Observasi Warga Elektro UPI di PLTP Wayang Windu II

       Saat ini panas bumi (geotermal) mulai menjadi perhatian dunia. Beberapa pembangkit listrik bertenaga panas bumi sudah dimanfaatkan di banyak negara seperti Amerika Serikat (AS), Inggris, Prancis, Italia, Swedia, Swiss,Jerman, Selandia Baru, Australia, Jepang. Bahkan, sejak 2005 AS sudah sibuk dengan riset besar mereka di bidang geotermal, yaitu Enhanced Geothermal Systems (EGS). 

     Saat harga minyak bumi melambung seperti saat ini, panas bumi menjadi salah satu energi alternatif yang tepat bagi pembangkit listrik di Indonesia. Panas bumi di Indonesia mudah didapat secara kontinu dalam jumlah besar,tidak terpengaruh cuaca, dan jauh lebih murah biaya produksinya daripada minyak bumi atau batu bara. Untuk menghasilkan 330 megawatt (MW), pembangkit listrik berbahan dasar minyak bumi, memerlukan 105 juta barel minyak bumi, sementara pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP) hanya mengolah sumber  panas yang tersimpan di reservoir perut bumi. Berdasarkan data Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) Republik Indonesia, Kita memiliki potensi energi panas bumi sebesar 27.000 MW yang tersebar di 253 lokasi atau mencapai 40% dari cadangan panas bumi dunia. Dengan kata yang lebih ekstrim, kita merupakan negara dengan sumber energi panas bumi terbesar di Dunia. Namun, hanya sekitar kurang dari 4 % yang baru dimanfaatkan. 

       Sedikit ulasan tentang pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP). Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi adalah Pembangkit Listrik (Power generator) yang menggunakan Panas bumi (Geothermal) sebagai energi penggeraknya. Prinsip kerja pembangkit listik tenaga panas bumi secara singkat adalah sbb: Air panas yang berasal dari steam sumur uap akan disalurkan ke Steam receiving header, kemudian oleh separator air dengan uap dipisahkan, kemudian uap akan digunakan untuk menggerakkan turbin sehingga dihasilkan listrik.

     Di Indonesia terdapat banyak PLTP yang memberi sumbangsi yang cukup untuk pemenuhan kebutuhan listrik nasional. Salah satunya adalah PLTP Wayang Windu Geothermal. Dalam tulisan ini kita akan menengok salah satu lapangan panas bumi yang sudah kami sebutkan tadi.

        Hari Jumat (14/12/2012), untuk pertama kalinya grup S1 Pendidikan Teknik Elektro UPI melakukan kunjungan ke lapangan panas bumi Wayang Windu. Lapangan panas bumi Wayang Windu atau Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) Wayang Windu berada di Kabupaten Pangalengan, Jawa Barat, yaitu sekitar 40 km ke arah selatan Kota Bandung. Terletak pada elevasi sekitar 1700 meter di atas permukaan laut pada area yang dikelilingi oleh sekitar 96 ha lahan perkebunan teh. Lapangan ini dapat dicapai dengan menggunakan kendaraan roda empat dari Kota Bandung dengan waktu tempuh normal sekitar 2-3 jam.

     Lapangan panas bumi Wayang Windu merupakan satu (1) dari lima (5) lapangan panas bumi yang beroperasi di Pulau Jawa pada tahun 2012. Empat lapangan lainnya adalah lapangan panas bumi Awibengkok – Gunung Salak, lapangan Darajat, lapangan Kamojang, dan lapangan Dieng. Lapangan panas bumi Wayang Windu merupakan WKP milik Pertamina dan saat ini dioperasikan oleh Perusahaan Star Energy Geothermal Wayang Windu.

         Pada tahun 2012, lapangan panas bumi Wayang Windu memiliki dua unit PLTP dengan kapasitas total 227 megawatt (MW) yang terhubung ke jaringan interkoneksi Jawa Bali. PLTP Unit 1 memiliki kapasitas 110 MW dan PLTP Unit 2 memiliki kapasitas 117 MW. Menurut pihak Wayang Windu, pada tahun 2012 Unit 1 disuplai oleh 13 sumur produksi dan Unit 2 disuplai oleh 6 sumur produksi dan total kedua unit ini dilayani oleh 5 sumur injeksi.

       Pada foto di samping terlihat pembangkit beserta jaringan pipa alir uap dari lapangan panas bumi Wayang Windu. Kabut putih yang terlihat di sekitar pembangkit pada foto di atas bukanlah asap, melainkan uap air yang menguap dari menara pendingin (Cooling Tower).

      Reservoir lapangan panas bumi Wayang Windu memiliki karakteristik yang khas. Bagian selatan dari lapangan ini merupakan jenis reservoir dominasi air (hot water dominated). Namun semakin ke utara, fraksi uap di dalam reservoir semakin meningkat dan cenderung menjadi steam dominated. Temperatur reservoir adalah sekitar 260-325 derajat Celcius yang ditemukan pada kedalaman 1300 meter hingga 2500 meter.

     Di lapangan Wayang Windu ini ditemukan beberapa manifestasi yang menunjukkan adanya sistem panas bumi di bawah permukaan, seperti: mata air panas, fumarola, steaming ground atau tanah beruap. Manifestasi ini umumnya keluar melalui struktur geologi yang memiliki rekahan-rekahan terbuka. Karena berasal dari reservoir, karakteristik kimia dari manifestasi ini umumnya memiliki korelasi kuat dengan karakteristik reservoir. Namun demikian, karena adanya kemungkinan pencampuran (dilution) dengan air tanah dan kondisi sekitarnya, maka tak jarang pula manifestasi yang keluar tidak bisa lagi mewakili karakteristik reservoir dengan baik.
       Berikut adalah Video Dokumenter saat mahasiswa elektro UPI sedang melakukan Observasi di PLTP Wayang Windu :

Dan berikut ulasan lebih rinci tentang PLTP wayang windu hasil observasi tadi :

ISI

1.        Pengertian Energi Panas Bumi 

Energi merupakan sesuatu pengertian yang tidak mudah didefinisikan dengan singkat dan tepat.Energi yang bersifat abstrak yang sukar dibuktikan, tetapi dapat dirasakan adanya.Energi atau yang sering disebut tenaga, adalah suatu pengertian yang sering sekali digunakan orang.Kita sering mendengar istilah krisis energi yang bermakna untuk menunjukkan krisis bahan bakar (terutama minyak).Energi dalam pengetahuan teknologi dan fisika dapat diartikan sebagai kemampuan melakukan kerja.Energi di dalam alam adalah suatu besaran yang kekal (hukum termodinamika pertama). Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat dikonversikan/berubah dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain, misalnya pada kompor di dapur, energi yang tersimpan dalam minyak tanah diubah menjadi api. Selanjutnya jika api digunakan untuk memanaskan air dalam panci, energi berubah bentuk lagi menjadi gerak molekul-molekul air. Perubahan bentuk energi ini disebut konversi

Energi panas bumi adalah energi yang diekstraksi dari panas yang tersimpan di dalam bumi. Energi panas bumi ini berasal dari aktivitas tektonik di dalam bumi yang terjadi sejak planet ini diciptakan. Panas ini juga berasal dari panas matahari yang diserap oleh permukaan bumi. Energi panas bumi cukup ekonomis dan ramah lingkungan, namun terbatas hanya pada dekat area perbatasan lapisan tektonik.

Pembangkit listrik tenaga panas bumi hanya dapat dibangun di sekitar lempeng tektonik di mana temperatur tinggi dari sumber panas bumi tersedia di dekat permukaan. Pengembangan dan penyempurnaan dalam teknologi pengeboran dan ekstraksi telah memperluas jangkauan pembangunan pembangkit listrik tenaga panas bumi dari lempeng tektonik terdekat. Efisiensi termal dari pembangkit listrik tenaga panas bumi cenderung rendah karena fluida panas bumi berada pada temperatur yang lebih rendah dibandingkan dengan uap atau air mendidih. Berdasarkan hukum termodinamika, rendahnya temperatur membatasi efisiensi dari mesin kalor dalam mengambil energi selama menghasilkan listrik. Sisa panas terbuang, kecuali jika bisa dimanfaatkan secara lokal dan langsung, misalnya untuk pemanas ruangan. Efisiensi sistem tidak memengaruhi biaya operasional seperti pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil.

2.        Pembangkit Listri Tenaga Panas Bumi (PLTP)

Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi adalah pembangkitan listrik dengan panas bumi dilakukan dengan mengebor tanah di daerah berpotensi panas bumi untuk membuat lubang gas panas yang akan di manfaatkan untukmemanaskan ketel uap (boiler)sehingga uapnya bisa menggerakan turbin uap yang tersambung ke generator, untuk panas bumi bertekanan tinggi,dapat langsung memutar turbin generator,setelah uap yang keluar di bersihkan dahulu.

3.        Prinsip Kerja PLTP 

Sesungguhnya prinsip kerja PLTP sama saja dengan PLTU. Hanya saja yang digunakan pada PLTP adalah uap panas bumi yang telah dipisahkan dari air, yang berasal langsung dari perut bumi. Karena itu PLTP biasanya dibangun di daerah pegunungan dekat gunung berapi. Biaya operasional PLTP juga lebih murah dibandingkan dengan PLTU, karena tidak perlu membeli bahan bakar, namun membutuhkan biaya investasi yang cukup besar untuk biaya eksplorasi dan pengeboran perut bumi.

Uap panas bumi didapatkan dari suatu kantong uap di perut bumi. Tepatnya di atas lapisan batuan yang keras di atas magma dan mendapatkan air dari lapisan humus di bawah hutan penahan air hujan. Pengeboran dilakukan di atas permukaan kantong uap tersebut, hingga uap dalam akan menyembur keluar. Semburan uap dialirkan ke turbin penggerak generator. Namun ada dampak yang tidak menguntungkan dari uap yang menyembur keluar ini. Uap yang keluar dari sumur sering mengandung berbagai unsur kimia yang terlarut dalam bahan-bahan padat sehingga uap itu tidak begitu murni. Zat-zat pengotor antara lain Fe, Cl, SiO₂, CO₂, H₂S dan NH₄. Pengotor ini akan mengurangi efisiensi PLTP, merusak sudu-sudu turbin dan mencemari lingkungan.

Setelah menggerakan turbin, uap akan diembunkan dalam kondensor menjadi air dan disuntikan kembali ke dalam perut bumi menuju kantong uap. Jumlah kandungan uap dalam kantong uap ini terbatas, karenanya daya PLTP yang sudah maupun akan dibangun harus disesuaikan dengan perkiraan jumlah kandungan tersebut. Melihat siklus dari PLTP ini maka PLTP termasuk pada pusat pembangkit yang menggunakan energi yang terbaharukan.

Pusat listrik tenaga panas bumi (PLTP) mempunyai beberapa peralatan utama sebagai berikut  :

1. Turbin uap (steam turbine).
2. Condensor (Condenser).
3. Separator. 
4. Demister.

5. Pompa-pompa.

4.        Komponen-komponen di PLTP 

Dalam PLTP terdapat komponen – komponen yang dapat memunjang terjadinya konversi energi dari panas bumi menjadi listrik apabila tidak adanya komponen-komponen tersebut maka tidak akan terjadinya konversi energi oleh karena itu komponen PLTP sangat penting peranan dalam mengahilkan sumber listrik yang di butuhkan.

A.      Kepala Sumur Katup

Pada PLTP PT. Pertamina Wayang Windu terdapat 6 sumur produksi

Disamping sumur produksi juga ada sumur injeksi Akumulasi uap dari seluruh cluster mencapai kira-kira temperatur180-190 ^oC dan tekanan sekitar 10-11 bar.Gambar 2.2 menunjukkan bentuk kepala sumur. Pada sumur dipasang beberapa katup antara lain:

a.       Service valve, untuk mengatur aliran fluida yang akan dimanfaatkan

b.      Master Valve, untuk mengisolasi sumur ketika akan dilakukan atau perawatan

c.       By pass valve, mengatur aliran fluida yang menuju silencer

d.      Blade valve, katup yang digunakan untuk menyemburkan uap ke udara dengan laju aliran yang kecil saat sumur tidak diproduksikan

Sumur Produksi    

B.       Separator dan Demister

Uap yang berasal dari sumur produksi sebelum masuk separator dan demister, diatur terlebih dahulu jumlah uap yang akan digunakan oleh control valve. Separator berfungsi untuk memisahkan zat padat yang ikut pada aliran uapdari. Separator yang digunakan berjenis cyclone dimana aliran uap diarahkan dari tengah dan berputar menimbulkan gaya sentrifugal. Karena gayabuoyancy yang kecil maka uap akan naik keatas dan air beserta zat padat terlempar ke dinding dan dibuang melalui drain. Demister berfungsi untuk memisahkan uap dari moisture-moisture air.Gambar 2.3 menunjukkan separator dan demister.

Separator dan Demister

C.      Rock Muffler

Rock muffler merupakan bangunan yang terbuka dan terdiri dari batu-batuan yang berguna untuk meredam suara dari kebisingan uap.Sejumlah uap dibuang ke atmosfir saat unit tidak beroperasi atau pada saat penurunan beban.Rock muffler juga berfungsi untuk mengontrol uap yang akan dibuang. Pada saat unit tidak beroperasi (trip) uap yang berasal dari cluster seluruhnya akan dibuang ke rock muffler, akan terlihat uap dengan kapasitas yang besar terbuang.Gambar 2.4 menunjukkan gambar rock muffler.

Rock Muffler

D.      Pompa

a.      Pompa Cooling Water

Pompa cooling water berfungsi sebagai air compressor coolers, generator coolers, lube oil coolers. Air yang dialirkan diperoleh dari water treatment.Air yang menjadi pengantara tersebut merupakan pendingin.Sehingga kerja dari peralatan dapat effeisien.Gambar 2.5 menunjukkan gambar pompa cooling water.

 

Pompa Cooling Water

b.      Hotwell pump

Merupakan pompa vertikal yang berfungsi membawa air yang terdapat pada hotwellkondenser menuju cooling tower. Beberapa bagian dari airnya juga akan masuk ke pompa turbin wash dansteam wash. Tujuan dari sistem pembersihan uap dan turbin ini adalah untuk menjaga saringan utama, turbin dan peralatan pembuangan non-condensible gas dari serpihan dan kerusakan akibat korosi. Berikut gambar hotwell pump seperti tampak pada gambar 2.6.

Hotwell pump

6.             Vaccum Pump

Merupakan pompa yang berfungsi untuk mengondisikan interkondenser dalam kondisi yang vakum supaya NCG (Non Condensable Gas) motive dan NCG yang terdapat pada kondenser dapat tertarik untuk dibuang melalui menara cooling tower sebelum dipisahkan di separator.Vaccum pump terlihat pada gambar 2.7 di bawah ini.

Vaccum Pump

E.       Cooling tower

Cooling tower berfungsi sebagai penyedia sumber air pendingin yang akandigunakan pada kondenser untuk mengondensasikan uap yang keluar dari turbin. Selain itu air di cooling tower juga berfungsi untuk mengalirkan air ke aux cooling water dan fire water.Sebagian besar air dari cooling tower disuplai dari hotwell pump da aux cooling water. Apabila level pada cooling tower berkurang maka penambahan air akan dilakukan oleh Raw Water Facility. Selain itu, pada bagian atas dari cooling water terdapat fan yang salah satu fungsinya untuk menyemburkan hasil dari gas extraction. Gambar 2.8  merupakan gambar dari cooling tower.

Cooling Tower

F.       Non Condensable Gas Removal System

Uap yang keluar dari turbin menuju kondenser terdiri dari uap air dan NCG (Non Condensable Gas).Tujuan dari sistem NCG removal system ini untuk mengantarkan gas ke bagian atas dari cooling tower dimana materi tersebut didispersikan ke udara. Metodenya adalah NCG akan terbawa ke ejector 1^st stage kemudian masuk ke dalam interkondensor untuk dikondensasi, gas yang tidak dapat dikondensasi akan terbawa lagi ke ejector 2^nd stage kemudian masuk ke dalam afterkondensor. Gas yang tidak terkondensasi dalam afterkondenserakan

dibuang ke udara lewat fan dari cooling tower.Berikut adalah gambar intercondensor dan ejector yang terlihat
pada gambar 2.9.

Adanya sejumlah gas dan udara yang tidak terkondensasi (NCG) akan mengurangi laju perpindahan panas. Pengurangan laju perpindahan panas antara uap bekas dan air pendingin akan menyebabkan penurunan vakum di dalam kondensor yang berarti mengurangi kinerjanya.

NCG atau gas yang tidak dapat terkondensasi merupakan gas yang terdiri dari beberapa substansi seperti pada tabel 2.1 di bawah ini.Gas tersebut dapat mengurangi efisiensi dari sistem pembangkit. Mengurangi dan membuang NCG dapat meningkatkan power output dari plant dan mengurangi capital cost dan biaya maintenance. Kadar NCG pada sistem PLTP di PT Pertamina Geothermal Energi Unit IV Kamojang sekitar 1.7% dari jumlah steam yang mengalir.

Tabel 2.1 Kadar Substansi NCG.

NCG in steam	Value	unit	persentage
CO2	15288	lbs/hr	97.42668145
H2S	208	lbs/hr	1.325533081
NH3	3.6	lbs/hr	0.022941919
N2	182	lbs/hr	1.159841446
H2	4.3	lbs/hr	0.027402847
CH4	5.9	lbs/hr	0.037599256
TOTAL	15691.8	lbs/hr	100

 

G.      Water Treatment System

Pada sistem ini, air dari raw waterakan masuk ke dalam 2 tank untuk diberi perlakuan khusus agar air dalam kondisi yang baik. Setelah mendapat perlakuan khusus maka air akan disimpan dalam wadah penampung. Wadah penampung ini akan menyalurkan air ke hotwell, chemical dosing (mengatur PH), untuk distribusi air penggunaan sendiri dan komponen cooling water.Gambar 2.10 di atas merupakan tempat dari water treatment.

Water Treatment dan Penampung

H.      Chemical Dosing System

Sistem ini berfungsi untuk mengatur PH air yang akan di suplai menuju raw water dan re-injeksi pump. PH yang diinginkan adalah berkisar 7 (netral).Pengaturan PH dilakukan dengan menggunakan zat basa kuat NaOH.Berikut adalah letak dari chemical dosing system terlihat pada gambar 2.11.

I.         Turbin dan Generator

Fungsi dari generator adalah untuk menghasilkan daya dengan mengonversikan energi mekanik dari turbin ke energi listrik.Generator didesain untuk menghasilkan daya yang handal dan efisien pada kondisi beban, tegangan, dan frekuensi yang dibutuhkan oleh PLN (konsumen).Sedangkan fungsi dari turbin adalah untuk menggerakkan generator dengan mengubah/mengonversi energi termal dinamik menjadi xenergi mekanik.Turbin ini didesain untuk kehandalan dan untuk beroperasi seefisien mungkin dengan kondisi energi uap seminimal mungkin.

Daya yang dihasilkan dari generator PT Pertamina Geothermal Energy kamojang unit IV berkisar 63 MWdan tegangan 11,8 kV dengan sekitar 2,2-3 MWdigunakan untuk pendukung listrik bagi peralatan yang ada di PLTP. Gambar Turbin dan Generator terlihat pada gambar 2.12.

Turbin dan Generator

J.        Kondenser

Fungsi dari kondenser adalah untuk menghasilkan tekanan balik dari turbin, besar tekanan kondenser berkisar 0.14-0.16 bara.Selain itu memiliki tujuan untuk mengondensasikan uap dan pelepasan gas non-condensable. Permukaan kondenser disediakan untuk meminimalisasi terjadinya sedimentasi dari gas non-condensible pada kondensat untuk mengantisipasi penurunan dari hidrogen sulfidayang mungkin akan dibutuhkan pada proses selanjutnya.Gambar 2.13 di bawah menunjukkan kondensor yang dipasang di PLTP IV Kamojang.

                                                Kondenser

K.      Raw Water Facility

Raw water facility adalah penampung air yang suplai airnya diperoleh dari sungai Cikaro yang ditarik oleh pompa (dilihat pada gambar 2.14). Agar PH normal, NaOH chemical dosingakan disuplai ke dalam raw water. Raw water digunakan utuk keperluan fire water pump, water treatment, cooling towermake up. Gambar 2.15 menunjukkan raw water facility overview pada single line.

Pompa Sungai Cikaro

Sebuah pusat listrik tenaga panas bumi digambarkan seperti pada gambar dibawah:

1.Uap dari sumur produksi mula-mula dialirkan ke steam receiving header yang berfungsi menjamin pasokan uap tidak akan mengalami gangguan meskipun terjadi perubahan pasokan dari sumur produksi.

2. Selanjutnya melalui flow meter dialirkan ke separator dan demister untuk memisahkan zat-zat padat, silika dan bintik-bintik air yang terbawa didalamnya. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya vibrasi, erosi, dan pembentukan kerak pada sudu dan nozzle turbine.

3. Uap yang telah bersih itu dialirkan melalui main steam valve/electric control valve/governor valve menuju ke turbine . Di dalam turbine, uap tersebut berfungsi untuk memutar double flow condensing yang dikopel dengan generator , pada kecepatan 3000 rpm. Proses ini menghasilkan energi listrik dengan arus 3 phase, frekuensi 50 Hz, dan tegangan 11,8 kV. 

4.Melalui step-up transformer , arus listrik dinaikkan tegangannya hingga 150 kV, selanjutnya dihubungkan secara paralel dengan sistem penyaluran 

5. Agar turbin bekerja secara efisien, maka exhaust steam yang keluar dari turbin harus dalam kondisi vakum (0,10 bar), dengan mengkondensasikan uap dalam condenser kontak langsung yang dipasang di bawah turbine.

6. Exhaust steam dari turbin masuk dari sisi atas condenser, kemudian terkondensasi sebagai akibat penyerapan panas oleh air pendingin yang diinjeksikan lewat spray-nozzle. 

7. Level kondensat dijaga selalu dalam kondisi normal oleh dua buah cooling water pump

8. lalu didinginkan dalam cooling water sebelum disirkulasikan kembali.

9. Untuk menjaga kevakuman condenser, gas yang tak terkondensasi harus dikeluarkan secara kontinyu oleh sistem ekstraksi gas. Gas-gas ini mengandung: CO₂ 85-90% wt; H₂S 3,5% wt; sisanya adalah N₂ dan gas-gas lainnya. Sistem ekstraksi gas terdiri atas first-stage dan second-stage sedangkan di pada PLTP yang lain dapat terdiri dari ejector dan liquid ring vacuum pump.

10. Sistem pendingin di PLTP merupakan sistem pendingin dengan sirkulasi tertutup dari air hasil kondensasi uap, dimana kelebihan kondensat yang terjadi direinjeksi ke dalam sumur reinjeksi  Prinsip penyerapan energi panas dari air yang disirkulasikan adalah dengan mengalirkan udara pendingin secara paksa dengan arah aliran tegak lurus, menggunakan 5 forced draft fan. Proses ini terjadi di dalam cooling water. Sekitar 70% uap yang terkondensasi akan hilang karena penguapan dalam cooling water, sedangkan sisanya diinjeksikan kembali ke dalam reservoir . Reinjeksi dilakukan untuk mengurangi pengaruh pencemaran lingkungan, mengurangi ground subsidence, menjaga tekanan, serta recharge water bagi reservoir. Aliran air dari reservoir disirkulasikan lagi oleh primary pump

11. Kemudian melalui after condenser dan intercondenser  dimasukkan kembali ke dalam reservoir.

Adapun sebagai pendukung pusat listrik tenaga uap ini digunakan beberapa alat bantu (auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin uap berjalan dengan baik, seperti:

1. Sistem pelumas (lube oil system).
2. Sistem pendingin (cooler system).
3. Sistem udara kontrol (air control system).
4. Sistem udara servis (air service system).
5. Sistem hidrolik (hydraulic system).
6. Sistem udara tekan (air pressure system).