KONVERSI FLUIDA PANAS BUMI MENJADI LISTRIK
Nenny Saptadji Institut Teknologi Teknologi Bandung (ITB)
DIRECT DRY STEAM (PEMBANGKIT LISTRIK SIKLUS UAP KERING) Tekanan Masuk Turbin (Turbin Inlet Pressure) m (kg/det) hv (kJ/kg) Saturated vapour
Qin = m h1 1
Daya = (Qin-Qout) eff
Qout = mh2 2
uap
DIRECT DRY STEAM (PEMBANGKIT LISTRIK SIKLUS UAP KERING) Tekanan Masuk Turbin (Turbin Inlet Pressure) m (kg/det) hv (kJ/kg) Saturated vapour
Qin = m h1 1
Daya = (Qin-Qout) eff
Qout = mh2 2
uap
SIKLUS UAP KERING (DIRECT DRY STEAM): Penentuan Jumlah Uap yang Dibutuhkan oleh PLTP
Bila PLTP PLTP yang akan dibangun mempunyai kapasitas W, Turbin inlet pressure P1, dan kondensor mempunyai tekanan P2, maka uap masuk ke turbin mempunyai enthapy h 1 dan uap keluar dari turbin (di kondensor) mempunyai enthalpy h2, maka uap yang diburuhkan oleh turbin: 1
m= W m h1 h2 h
= = = = =
W (h1
- h2 )
kerja/daya kerja/daya turbin (kW) laju laju alir alir mass massa a uap uap (kg/ (kg/s) s) entalpi uap yang masuk kedalam turbin (kJ/kg) entalpi uap yang meninggalkan turbin (kJ/kg) effisiensi turbin
2 kondensor
SIKLUS UAP KERING (DIRECT DRY STEAM): Penentuan Daya Listrik yang Dapat Dihasilkan PLTP dari sejumlah uap yang diproduksikan dari sumur-sumur uap
Dengan cara yang sama, bila m adalah laju alir masa uap sumur-sumur uap maka daya listrik yang dihasilkan dari PLTP dapat ditentukan sebagai berikut: W
W m h1 h2 h
= = = = =
= m (h1 - h 2 ) kerja/daya turbin (kW) laju alir massa uap (kg/s) entalpi uap yang masuk kedalam turbin (kJ/kg) entalpi uap yang meninggalkan turbin (kJ/kg) effisiensi turbin
Siklus Uap Kering: Contoh Perhitungan
Hitung Daya Listrik bila: Laju alir masa uap ke turbin = 100 kg/det Turbine Inlet Pressure = 10 bara Tekanan Kondensor = 0.1 bara Efisiensi 80%
Penentuan fraksi uap di kondonser (x 2) dan entalpy di kondensor (h2) ? Asumsi 1 2 isentropik S 1 = S2
S 1 X 2
h2
S 1
Sf2 + X 2 Sfg2
S2 - Sf2 Sfg2
= h f2 + X 2 h fg2
Bila m diketahui, maka daya listrik: W
= m (h1 - h 2 )
Bila W diketahui, maka uap yang dibutuhkan : W m= h ) (h
Dari Tabel Uap h1= hg@10 bar = 2778 kJ/Kg s1= sg@10 bar = 6.586 kJ/kgK
10 bar
sf2= sf @0.1bar = 0. 649 kJ/KgK sfg2= sfg @0.1bar = 7.5 kJ/kgK hf2= hf @0.1bar = 192 kJ/kg hfg2= hfg @0.1bar = 2392 kJ/kg
0.1 bar
S 1 = S2
S 1 h2
6.586
Sf2 + X 2 Sfg2
X 2
S2 - Sf2 Sfg2
X 2
6.586 - 0.648
= h f2 + X2 h fg2 = 192 + 0.792 (2392) = = 2085.5 kJ/kg
W
(h
h )
7.5
0.792
1
Hasil Perhitungan 2 kondensor
Laju Alir Masa Turbin Inlet pressure (bar) Tekanan Kondenser Efisiensi Turbin Entalphy Uap @ 10 bara = h1 Entropi Uap @ 10 bara = s1 Sf @ 0.1bara Sf g@ 0.1bara x (fraksi uap) hf @ 0.1bara hfg @ 0.1bara h2 Daya listrik (MWe)
100 10 0.1 80% 2778 6.586 0.649 7.5 0.7916 192 2392 2085.5 55 4
kg/s bara bara kJ/kg kJ/kgK kJ/kgK kJ/kgK kJ/kg kJ/kg kJ/kg MWe
CONTOH PERHITUNGAN 2: PLTP KAMOJANG
Sumur-sumur di lapangan panasbumi Kamojang umumnya menghasilkan uap jenuh (saturated steam). Kapasitas listrik terpasang di PLTP Kamojang adalah 200 MWe. Unit-1 30 MWe (beroperasi sejak 1983) Tekanan masuk turbin = 5.5 barg Tekanan condensor= 0.10 bara Efisiensi turbin = 80 %
Berapakah banyaknya uap yang dibutuhkan (dalam ton/jam) ? Lakukan perhitungan untuk Unit-2 dan Unit-3 yang masing-masing mempunyai kapasitas 55 MW
CONTOH PERHITUNGAN 2: PLTP KAMOJANG UNIT 1,2 dan 3
Gambarkan dalam diagram T-S
PLTP Kamojang: Hasil Perhitungan untuk Unit-1
Daya listrik Turbin Inlet pressure (bar) Tekanan Kondenser Efisiensi Turbin Entalphy Uap @ 6.5 bara = h1 Entropi Uap @ 6.5 bara Sf @ 0.1 bara Sf g@ 0.1 bar x hf @ 0.1 bara hfg @ 0.1bara h2 Laju alir masa uap Laju alir masa uap
30
6.5 0.1 80% 2760.5 6.735 0.649 7.5 0.811 192 2392 2133.0 59.8 215
MWe bara bara kJ/kg kJ/kgK kJ/kgK kJ/kgK kJ/kg kJ/kg kJ/kg Kg/s ton/jam
PLTP Kamojang: Hasil Perhitungan untuk Unit-2/Unit-3:
Daya listrik Turbin Inlet pressure (bar) Tekanan Kondenser Efisiensi Turbin Entalphy Uap @ 6.5 bara = h1 Entropi Uap @ 6.5 bara Sf @ 0.1 bara Sf g@ 0.1 bar x hf @ 0.1 bara hfg @ 0.1bara h2 Laju alir masa uap Laju alir masa uap
55
6.5 0.1 80% 2760.5 6.735 0.649 7.5 0.811 192 2392 2133.0 109.6 394
MWe bara bara kJ/kg kJ/kgK kJ/kgK kJ/kgK kJ/kg kJ/kg kJ/kg Kg/s ton/jam
Total Kamojang (Unit 1, 2 dan 3) Daya listrik Turbin Inlet pressure (bar) Tekanan Kondenser Efisiensi Turbin Entalphy Uap @ 6.5 bara = h1 Entropi Uap @ 6.5 bara Sf @ 0.1 bara Sf g@ 0.1 bar x hf @ 0.1 bara hfg @ 0.1bara h2 Laju alir masa uap Laju alir masa uap
140 6.5 0.1 80% 2760.5 6.735 0.649 7.5 0.811 192 2392 2133.0 278.9 1004
MWe bara bara kJ/kg kJ/kgK kJ/kgK kJ/kgK kJ/kg kJ/kg kJ/kg Kg/s ton/jam
Jumlah uap yang dibutuhkan oleh PLTP Kamojang 140 MW Bila steam allowance-nya 10% = 1100 ton/jam
1100
Laju Alir Masa Uap Uap yang harus tersedia
aj
m
) 1050
/ (
ot
n 1000
p U
a 950 1000
M
a
s
a
900
l
ri uj
A 850
a L
800 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Tahun
Bapak Yustin Kamah/PGE (Tahun 2005): Untuk PLTP Kamojang Unit 1, 2 dan 3(140) PT PGE mensuplai 1100/jam
PT Pertamina Geothermal Energy
SSC
PT PLN (Persero)
Steam Sales Controct
Pemilik hak pengelolaan WKP
Pemilik PLTP
CONTOH PERHITUNGAN-3: PLTP DARAJAT (SIKLUS UAP KERING)
UNIT I 55 MW (mulai beroperasi tahun 1994) Turbine Inlet Pressure = 10 bara Tekanan Kondensor = 0.1 bara
1
PLTP DARAJAT: 2 kondensor
HASIL PERHITUNGAN UNTUK UNIT-1 (Beroperasi sejak tahun 1994)
Daya listrik Turbin Inlet pressure (bar) Tekanan Kondenser Efisiensi Turbin Entalphy Uap @ 10 bara = h1 Entropi Uap @ 10 bara Sf @ 0.1bara Sf g@ 0.1bara x hf @ 0.1bara hfg @ 0.1bara h2 Laju alir masa Laju alir masa
55 10 0.1 80% 2778 6.586 0.649 7.5 0.7916 192 2392 2085.5 99.3 357.4
MWe bara bara kJ/kg kJ/kgK kJ/kgK kJ/kgK kJ/kg kJ/kg kJ/kg Kg/s ton/jam
PLTP DARAJAT UNIT II 81.6 MW
TIP = 13 bara. P Kondensor = 0.1 bara
Berapa konsumsi uap untuk Unit II? Unit pembangkit mana yang lebih efisien? PGE-Amoseas/ Chevron (JOC) PGE: WKP Amoseas/Chevron: Pengembang hulu
ESC PT PLN) Energy Sales Controct
1
PLTP DARAJAT UNIT II 81.6 MW 2
Daya listrik Turbin Inlet pressure (bar) Tekanan Kondenser Efisiensi Turbin Entalphy Uap @ 13 bara = h1 Entropi Uap @ 13 bara Sf @ 0.1bara Sf g@ 0.1bara x hf @ 0.1bara hfg @ 0.1bara h2 Laju alir masa Laju alir masa Konsumsi uap
81.6 13 0.1 80% 2787 6.495 0.649 7.5 0.7795 192 2392 2056.5 139.6 502.7 6.2
MWe bara bara kJ/kg kJ/kgK kJ/kgK kJ/kgK kJ/kg kJ/kg kJ/kg Kg/s ton/jam ton/jam/MWe
Konsumsi uap unit I = 6.5 ton/jam/MWe Konsumsi uap unit II = 6.2 ton/jam/MWe (lebih efisien)
PLTP DARAJAT UNIT - 3
Kapasitas = 121 MW TIP = 16.6 bara Condensor Pressure = 0.016 bara
1. Berapakah banyaknya uap yang dibutuhkan PLTP Darajat Unit-3 (dalam ton/jam) ? 2. Hitung konsumsi uap dan bandingkan dengan konsumsi uap Unit-1 dan Unit-2
UNIT 4 KAMOJANG - 60 MWe (Beroperasi tahun 2007) PT PGE WKP Pengembang hulu Pemilik PLTP
ESC PT PLN) Energy Sales Controct
Daya listrik Turbin Inlet pressure (bar) Tekanan Kondenser Efisiensi Turbin Entalphy Uap @ 11 bara = h1 Entropi Uap @ 11 bara Sf @ 0.105 bara Sf g@ 0.105 bar x hf @ 0.1 bara hfg @ 0.1bara h2 Laju alir masa uap Laju alir masa uap
60 11 0.1 84% 2781 6.554 0.661 7.472 0.789 192 2392 2078.5 101.7 366
MW e bara bara kJ/kg kJ/kgK kJ/kgK kJ/kgK kJ/kg kJ/kg kJ/kg Kg/s ton/jam
2’
Gambarkan dalam diagram T-S
m
1
1
3
2x2 =m
uap/mtotal
Separator
4 2’
Dari separator (2) ke turbin (4) diasumsikan tidak terjadi kehilangan tekanan (P2 = P4 = Turbin Inlet Pressure) Di kepala sumur fluida dua fasa : Laju alir masa = m Fraksi uap = Xwh Enthalpy fluida di kepala sumur : 1
1
h1 = h f1 + X wh h fg Dikepala sumur hingga separator dianggap isenthalpic: Separator
h 2 = h1 = h f2 + X 2 h fg2 Fraksi uap di separator:
X2 = Laju alir masa uap keluar dari separator (menuju turbin):
m
v2
(h 2 h f2 ) h fg2
= x2 m
laju alir masa uap menuju tur bin = x 2 m
1
1
h4= hg@ turbin inlet pressure s4= sg@ turbin inlet pressure Separator
45 isentropik S 5
X 5
h
= S4 = Sf5 + X5 Sfg5
S5 - Sf5 Sfg5
=h +X h
sf5= sf @tekanan kondensor sfg5= sfg @tekanan kondensor hf5= hf @tekanan kondensor hfg5= hfg @tekanan kondensor Bila laju alir masa diketahui, maka daya listrik yg dapat dibangkitkan (W):
W =
m
X 2 (h4 - h5 )
Bila Kapasitas PLTP diketahui, maka laju alir masa uap yang dibutuhkan turbin:
m=
W
Unit 1 dari PLTP Ahuachapan (Di El Savador) mempunyai kapasitas 35 MWe. Pembangkit listrik merupakan condensing unit: Tekanan masuk turbin (turbin inlet pressure) 5.5 bara Tekanan kondensor = 0.085 bar Turbin dipasok uap dari sejumlah sumur, yang masing-masing pada saat dioperasikan pada tekanan 6.5 bar menghasilkan fluida dua fasa dengan laju alir masa 70 kg/det dan fraksi uapnya (x) = 0.185. Apabila efisiensi turbin diasumsikan 70%, Hitung: Laju alir masa uap dari separator ke turbin dari sumur tsb Jumlah sumur yang harus diproduksikan untuk memasok uap ke turbin 35 MWe
r u t a r e p m e T
X1=0.185
1
6.5 bar 5.5 bar
3
4
2
hf @ 6.5bar = 683.5 hfg@ 6.5bar = 2077 h1= hf1+x hfg = 1067.8 hf @ 5.5bar = 656 hfg@ 5.5bar = 2097
0.085 bar
5
Entropi
Asumsi proses 1 2 isenthalpic
h1 = h2 = 1067.8 Fraksi uap di separator:
X2 =
(h 2 h f2 ) h fg2
=
(1067.8
656 )
2097
Laju alir masa uap keluar dari separator (menuju turbin):
m
x
m
0 196 * 70
13 7kg / det
0.196
Laju alir masa uap untuk memasok turbin 35 MWe ?
r u t a r e p m e T
6.5 bar
1 X1=0.185 3
2 X2=0.196
0.085 bar
4 5.5 bar
sf5= sf @0.085 bar = 0. 608 kJ/KgK sfg5= sfg @0.085 bar = 7.598 kJ/kgK hf5= hf @0.085 bar = 179 kJ/kg hfg5=
[email protected] bar = 2400 kJ/kg
5
Entropi 45 isentropik
S 5 X 5
h5
= h f5 + X5 h fg5
= S4 = Sf5 + X5 Sfg5
h4= hg@ 5.5 bar = 2753 s4=
[email protected] bar = 6.790
6.790
S5 - Sf5 6.790 - 0.608
Sfg5 179 + 0.814 * 2400
7.598 2131 .7
0.814
Laju alir masa uap untuk memasok turbin 35 MWe m
=
W
=
35000
80 5kg / det
Daya listrik Tekanan Kepala Sumur Fraksi uap di kepala sumur Laju alir masa di kepala sumur hf@tekanan kepala sumur hfg@tekanan kepala sumur Enthalpy Fluida di Kepala Sumur Proses 1 ke 2 asumsi isenthalpic hf@tekanan separator hfg@tekanan separator h2 (enthalpy fluida di separator) x2 (fraksi uap di separator) Laju alir masa uap dari sumur tsb ke turbin
35 6.5 0.185 70 683.5 2077 1067.7 656 2097 1067.7 0.196 13.7
Entalpy uap ke turbin = h4 entropy uap ke turbin = s4 s5 = s@ tekanan kondensor sf5 = sf@ tekanan kondensor sfg5= sfg @ tekanan kondensor x5=fraksi uap @ tekanan kondensor hf5 = hf@ tekanan kondensor hfg5= hfg @ tekanan kondensor h5 = h@ tekanan kondensor Daya listrik Efisiensi turbin Laju alir masa uap yg diperlukan turbin Jumlah sumur yg harus diproduksikan
2753 6.79 6.8 0.608 7.598 0.814 179 2400 2131.7 35000 0.7 80.5 59
MWe bar kg/det kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kg/det kJ/kg kj/kgK kj/kgK kj/kgK kj/kgK kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/det kg/det sumur
DOUBLE FLASH STEAM CYCLE Uap yang digunakan adalah uap dari hasil pemisahan fluida dalam separator dan uap dari flasher yang merupakan hasil penguapan air yang keluar dari separator
