Monday, October 15, 2012

Fasilitas Lapangan Uap Pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi


Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) atau pembangkit listrik geothermal memiliki dua sistem utama, yaitu: sistem di atas permukaan tanah (surface system) dan sistem di bawah permukaan tanah (subsurface system). Sistem di atas permukaan tanah dikenal sebagai Steamfield Above Ground System (SAGS). Di sisi lain, sistem di bawah permukaan tanah berhubungan dengan reservoir gethermal itu sendiri. Reservoir ini menyuplai uap ke sistem di atas permukaan tanah.

Fasilitas lapangan uap merupakan bagian dari Steamfield Above Ground System (SAGS). Fasilitas ini terbentang mulai dari kepala sumur produksi hingga ke rumah turbin dan berakhir di sumur injeksi. Alur dari proses ini telah saya uraikan secara cukup jelas dalam tulisan saya sebelumnya yang berjudul “Sekilas Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi”. Dalam tulisan ini saya akan memperkenalkan fasilitas-fasilitas yang terlibat dalam alur proses produksi di suatu PLTP.

1. Sumur Produksi (Production Wells)
Sumur produksi merupakan fasilitas utama yang bertugas mengalirkan uap dari reservoir menuju ke permukaan tanah. Sumur produksi geothermal biasanya memiliki kedalaman sekitar 2000 hingga 2500 meter di bawah permukaan tanah. Sumur ini ada yang dibor dengan arah vertikal dan ada pula yang dibor dengan arah dan belokan tertentu (directional well). Sepanjang lubang sumur diselubungi oleh semacam pipa baja khusus yang disebut casing. Casing ini direkatkan ke formasi batuan di sampingnya dengan menggunakan semen khusus. Untuk sumur berukuran besar (big hole), diameter dari production casing biasanya 13-3/8 inch (baca: tiga belas tiga per depalan inch).

Sumur Panas Bumi (Geothermal)
Sumur Panas Bumi (Geothermal)


2. Kepala Sumur (Wellhead)
Kepala sumur merupakan peralatan yang terdiri dari serangkaian valve (katup) yang terletak tepat di atas permukaan tanah dimana lubang sumur berada di bawahnya. Rangkaian valve di kepala sumur terdiri dari: master valve, wing valve, service valve, dan bleed valve.

Kepala Sumur Pada Sumur Geothermal
Kepala Sumur Pada Sumur Geothermal

Master valve berfungsi untuk menutup atau membuka aliran dari dalam lubang sumur. Wing valve terdiri dari 2 buah valve dimana satu valve berfungsi untuk mengatur aliran menuju turbin, sedangkan yang satunya lagi dikenal juga sebagai by pass valve berfungsi untuk mengalihkan aliran ke silencer atau rock muffler ketika diperlukan. Service valve berfungsi untuk mengatur bukaan tempat masuknya peralatan logging pada saat dilakukan uji sumur (well test). Bleed valve berfungsi untuk melepaskan aliran dengan laju alir sangat kecil sewaktu master valve dalam kondisi tertutup penuh. Dengan dibukanya bleed valve maka terbentuknya akumulasi NCG (non condensible gas) di sekitar kepala sumur dapat dihindari. NCG menjadi sangat berbahaya ketika terhirup oleh manusia.

Pada kondisi tertentu, aliran fluida menuju turbin harus dihentikan untuk sementara waktu dan by pass valve mesti diaktifkan untuk mengalihkan aliran yang ada. Jika aliran yang sedang dialihkan ini disemburkan secara langsung ke udara maka akan menimbulkan kebisingan yang luar biasa dan mampu merusak pendengaran. Untuk meredam kebisingan tersebut, maka digunakan silencer. Bentuk fisik dari silencer adalah berupa tabung tinggi besar yang terbuka ke atas. Karena gaya gravitasi, fraksi uap dari fluida akan menguap ke bagian atas silencer sedangkan fraksi air akan jatuh ke bagian dasar. Oleh karena itu, pada bagian dasar silencer terdapat saluran untuk water outlet  yang selanjutnya akan mengalirkan fraksi air tersebut menuju kolam penampungan atau thermal pond.

Silencer Beserta Thermal Pond Di Lapangan Geothermal
Silencer Beserta Thermal Pond Di Lapangan Geothermal

Rock muffler adalah silencer khusus yang digunakan jika aliran fluida yang sedang dialihkan berupa uap kering. Bentuk fisik dari rock muffler yaitu berupa lubang yang diisi oleh susunan pecahan-pecahan batuan yang beraneka ragam. Sebagai contoh, lapangan Kamojang menggunakan rock muffler karena fluida produksinya adalah uap kering.

Rock Muffler Di Lapangan Geothermal
Rock Muffler Di Lapangan Geothermal


3. Wellpad
Wellpad merupakan area terbatas di atas permukaan tanah sebagai tempat untuk meletakkan beberapa kepala sumur. Biasanya satu wellpad terdiri 3 hingga 5 kepala sumur, namun tidak tertutup kemungkinan untuk lebih dari itu.

Wellpad Di Lapangan Kamojang
Wellpad Di Lapangan Kamojang


4. Pipa Alir
Fungsi utama dari pipa alir adalah mengalirkan fluida (dua fasa) dari kepala sumur menuju separator, mengalirkan uap kering dari separator menuju turbin, mengalirkan air hasil pemisahan (brine) dari separator menuju sumur injeksi, dan mengalirkan condensate water menuju sumur injeksi. Sehingga, pipa alir terdiri dari pipa alir dua fasa, pipa alir uap, pipa alir brine, dan pipa alir kondensat. Ciri khas dari pipa alir uap adalah diameternya yang lebih besar dibandingkan dengan pipa alir lain karena volume spesifik dari uap yang jauh lebih besar dibandingkan dengan volume spesifik dari air atau brine.

Pipa Alir Di Lapangan Geothermal
Pipa Alir Di Lapangan Geothermal

Pipa alir umumnya diselubungi oleh insulator khusus. Tujuan utama dari pemakaian insulator adalah meminimalisir kehilangan panas (heat losses) yang terjadi di sepanjang pipa alir terutama pada pipa alir yang terbentang dari kepala sumur hingga ke turbin. Tujuan lain dari pemakaian selubung insulator ini adalah agar pipa tidak panas ketika tersentuh baik oleh manusia maupun hewan sekitar.

5. Steam Receiving Header
Steam receiving header adalah stasiun pengumpul uap dari beberapa sumur produksi sebelum uap tersebut dialirkan menuju turbin.

6. Separator dan Demister
Separator adalah tempat untuk memisahkan uap dari air atau tempat untuk memisahkan uap dari partikel padat dan mist. Bentuk fisik dari separator dan gaya gravitasi yang bekerja memungkinkan uap bergerak ke atas dan air beserta partikel padat jatuh ke bawah. Dengan cara ini, maka uap akan terpisahkan dari air dan partikel padat. Uap selanjutnya masuk ke pipa alir uap dan air beserta partikel padat selanjutnya masuk ke pipa alir brine.

Separator Di Lapangan Geothermal
Separator Di Lapangan Geothermal

Demister adalah peralatan yang berfungsi untuk menangkap butiran-butiran air yang masih terkandung di dalam uap sesaat sebelum uap tersebut memasuki turbin. Sehingga demister biasanya dipasang tidak jauh dari turbin.

7. Condensate Traps
Condensate traps atau pembuang kondensat berfungsi untuk membuang kondensat yang terbentuk di sepanjang pipa alir uap. Condensate traps biasanya di pasang dengan interval tertentu di sepanjang pipa alir uap tersebut. Dengan adanya condensate traps, diharapkan uap yang masuk ke turbin sudah benar-benar kering.

8. Scrubber
Kadang di suatu lapangan tidak terdapat condensate traps di sepanjang pipa alir uap. Peran condensate traps digantikan oleh scrubber. Bentuk fisik dari scrubber menyerupai separator dan di pasang dekat dengan turbin. Fungsi dari scrubber adalah membuang kondensat yang terbentuk sebelum uap memasuki turbin.

Scrubber
Scrubber


9. Turbin Generator
Pada pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP), turbin akan mengkonversi energi termal dari uap menjadi energi mekanis. Generator selanjutnya akan mengubah energi mekanis ini menjadi energi listrik.

Generator memiliki dua komponen mekanis penting yaitu rotor dan stator. Di bagian rotor terletak magnet permanen dan di bagian stator terletak konduktor. Sepanjang terdapat gerak relatif antara medan magnet dengan konduktor atau sebaliknya, maka tegangan akan diinduksikan di dalam konduktor. Oleh karena itu, agar tercipta beda tegangan di antara ujung-ujung konduktor pada stator, maka rotor harus selalu bergerak sehingga terjadi perubahan fluks gaya magnet yang memotong konduktor. Di sinilah peran dari turbin sebagai penggerak utama (prime mover) bagi rotor. Jika rotor dua kutub diputar oleh turbin dengan kecepatan rotasi 3000 putaran per menit maka akan dihasilkan listrik dengan frekuensi 50 Hertz. Frekuensi ini sesuai dengan sistem kelistrikan di Indonesia yang digunakan oleh PLN. Negara lain, misalnya Amerika Serikat, menggunakan listrik berfrekuensi 60 Hertz.

Turbin Generator
Turbin Generator


10. Kondensor
Kondensor adalah alat yang berfungsi untuk menciptakan kondisi vakum ketika uap keluar dari turbin. Besarnya daya listrik yang dihasilkan oleh PLTP sebanding dengan selisih antara tekanan masuk turbin dan tekanan keluar turbin. Sehingga jika kondisi keluar turbin dapat dipertahankan vakum maka selisih tekanan tersebut akan maksimal dan daya listrik yang dihasilkan bisa optimal.

Fluida yang telah keluar dari turbin selanjutnya akan memasuki kondensor dengan fraksi uap sekitar 80%. Sebagai mana diketahui, volume spesifik dari uap bisa beribu-ribu kali lebih besar dibandingkan dengan air. Sebagai contoh, pada temperatur 40 derajat Celcius, 1 kg air dapat ditampung dalam wadah sebesar 1 liter, sementara 1 kg uap mesti ditampung dalam wadah sebesar 19517 liter. Sehingga andaikan uap 1 kg yang mengisi penuh ruang volume 19517 liter tersebut dikondensasikan menjadi air, maka ruang volume yang besar tersebut akan tiba-tiba kosong karena hanya akan terisi oleh 1 liter air saja, dengan kata lain hanya 0.005% saja dari ruang volume tersebut yang berisi, sisanya kosong. Prinsip inilah yang digunakan untuk menciptakan ruang vakum di dalam kondensor.

Fluida dominasi uap yang memasuki kondesor akan dikondensasikan sepenuhnya menjadi air sehingga tidak ada ruang yang terisi oleh uap dan kondisi yang mendekati vakum dapat tercipta. Air kondensat selanjutnya dikeluarkan dari kondensor dan dipompakan menuju menara pendingin untuk diturunkan temperaturnya.

11. Sistem Pembuang Gas (Gas Removal System/GRS)
Sistem pembuang gas atau dikenal sebagai gas removal system / GRS berfungsi untuk membuang gas-gas yang tidak bisa terkondensasi (non condensible gas / NCG) keluar dari kondensor. Adanya NCG di dalam kondensor akan menyebabkan kondisi vakum tidak tercapai dengan optimal. Hal ini dapat menyebabkan penurunan kinerja dari pembangkit.

12. Main Cooling Water Pump
Main cooling water pump adalah pompa yang bertugas untuk memompakan air kondensat dari kondensor menuju ke menara pendingin.

13. Menara Pendingin (Cooling Tower)
Fungsi dari menara pendingin adalah menurunkan temperatur air kondensat yang keluar dari kondensor. Air kondensat yang telah diturunkan temperaturnya ini sebagian akan dikembalikan ke kondensor untuk mengkondensasikan fluida berikutnya dan sebagian lagi akan dialirkan ke sumur injeksi untuk dikembalikan ke dalam perut bumi.

Menara pendingin terdiri dari dua jenis, yaitu: mechanical draft cooling tower dan natural draught cooling tower. Pada mechanical draft cooling tower, air panas dari kondensor disemprotkan pada struktur kayu berlapis yang disebut fill. Udara dilewatkan pada bagian bawah fill dan air jatuh dari bagian atas fill. Ketika air mengalir melewati rangkaian fill tersebut, maka perpindahan panas akan terjadi dari air ke udara. Ciri khas dari menara pendingin jenis ini adalah terdapatnya kipas angin (fan) di bagian atas menara yang kecepatannya dapat diatur sesuai dengan kondisi udara luar dan beban dari turbin. Fungsi dari fan ini adalah mengatur aliran udara pendingin.

Mechanical Draft Cooling Tower
Mechanical Draft Cooling Tower

Natural draught cooling tower adalah menara pendingin yang bekerja dengan prinsip hampir sama dengan mechanical draft cooling tower, hanya saja aliran udara pendingin pada natural draught cooling tower tidak  berasal dari fan. Aliran udara pendingin pada menara pendingin jenis ini terjadi sebagai akibat dari bentuk fisik menara yang berbentuk corong tinggi terbuka ke atas. Saat ini mechanical draft cooling tower lebih umum digunakan dibandingkan natural draught cooling tower.

14. Sumur Injeksi (Injection Wells)
Sumur injeksi adalah sumur yang digunakan untuk mengalirkan air hasil pemisahan dan air kondensat kembali ke dalam perut bumi. Sumur ini biasanya diletakkan pada topografi yang relatif lebih rendah sehingga tidak diperlukan pompa untuk mengalirkan fluida tersebut menuju ke wellpad sumur injeksi.

15. Switchyard
Switchyard adalah bagian dari gardu induk terbuka yang dijadikan sebagai tempat untuk meletakkan peralatan listrik berupa saklar-saklar pengaman, arrester, dan pemutus tegangan tinggi. Bagian-bagian dari switchyard yaitu: Current Transformer (CT), Potential Transformer (PT), Lightning Arrester (LA), Circuit Breaker (CB), Disconnecting Switch (DS), Earthing Switch (ES), Busbar, Local Control Panel.

Switchyard
Switchyard


Penulis: Robi Irsamukhti

Copyleft

Silahkan mengutip, mengkopi bahkan menge-teh, dan menyebarkan materi ini selama menyebutkan penulis dan sumbernya.

9 comments:

  1. kok datanya gak bisa di copas mas bro.

    ReplyDelete
  2. lain kali izini orang buat copy, mahasiswa butuh banyak refrensi

    ReplyDelete
    Replies
    1. Tulis ulang saja, kalau tidak 'Save as..' atau print. Mahasiswa juga harus belajar menghargai hak cipta dan karya orang lain, tidak asal copy paste saja.

      Delete
  3. Salam kenal, Saya singgih dari Surabaya. Kalo boleh tahu, data dan foto diatas didapat dari PLTP mana ya ?
    kalau kamojang kok beberapa foto berbeda dengan yang ada di sini (PLTP Kamojang). Mungkin bisa share pengalaman, agar sama-sama bisa nambah ilmu. Terimaksih.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Waalaikumsalam. Foto-foto tersebut adalah dokumentasi pribadi yang diambil di Lapangan Kamojang, Wayang Windu, dan Awibengkok - Gunung Salak.

      Delete
  4. sangat bermanfaat sekali gan (y)

    ReplyDelete

Note
Komentar akan ditampung terlebih dahulu sebelum diterbitkan.