1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Saat ini, kebutuhan listrik telah menjadi kebutuhan dasar manusia. Kebutuhan

listrik sendiri didasari oleh keinginan manusia untuk melakukan aktivitas lebih

mudah dan meningkatkan kualitas hidupnya. Untuk memenuhi kebutuhan listrik

tersebut, Indonesia sebagai negara yang berpenduduk 237 juta jiwa memanfaatkan

berbagai sumber energi [1].

Berdasarkan Statistik Perusahaan Listrik Negara (PLN) tahun 2013, total

produksi listrik di Indonesia sebesar 216.189 GWh, sedangkan total kebutuhan

listrik di Indonesia sudah mencapai 187.541 GWh. Berdasarkan Tabel 1.1,

diketahui bahwa setiap tahunnya kebutuhan listrik Indonesia mengalami

peningkatan dari tahun 2004 sampai 2012,. Pada tahun 2010 hingga 2012, nilai

pertumbuhan kebutuhan listrik per tahunnya rata-rata sebesar 8,94 %, sedangkan

nilai pertumbuhan produksi listrik per tahunnya rata-rata sebesar 9,08 % [2].

Tabel 1.1. Perkembangan Neraca Listrik Domestik Indonesia [2].

2

Tabel 1. 2. Bauran Produksi Listrik per Jenis Pembangkit [2].

Dalam produksi listrik tersebut, Indonesia telah memanfaat berbagai macam

pembangkit listrik. Berdasarkan Tabel 1.2, terdapat beberapa pembangkit yang

sudah terbangun dan beroperasi di Indonesia diantaranya PLTA, PLTP, PLTU,

PLTG, PLTGU, PLTD, PLTS, PLTB dengan total produksi 183.366 GWh pada

tahun 2011. Pada tabel tersebut, Pembangkit Listrik Panas Bumi (PLTP)

menempati urutan keempat dengan daya produksi rerata dari tahun 2005 sampai

2011 sebesar 8088,01 GWh [2].

Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) adalah salah satu sumber

energi alternatif yang memanfaatkan sumber tenaga (panas) dari bawah permukaan

bumi/manifestasinya untuk membangkitkan listrik. PLTP memiliki potensi yang

besar di Indonesia yaitu sebesar 16,5 GW dan kini telah dibangun sebanyak 1343,5

MW [2]. Selain dalam rangka memenuhi kebutuhan eletrifikasi di Indonesia,

pembangunan PLTP gencar dilakukan oleh pemerintah karena Indonesia memiliki

target mengurangi emisi gas rumah kaca sebesar 26% pada tahun 2020. Sebagai

salah satu pembangkit listrik dengan sumber energi alternatif, PLTP juga memiliki

keunggulan pada minimnya limbah dan rendahnya efek rumah kaca yang

dihasilkan.

3

Akan tetapi dalam pengembangan panas bumi di Indonesia, terdapat beberapa

kendala yang memperlambat proses pembangunan PLTP itu sendiri. Kendala

tersebut diantaranya:

1. Harga modal PLTP di Indonesia masih terbilang mahal, hal ini

dikarenakan PLTP letaknya di area pegunungan, aksesibilitasnya rendah,

sehingga perlu pembangunan fasilitas yang lengkap. Harga eksplorasi dan

pemetaan potensi yang mahal dan beresiko gagal tinggi.

2. Masih belum banyak investor yang tertarik mengembangkan PLTP karena

PLTP memiliki resiko kegagalan yang tinggi, biaya investasi tinggi dan

harga penjualan masih terbilang rendah, proses perizinan yang cukup

rumit, dan waktu dari awal pengecekan potensi hingga balik modal sangat

lama.

3. Penolakan dari masyarakat lokal yang diwarnai isu politik setempat. Isu

yang terjadi dari isu keuntungan lokal yang diperoleh baik uang/pekerjaan

atau material lainnya, isu cadangan air sumur dan isu keamanan.

4. Pemerintah Pusat dan Pemerintah Daerah belum sinergi dalam

pelaksanaan pengembangan Wilayah Kerja Pertambangan (WKP) Panas

bumi.

Dengan adanya kendala-kendala tersebut, pemerintah telah berusaha dengan

baik melaksanakan kerja sama dengan perusahaan pembangkit yang sudah ada

untuk menciptakan iklim yang baik dalam bisnis panas bumi. Salah satu program

pemerintah untuk menarik banyaknya investor di bidang pertambangan panas bumi

ialah dengan pemberlakuan feed in tariff nasional.

Feed in tariff tahun 2014 menyatakan bahwa harga maksimum untuk jual

beli listrik dari panas bumi diatur berdasarkan wilayah kerjanya. Wilayah ini dibagi

menjadi Wilayah I, II dan III. Wilayah I: Sumatera, Jawa, dan Bali. Wilayah II:

Sulawesi, NTT, NTB, Maluku, Halmahera, Irian Jaya, dan Kalimantan. Wilayah III

adalah wilayah I dan II yang terisolasi dan sebagian besar kebutuhan listriknya

berasal dari pembangkit listrik tenaga bahan bakar minyak. Tabel 1.2. menjabarkan

4

harga maksimum penjualan listrik dari feed in tariff berdasarkan Peraturan Menteri

ESDM no 17 tahun 2014 [3].

Tabel 1.3. Harga Patokan Tertinggi Feed in Tariff Panas Bumi Indonesia [3].

Melalui Feed in Tariff ini diharapkan dapat menarik banyak investor yang

terjun untuk membantu pemerintah membangun PLTP lainnya di seluruh wilayah

kerja yang ada.

Selain itu dengan adanya koordinasi bersama Kementerian Kehutanan,

pemerintah saat ini lebih mempermudah izin pelaksanaan eksplorasi pada WKP

Panas Bumi demi meningkatkan iklim usaha panas bumi.

Berdasarkan segi teknisnya, area pengembangan geothermal terdiri dari dua

bagian utama yaitu lahan uap (steam field) dan pembangkit (PLTP). Lahan uap

adalah bagian dari area pengembangan dimana uap panas bumi dikumpulkan dari

setiap sumurnya dan didistribusikan menuju pembangkit melalui jalur perpipaan,

sedangkan pembangkit (PLTP) adalah bagian dari area pengembangan dimana uap

diproses untuk menghasilkan listrik yang dapat dijual.

Pada umumnya, uap yang diproduksi dari sumur-sumur di Indonesia dalam

bentuk uap kering (superheated steam) atau uap basah. Uap kering adalah jenis uap

yang baik karena dapat menghasilkan listrik lebih banyak dibandingkan uap basah,

karena air bawaannya tidak dimanfaatkan untuk menjadi listrik dan sejauh ini masih

dibuang saja.

5

Untuk dibangkitkan menjadi energi listrik, uap tersebut kemudian dialirkan

melalui jalur perpipaan yang panjang ke area produksi dan proses di PLTP.

Sebelum masuk ke PLTP, uap yang dari sumur berbeda-beda akan disatukan di

header.

Pada awal sistem pembangkitan, uap dipisahkan terlebih dahulu oleh

separator. Separator berfungsi untuk menjaga kualitas uap dari air yang berlebih.

Hal ini dilakukan untuk mengurangi efek buruk pada instrumen di PLTP seperti

korosi turbin. Setelah melalui separator, uap akan dialirkan ke demister yang

berguna untuk menangkap butiran-butiran air dalam uap agar memastikan uap yang

masuk ke turbin benar-benar kering 100%. Kemudian, uap tersebut masuk ke dalam

turbin untuk diubah dari energi mekanik uap menjadi energi mekanik shaft. Setelah

itu generator akan menerima energi mekanik shaft dan mengubahnya menjadi

energi listrik. Kemudian uap yang telah melalui turbin pun dialirkan menuju

kondenser untuk didinginkan dan dipisahkan dari non condansable gas (NCG)

dengan tarikan sistem ekstraksi gas, lalu didinginkan kembali oleh udara

lingkungan melalui menara pendingin sebelum diinjeksikan kembali ke dalam

bumi. Rangkaian proses tersebut tergambar dalam Gambar 1.1. yang merupakan

rangkaian proses PLTP secara umum di Indonesia.

Gambar.1.1. Diagram Proses PLTP secara Umum di Indonesia [4].

6

Dalam pembangunan sistem PLTP dibutuhkan 5 tahapan, yaitu perencanaan

proyek, desain dasar, desain rinci, spesifikasi kontruksi, pembangunan hingga start

up.

Perencanaan proyek diawali dengan studi potensi panas bumi dari penelitian

terhadap sistem panas bumi dan reservoirnya, kualitas uap, kelayakan terhadap

lingkungannya, kelayakan jalur transmisi listrik yang akan menerima pasokan

listrik dari PLTP dan juga keekonomisan dari sistem PLTP yang akan dibangun.

Setelah itu diadakan studi dasar melalui desain dasar PLTP. Desain dasar

secara teknis berpacu pada keadaan termodinamika yang berlangsung pada proses-

proses di dalam sistem PLTPnya. Pada desain ini akan dibahas mengenai siklus

termodinamikanya, model PLTP, neraca energi dan massa serta memperkirakan

kinerja sistem PLTP yang akan dibangun. Pada intinya, desain ini memberikan

gambaran mengenai sistem yang akan berjalan.

Desain rinci merupakan salah satu langkah penentuan semua spesifikasi

teknis untuk komponen yang diperlukan pada PLTP, misalkan alat proses,

instrumentasi, pengatur transmisi listrik dan juga komponen pelengkap lainnya.

Spesifikasi teknis yang dilakukan adalah analisis penentuan standard, schedule,

jenis, codes, dan juga ukuran yang sesuai pada komponen [5].

Spesifikasi Konstruksi dilakukan untuk menjelaskan teknis desain secara

keseluruhan dan juga pembangunannya. Dalam proyek panas bumi, dilakukan

penjadwalan pembangunan yang teratur dan juga biaya dan rancang bangun

kontruksinya meliputi desain kontrol sistem PLTP, biaya resikonya dan juga analisa

aktivitas PLTPnya [5].

Gambar 1.2. Peta Perencanaan Pembangunan PLTP [5].

7

PLTP termasuk sistem pembangkit termal terbuka dimana sistem ini

menerima energi masukan berupa uap panas dan mengeluarkan energi kembali ke

asalnya baik secara langsung maupun tidak langsung. Secara langsung yaitu melalui

sumur reinjeksi, secara tidak langsung yaitu melalui sistem pendingin yang

membuang energi ke udara. Sistem PLTP terdiri dari alat proses, dimana proses

termodinamik terjadi. Terdapat perpindahan massa, energi dan kualitas energi

(eksergi) yang dapat diketahui di setiap alatnya. Sehingga dari sini, kita dapat

memodelkan neraca massa, energi dan eksergi dalam suatu model PLTP guna

meninjau apakah sistem PLTP yang dibangun itu sudah merupakan model yang

terbaik.

Dalam penelitian ini akan dianalisis sistem PLTP Unit Pengembangan di

Area Geothermal Kamojang berdasarkan massa dan energinya guna

menggambarkan keadaan dan proses di dalamnya dalam berbagai model

pembebanan dan variasi model NCG. Analisa termodinamika ini berdasarkan pada

hukum termodinamika yang pertama. Selain memberi gambaran proses dan

keadaan dalam berbagai model pembebanan, dilakukan juga analisa performansi

dari nilai efisiensi eksergetik dari sistem PLTP dalam variasi model pembebanan

yang sama. Analisa eksergi ini berdasarkan pada hukum termodinamika kedua yaitu

dengan metode analisis eksergi.

Dalam penelitian kali ini PLTP yang menjadi objek analisa termodinamika

dan permodelannya adalah PLTP Unit Pengembangan milik PT. Pertamina

Geothermal Energy di Area Geothermal Kamojang, Garut, Jawa Barat. PLTP ini

diharapkan dapat dibangun dan menambah pasokan listrik untuk kebutuhan listrik

Jawa – Madura – Bali.

I.2. Perumusan Masalah

Perumusan masalah pada penelitian ini dapat dijabarkan sebagai berikut:

1. Permodelan PLTP dengan sistem ekstraksi gas apakah yang menghasilkan

kinerja paling baik secara termodinamik?

2. Bagaimana pengaruh variasi sistem gas ekstraksi, kadar NCG, model

pembebanan dan suhu lingkungan terhadap kinerja sistem PLTP?

8

3. Bagaimana analisis perkiraan kinerja setiap komponen berdasarkan

analisis eksergi?

I.3. Batasan Masalah

Model sistem PLTP Unit Pengembangan di Area Geothermal Kamojang

yang akan dibangun memiliki kapasitas daya sebesar 35 MW. Sistem PLTP Unit

Pengembangan di Area Geothermal Kamojang dimodelkan dalam kondisi tunak

(steady) dengan laju aliran massa dalam sistem tetap. Data masukan yang digunakan

dalam pemodelan adalah data-data dari PT Pertamina Geothermal Energy dan

beberapa literatur.

Dalam penelitian ini, analisis termodinamik hanya dibatasi dengan membahas

pengaruh variasi kandungan NCG, jenis sistem ekstraksi gas, beban operasional dan

suhu lingkungan terhadap hasil kinerja sistem PLTP. Tiga model sistem ekstraksi

gas yang digunakan dalam penelitian ini adalah sistem dual Steam Jet Ejector (SJE),

dual Liquid Ring Vacuum Pump (LRVP) dan hybrid (SJE – LRVP). Variasi kadar

NCG dimodelkan dari 1%, 2%, 3%, 4% dan 5% dari total laju massa uap yang

masuk ke dalam sistem (laju massa sesaat sebelum masuk turbin). Variasi beban

operasional dari 20%, 40%, 60%, 80% dan 100%, sedangkan untuk variasi suhu

lingkungan dibatasi pada tinjauan suhu lingkungan 16 sampai 25 oC.

Permodelan menggunakan Cycle Tempo 5.0 dan dalam permodelan ini tidak

dapat dimodelkan pengaruh nilai NCG terhadap nilai entalpi masukan turbin dan

tidak dapat dimodelkan kompresi isotermal pada LRVP.

Penelitian ini tidak akan membahas sistem panas bumi (reservoir) pada bawah

tanahnya, akan tetapi terdapat penjelasan singkat mengenai sistem panas bumi

dalam tujuan untuk membahas adanya pengaruh parameter fisis pada sistem panas

bumi (reservoir) terhadap sistem pembangkitan listrik. Parameter fisis tersebut

disebut dengan kualitas uap. Kualitas uap disini dibatasi hanya pada nilai derajat

kekeringan uap (Steam – Water Ratio) dan kadar NCG yang terkandung di dalam

uap. Pembahasan terkait pengaruh Total Dissolved Solid (TDS) dan reaksi kimiawi

yang terjadi pada uap berada di luar bahasan dari penelitian ini. Selain itu NCG akan

dibatasi hanya pada kadar pada dua jenis gas dengan fraksi massa tertinggi,

9

sedangkan lainnya akan dimasukkan pada jenis gas yang paling tinggi fraksi

massanya.

Batas sistem PLTP yang dikaji terletak tepat pada permukaan dinding pipa

dan dinding komponen dalam sistem PLTP Unit Pengembangan di Area

Geothermal Kamojang. Apabila ada bagian komponen yang terbuka dan

berinteraksi langsung dengan lingkungan maka akan dianggap sistem tersebut

menuju heat sink. Batas sistem pada komponen yang terbuka tersebut adalah fluida

(baik berupa udara, air, uap atau gas/cairan lainnya) yang segaris dengan batas

terluar bagian komponen tersebut. Selain itu pengaruh pressure loss antar alat

proses di dalam sistem PLTP diabaikan karena nilainya terlalu kecil. Lain halnya di

area steam field, pressure loss tidak diabaikan karena sangat berpengaruh kepada

nilai suhu dan kualitas uap sebelum masuk turbin. Dalam penelitian ini pressure

loss tersebut akan dianggap terakumulasi pada titik tertentu (node) pada jalur pipa

tertentu.

Analisis termodinamika yang dikaji meliputi neraca massa, energi dan eksergi

dari sistem PLTP Unit Pengembangan di Area Geothermal Kamojang. Dalam

neraca massa, massa yang keluar di sepanjang jalur perpipaan melalui steam trap

tidak disimulasikan karena jumlahnya yang sangat kecil dibandingkan aliran massa

sistem (uap) sehingga dapat diabaikan. Dalam neraca energi, energi yang hilang ke

lingkungan di sepanjang jalur pipa dan alat proses diabaikan, kecuali pada cooling

tower karena memang proses disana adalah hasil interaksi antara sistem dengan

lingkungan.

Energi dalam sistem PLTP Unit Pengembangan di Area Geothermal

Kamojang terdiri dari eksergi dan anergi. Eksergi adalah sejumlah energi yang

dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan kerja sedangkan anergi adalah sejumlah

energi yang secara alami berada lingkungan akan tetapi tidak dapat dimanfaatkan

untuk menjadi suatu energi kerja apapun oleh manusia.

Dalam analisa eksergi, eksergi yang keluar dari sumur di steam field akan

diasumsikan sebagai eksergi input awal dalam sistem PLTP Unit Pengembangan di

Area Geothermal Kamojang, sedangkan daya keluaran dari generator yang dialirkan

ke sistem distribusi PLN diasumsikan sebagai eksergi keluaran dari sistem PLTP

10

Unit Pengembangan di Area Geothermal Kamojang. Penelitian ini difokuskan pada

analisis massa, energi dan eksergi dengan tidak memandang eksergoekonomiknya.

Jenis eksergi yang digunakan adalah eksergi termomekanik. Dalam evaluasi

sistem PLTP Unit Pengembangan di Area Geothermal Kamojang ini diasumsikan

bahwa nilai eksergi kinetik dan potensial pada jalur perpipaan jauh lebih kecil

daripada nilai eksergi termomekanik dalam suatu proses sehingga dapat diabaikan

nilainya. Nilai kehilangan eksergi yang disebabkan oleh beda potensial di sistem

perpipaan tidak dimasukkan dalam hitungan dikarenakan topografi perpipaan

berbeda-beda, jenis dan ukuran juga sangat variatif.

Pada penelitian ini, eksergi tinjauan sistem adalah eksergi fisika sedangkan

eksergi kimiawi dapat diabaikan. Hal ini dikarenakan sangat kecil kemungkinan

terjadinya proses kimiawi yang terjadi dalam sistem PLTP Unit Pengembangan

Kamojang. Tekanan dan suhu lingkungan yang menjadi acuan analisis eksergi

adalah 0,85 bar dan 20 oC. Terkait dengan penelitian ini lebih lanjut, asumsi dan

batasan tambahan untuk setiap model sistem akan dijelaskan lebih lengkap pada

Bab IV.

I.4. Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut.

a. Mengetahui pengaruh variasi sistem ekstraksi gas, variasi kandungan

NCG, variasi pembebanan dan variasi lingkungan terhadap kinerja sistem

PLTP.

b. Menentukan sistem PLTP dengan sistem ekstraksi gas apa yang

memberikan hasil kinerja terbaik.

c. Mendapatkan data perkiraan kerja komponen berdasarkan analisis eksergi

sistem.

I.5. Manfaat

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan gambaran dan manfaat di bidang

pembangkitan listrik khususnya panas bumi serta memberikan referensi dalam

menentukan jenis PLTP yang tepat dan penjelasan bagaimana pengaruh dari

beberapa variasi model terhadap kinerja sistem PLTP Unit Pengembangan di Area

11

Geothermal Kamojang ke depannya. Selain itu juga dapat menjadi referensi PT

Pertamina Geothermal Energy dalam perencanaan pembangunan PLTP ke

depannya.

12