Home >Documents >PENGEMBANGAN BINARY CYCLE PADA ORGANIC RANKINE .PENGEMBANGAN BINARY CYCLE PADA ORGANIC RANKINE CYCLE

PENGEMBANGAN BINARY CYCLE PADA ORGANIC RANKINE .PENGEMBANGAN BINARY CYCLE PADA ORGANIC RANKINE CYCLE

Date post:17-Sep-2018
Category:
View:215 times
Download:3 times
Share this document with a friend
Transcript:
  • 1

    PENGEMBANGAN BINARY CYCLE PADA ORGANIC RANKINE CYCLE

    (ORC) DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI SURYA SEBAGAI SUMBER

    PANAS

    Teguh Wibowo

    Staff Pengajar Program Studi Teknik AeronautikaJurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bandung

    Jl. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga, Bandung 40162Telp: (62) (22) 2013 789 ext. 267, Fax: (62) (22) 2013 889

    Abstrak

    Pembangkit ORC (Organic Rankine Cycle) merupakan teknologi yang secara ekonomis sangat menarik. Dalamhal ini dilakukan dengan mengkombinasikan sistem surya dan pembangkit listrik yang ada saat ini. ORCadalah teknologi yang mengacu pada tahapan-tahapan yang ada pada siklus rankine, hanya saja menggunakanfluida kerja organic sebagai pengganti air. Teknologi tersebut dikembangkan untuk pembangkit listrik dengankapasitas nominal 6,6 kW. Melalui konversi dan penggabungan antara teknik fotovoltaik(pembangkit listriktenaga surya) dengan pembangkit listrik Organic Rankine Cycle ditargetkan agar energi listrik yangdihasilkannya dapat dimanfaatkan oleh para pemakai didaerah terpencil. Mengetahui karakteristikpancaran/radiasi sumber matahari di beberapa titik lokasi diwilayah Indonesia pada cuaca cerah selama 13 jamantara jam 05.50 sampai dengan jam 18.20 dan memperoleh parameter dari masing-masing komponenpembangkit. Penelitian diproyeksikan wilayah Kupang, rumusan masing-masing parameter (korelasi antarabesarnya radius dengan tingginya temperatur yang dihasilkan) termasuk terhadap posisi surya, konsep termalstorage diaplikasikan untuk mengantisipasi efisiensi temperatur. Mengintegrasikan setiap komponenpembangkit sesuai spesifikasi produk yang tersedia dipasaran, selanjutnya mensimulasikan keseluruhan sistempembangkit pada berbagai kondisi operasi dan mendapatkan kinerja optimum yang mungkin dapat dicapai.Menghitung beban daya maksimum yang dapat dilayani oleh pembangkit dengan memvariasikan beberapaparameter masukan pada komponen, yang dapat menunjang terwujudnya kinerja pembangkit yang optimum.

    Kata kunci: Pembangkit siklus biner, pompa hermetic, tangki penyimpanan spiral-jacketed, katuppereduksi tekanan.

    I. PENDAHULUAN

    Energi listrik merupakan salah satu energi yangbanyak digunakan saat ini. Perkembanganteknologi dan ilmu pengetahuan telah mendorongpemanfaatan energi tersebut pada semua aspekkehidupan manusia, baik untuk keperluan industri,rumah tangga maupun untuk keperluanperkantoran. Selama ini sumber energi listrikbanyak didapatkan dari hasil konversi energi fosilseperti minyak bumi, batu bara dan gas. Jumlahenergi fosil ini makin lama semakin berkurang danmengingat biaya produksi semakin hari semakinmahal maka kecenderungan harga satuan listrik perkWh-nya terus naik, sehingga perlu dicarikansumber energi alternatif untuk membangkitkanenergi listrik tersebut. Sumber energi terbarukan,seperti tenaga angin, tenaga surya, tenaga ombak,

    mikrohidro dan biomassa merupakan sumberenergi alternatif untuk pembangkit listrik di masadepan.

    Energi surya adalah salah satu sumber energiterbarukan yang banyak digunakan secara luasdalam aplikasi skala kecil dan menjanjikan untukdilakukan penelitian dan pengembangan dalamskala besar. Sementara, ditinjau dari sistemperalatan yang sederhana dan besarnya manfaatyang akan diperoleh , maka dengan kemajuanteknologi yang ada saat ini sistem surya dapatdibuat dengan harga yang relatif lebih murah.Pembangkit listrik tenaga surya, baik secaralangsung maupun tidak langsung dapat bekerjadengan cara merubah radiasi matahari menjadilistrik. Diantara manfaat positif dari pembangkit

  • 2

    listrik tenaga surya ini adalah bebas dari polusilingkungan.

    Ditinjau dari kondisi geografisnya, Indonesiamempunyai rata-rata harian radiasi mataharisebesar 14,389 kWh/m2 yang secara akumulatifbila seluruh potensi di Indonesia dimanfaatkanakan mencapai 1,036 x 109 MW denganmemperhitungkan luas daratan Indonesia 2 jutakm2. Kapasitas terpasang sistem surya sampai saatini (tahun 2011) sebesar 13 MW (hanya 2MWyang disuplai oleh PLN), masih sangat relatif kecilbila dibandingkan dengan potensi yang tersedia.

    Dalam penelitian ini, seluruh peralatan sistem suryadipilih dari produk yang sudah ada dipasarandengan terlebih dulu melakukan kajian teknisterhadap sistem pembangkit yang aplikasinyasesuai dengan yang direncanakan. Sistempembangkit dilengkapi dengan Inverter yangberfungsi untuk merubah tegangan dc menjaditegangan ac sehingga dapat dikoneksikan dengangrid satu fasa.

    Kendala yang dihadapi dalam penelitian ini,dirumuskan sebagai berikut:1. Mendapatkan bentuk reflektor surya yang

    optimum, untuk mencapai target temperaturyang diinginkan, dengan menggunakanspesifikasi komponen yang telah dipilih darisistem surya yang ada dipasaran. Selanjutnya,energi panas yang dihasilkan tersebut digunakansebagai masukan pada penukar kalor untukmensuplai uap panas pada turbine sesuai denganlaju aliran massa yang diperlukan.

    2. Menjaga kapasitas panas yang dihasilkan olehsistem surya agar diperoleh kontinyuitas aliranpanas sesuai dengan parameter penukar kaloryang digunakan.

    3. Kesulitan dalam menentukan jenis besaranmasukan yang akan digunakan dalampenghitungan untuk mencapai target dayaoutput yang diinginkan.Di akhir penelitian ini target yang ingin dicapai

    adalah melakukan kajian dan perancangan awalsebuah pembangkit (ORC) agar mendapatkankeluaran daya listrik maksimum pada generatorsebesar 6,6 kVA dan mensimulasikan sistempembangkit secara keseluruhan pada beberapakondisi pengoperasian. Mendapatkan parameterdari masing-masing komponen pembangkit denganmempertimbangkan besaran masukan yang tersediadan kapasitas keluaran yang diinginkan.

    II. METODOLOGI PENELITIAN2.1 Menentukan ParameterParameter rancangan dimulai dengan mendapatbesarnya radiasi sinar matahari yang biasa diterimaoleh masing-masing wilayah diseluruh Indonesia(sejumlah 36 wilayah) dan untuk mendapatkanradiasi tersebut, penghitungan dilaksanakan denganmenggunakan perangkat lunak / penghitungMETEO dengan jaringan terhubung.

    Penghitungan Perangkat lunak tersebutmempersyaratkan beberapa parameter masukanseperti: ketinggian wilayah diatas permukaan airlaut, kelembaban relative, latitude dan beberapaparameter lain seperti ditunjukkan pada gambar 1.dibawah ini.

    Location KupangLatitude dec. degconversion tool) -10.1843Longitude dec. degconversion tool) 123.5948Day: 5Month: JanuaryAltitude (m): 122Visibility (km): 50Temperature 0C: 28RH (0 100): 86.5Ozone thickness: 0.260Albedo ground (0 1): 0.17Time zone (time zone map): -8.2397

    SlopeOrientation (0 360): 270Tilt (0 90): 30

    Gambar 1. Panel masukan untuk menghitung Irradiasi wilayah Kupang

  • Data tentang parameter tersebut diperoleh dariwebsite milik BMKG (Badan Meteorologi

    Gambar 2. Grafik Irradiasi matahari wilayah Kupang hasil penghitungan

    Tabel 1.. Data parameter wilayah Kupang hasil penghitungan

    a. Data Radiasi

    Gambar

    Gambar 4

    3

    Data tentang parameter tersebut diperoleh dariwebsite milik BMKG (Badan Meteorologi

    Klimatisasi dan Geofisikan) Indonesia dan datatersebut diambil dari tanggal 15 Maret sampaidengan 22 April 2011.

    Grafik Irradiasi matahari wilayah Kupang hasil penghitungan menggunakan METEO

    Data parameter wilayah Kupang hasil penghitungan menggunakan METEO

    Declination -22.680

    Sun-Earth r2 1.0351Surface azimuth 270Surface Slope 30Total power per m2 7.19 kWh

    Gambar 3. Grafik radiasi 36 wilayah di Indonesia

    4. Grafik total radiasi harian wilayah Kupang

    Klimatisasi dan Geofisikan) Indonesia dan datatersebut diambil dari tanggal 15 Maret sampai

    menggunakan METEO

    menggunakan METEO

  • 4

    2.3 Merancang Reflektor

    Data radiasi hasil penghitungan menggunakanperangkat lunak METEO dan data hasil yangdiperoleh dari simulasi pembangkit menggunakanperangkat lunak Cycle Tempo selanjutnyadigunakan untuk menghitung luasan kolektor suryayang diperlukan. Selanjut dilakukan prosesperancangan mekanik.

    III. HASIL DAN PEMBAHASAN3.1 Analisis Pembangkit

    Dari hasil simulasi pembangkit (seperti yang terterapada gambar 5. Dibawah ini) dapat diketahuibahwa komponen nomor 37 (sink/source)mempersyaratkan, bahwa target daya 6,6 kW akandapat dicapai bila fluida yang keluar darikomponen tersebut harus mempunyai parameter :temperature (T) 1630C; tekanan (p) 6 bar; enthalpy(h) 2766,33 kJ/kg dan laju aliran massa () sebesar 0,025 kgs.

    Gambar 5. Diagram sistem pembangkit sebelum dimodifikasi

    Selanjutnya komponen nomor 10 (heatexchanger) akan dapat memproduksi uap padatemperature (T) 1400C; tekanan (p) 7 bar; enthalpy(h) 200,57 kJ/kg dan laju aliran massa () sebesar

    0,0308 kgs. Sehingga peningkatan tekanan dan lajualiran massa akan mampu memutar turbine padaminimum torsi yang dipersyaratkan.

  • 5

    Gambar 6. Diagram sistem pembangkit setelah dimodifikasi

    Permasalahan baru yang dapat diketahui dari hasilsimulasi pada gambar 5. tersebut adalah, bahwapembangkit akan membuang limbah panas sebesar6,36 0C (33,36 0C - 27 0C) kealam bebas (sepertiyang diperlihatkan pada komponen nomor 1(heatsink) dan hal tersebut akan melanggarperaturan pemerintah tentang pelestarianlingkungan hidup.

    Untuk menanggulangi permasalahan tersebut,selanjutnya dilakukan kajian terhadapkemungkinan penggunaan A.C.H.E.(Air CooledHeat Exchanger). Dari hasil kajian, denganmenggunakan teknik pendinginan / kondensasi air,diperoleh keluaran berupa spesifikasi A C HE,namun demikian untuk penggunaanA.C.H.E.masih perlu pertimbangan lebih lanjut,mengingat dianggap kurang optimum dibanding

    nilai temperatur yang akan diturunkan. Sehinggagambar 6. merupakan modifikasi dari simulasisistem pembangkit sebelumnya (gambar 5.).

    Modifikasi dilakukan pada komponen nomor10 (heat exchanger) dan komponen nomor 37(sink/source) terutama dengan menurunkantemperature dan enthalpy uap serta menambah