Gambar 8. Daya terukur pada beban 3 kW

Gambar 9. Grafik efisiensi turbin dan efisiensi

thermal sistem

Dari pengukuran parameter pada titik

sebelum dan sesudah turbin, maka dapat dihitung

berapa daya termal pada beban yang ada,

kemudian dibandingkan dengan beban aktual,

sehingga didapatkan efisiensi dari turbin, seperti

terlihat pada Gambar 9.

Efisiensi turbin secara stabil tercapai pada

beban 1300 W yaitu mencapai 9% dengan

efisiensi termal sistem tertinggi yaitu 1,4%. Pada

kondisi tersebut, sistem ORC menerima input

brine dengan kondisi tekanan sekitar 1 bar.g dan

temperatur sekitar 120 °C. Dari hasil pengujian

turbin ini terlihat bahwa sistem ORC mampu

untuk menghasilkan uap n-pentane dari input

brine dengan baik. Hasil analisis menunjukkan

bahwa fenomena turunnya putaran dan daya

turbin ketika tekanan uap n-pentane naik adalah

akibat adanya permasalahan di mechanical seal

turbin, sehingga perlu dilakukan modifikasi,

perbaikan, atau pergantian mechanical seal turbin

pada penelitian/pengujian selanjutnya.

KESIMPULAN DAN SARAN

Sistem ORC Dieng hasil pengembangan

P3tek KEBTKE sudah mampu menghasilkan

listrik dengan daya keluaran maksimum sebesar

3,6 kW meskipun belum kontinu. Kontinuitas

input brine sangat dipengaruhi oleh operasional

sumur di PAD 29A PT. Geodipa Energi, sehingga

mempengaruhi kinerja dari sistem ORC Dieng.

Putaran pompa n-pentane harus dipercepat ketika

laju alir brine yang masuk ke sistem meningkat,

dan harus diperlambat ketika laju alir brine

menurun. Turbin mulai berputar pada tekanan

inlet turbin (Pit) = 4,9 bar.g. Efisiensi turbin

tertinggi adalah 9% dan efisiensi termal sistem

tertinggi adalah 1,4% pada beban 1300 W dengan

daya termal 15,4 kW. Kondisi ini tercapai pada


10

tekanan dan temperatur brine sekitar 1 bar.g dan

120 °C.

Untuk mengoptimalkan kinerja sistem,

beberapa hal yang perlu dilakukan, diantaranya:

pemasangan level indicator transmitter n-

pentane pada sisi evaporator dan kondenser yang

terkoneksi dengan sistem kontrol, sehingga

kinerja pompa n-pentane dapat diatur secara

otomatis melalui inverter motor pompa n-

pentane. Perlu modifikasi ataupun penggantian

mechanical seal sehingga penurunan putaran saat

tekanan n-pentane naik dapat dihilangkan agar

dapat mencapai putaran dan daya turbin yang

diinginkan. Selain itu perlu dipertimbangkan

skenario penambahan sirkulasi tambahan dan heat

exhanger pada sisi inlet brine untuk mendapatkan

panas yang kontinu.

UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada

Kementerian ESDM untuk dana penelitian TA

2016, PT. Geodipa Energi Dieng yang telah

memberi fasilitas sumur untuk pengujian sistem

ORC P3tek KEBTKE, dan Bapak Ridho beserta

tim sebagai teknisi lokal ORC P3tek KEBTKE di

Dieng.

DAFTAR PUSTAKA

[1] B. S. Review, "Energy Demand by Fuel,"

2017.

[2] "PERATURAN PRESIDEN REPUBLIK

INDONESIA NOMOR 5 TAHUN 2006

KEBIJAKAN ENERGI NASIONAL," ed,

2006.

[3] A. Fauzi, "Revision of Geothermal

Resources Classification in Indonesia Based

on Type of Potential Power Generation," in

Proceedings World Geothermal Congress,

Melboourne, Australia, 2015.

[4] D. J. E. B. T. d. K. E. (EBTKE), Buku Potensi

Panas Bumi. Jakarta: Kementerian Energi

dan Sumber Daya Mineral, 2016.

[5] G. Pikra, N. Rohmah, R. I. Pramana, and A.

J. Purwanto, "The Electricity Power Potency

Estimation from Hot Spring in Indonesia

with Temperatur 70-80°C Using Organic

Rankine Cycle," Energy Procedia, vol. 68,

pp. 12-21, 2015.

[6] N. Prasetya, D. E. Umra Lubis, D. Raharjo,

N. M. Saptadji, and H. B. Pratama, "Smart

geo-energy village development by using

cascade direct use of geothermal energy in

Bonjol, West Sumatera," IOP Conference

Series: Earth and Environmental Science,

vol. 103, p. 012004, 2017.

[7] H. Zhai, Q. An, L. Shi, V. Lemort, and S.

Quoilin, "Categorization and analysis of heat

sources for organic Rankine cycle systems,"

Renewable and Sustainable Energy Reviews,

vol. 64, pp. 790-805, 2016.

[8] J. Hærvig, K. Sørensen, and T. J. Condra,

"Guidelines for optimal selection of working

fluid for an organic Rankine cycle in relation

to waste heat recovery," Energy, vol. 96, pp.

592-602, 2016.

[9] P. Garg, G. M. Karthik, P. Kumar, and P.

Kumar, "Development of a generic tool to

design scroll expanders for ORC

applications," Applied Thermal Engineering,

vol. 109, pp. 878-888, 2016.

[10] Y. Cao, Y. Gao, Y. Zheng, and Y. Dai,

"Optimum design and thermodynamic


11

analysis of a gas turbine and ORC combined

cycle with recuperators," Energy Conversion

and Management, vol. 116, pp. 32-41, 2016.

[11] A. A. Shayesteh, O. Koohshekan, A.

Ghasemi, M. Nemati, and H. Mokhtari,

"Determination of the ORC-RO system

optimum parameters based on 4E analysis;

Water–Energy-Environment nexus," Energy

Conversion and Management, vol. 183, pp.

772-790, 2019.

[12] X. Yang, J. Xu, Z. Miao, J. Zou, and C. Yu,

"Operation of an organic Rankine cycle

dependent on pumping flow rates and

expander torques," Energy, vol. 90, pp. 864-

878, 2015.

[13] S.-C. Yang, T.-C. Hung, Y.-Q. Feng, C.-J.

Wu, K.-W. Wong, and K.-C. Huang,

"Experimental investigation on a 3 kW

organic Rankine cycle for low-grade waste

heat under different operation parameters,"

Applied Thermal Engineering, vol. 113, pp.

756-764, 2017.

[14] Zheng Miao, Jinliang Xu, Xufei Yang, and J.

Zou, "Operation and performance of a low

temperatur organic Rankine cycle," Applied

Thermal Engineering 7, vol. 75, pp. 1065-

1075, 2015


12

HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN

KARAKTERISTIK OPERASI SISTEM ORC DI SUMUR PAD 29A PT ...

Documents