ANALISIS DAN EKSPERIMENTAL SISTEM PROTEKSI DAN KONTROL PEMBANGKIT LISTRIK ORC AIR PANAS GEOTHERMAL DIENG Oleh M. Hariansyah 1), Rizal Taufik 2), Yogi Sirodz Gaoz 1) 1) Dosen Tetap FT UIKA Bogor 2) Alumni Program Studi TE FT UIKA Bogor Author correspondece.
[email protected]
Abstract Control system and Protection for the safety equipment on small-scale power generation systems connected to the grid, system protection and control system important to overcome failure system because short electrical current, the system must quick to respond to immediately cut ties with the grid and control valve of evaporator to turbine is closed, open the valve to the condenser to cool the working fluid to immediately then the system will be totally shut down. Similarly, if the electricity goes out the system should immediately dispose of the generated electricity to the ballast load. Conversely, if electricity is restored, the control system will quickly equate (synchronization) voltage, current and frequency of electrical power from the Binary Cycle power of electricity. Process control at the control valve will be controlled with the system PLC (Programmable Logic Controller) using the program PID (Proportional Integral Derivative) as a program that converts digital to analog scale and provide signal 4-20 mA to the control valve. Keywords: reverse flow, synchronization, protection and control systems, Programmable Logic Controller (PLC), proportional Integral Derivative (PID)
Abstrak Untuk pengamanan peralatan pada pembangkit listrik skala kecil yang terhubung ke sistim jaringan PLN, sistim proteksi dan kontrol memegang peranan sangat penting untuk mengatasi adanya arus listrik (beban) balik , sistim harus cepat memberikan respon untuk segera memutus hubungan dengan jaringan PLN dan memerintahkan valve dari evaporator ke turbin untuk menutup, valve ke kondenser membuka untuk segera mendinginkan fluida kerja untuk kemudian sistim akan totally shut down. Begitu pula jika listrik dari PLN padam sistim harus segera membuang listrik yang dihasilkan ke ballast load. Sebaliknya jika listrik dari PLN hidup kembali, sistim kontrol akan cepat menyamakan (sikronisasi) tegangan, arus dan frekwensi daya listrik dari Siklus Binari dengan daya listrik dari PLN. Proses kontrol pada control valve akan dilakukan dengan sistem PLC (Programmable Logic Controller) menggunakan program PID (Proportional Integral Derivative) sebagai program yang merubah besaran analog ke digital dan memberikan signal 4 – 20 mA kepada control valve. Kata Kunci : Arus balik, sinkronisasi, sistim proteksi dan kontrol, Programmable Logic Controller (PLC), Propotional Integral Derivative (PID)
1
I. PENDAHULUAN Pada awalnya energi panas bumi temperatur rendah atau entalpi rendah dianggap tidak komersial untuk dikembangkan, tetapi sejalan dengan perkembangan teknologi sistim binari, fluida panas bumi dengan temperatur rendah dapat digunakan untuk membangkitkan listrik[1]. Teknologi pembangkit sistim binari ini mengunakan fluida kerja bertemperatur didih (boiling point) rendah untuk menggerakan turbin. Karena terletak di sepanjang jalur vulkanik (volcanic arc), Indonesia memiliki potensi enegi panas bumi kurang lebih sebesar 28.635 MW (status Desember 2012) atau kurang lebih 40% dari potensi energi panas bumi dunia tetapi sayangnya sampai saat ini baru dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik sebesar 1.341 MW atau baru sekitar 4% dari total potensi yang ada. Sedangkan pemanfaatan energi panas bumi entalpi rendah masih sangat terbatas baru untuk pemanfaatan secara langsung (direct uses) seperti pemandian, kesehatan dan pengeringan hasil pertanian tetapi belum bersifat komersial. Gambar-1 menunjukkan sebaran potensi energi panas bumi di Indonesia pada status Tahun 2013[2].
Gambar-1. Sebaran Potensi Energi Panas Bumi dan Kapasitas Terpasang hingga Tahun 20132)
Berdasarkan data dari Badan Geologi, Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, status tahun 2013 potensi energi panas bumi sistim tempeatur rendah hingga menengah (low-intermediate enthalpy system, T< 150 oC) adalah sebesar 7.837,6 Mw2) atau setara dengan 4,01 x 107 BOE, dengan rincian sebagaimana pada Tabel-1. Tabel-1 Potensi Energi Panas Bumi LowIntermediate Enthalpy System (Status : 2013)2)
1.1. Latar Belakang Lapangan panas bumi Dieng terletak di Dieng Plateau, yang berjarak kurang lebih 80 km Barat Laut atau dapat ditempuh dalam waktu 3-4 jam dengan kendaraan roda 4 dari kota Yogyakarta, DIY (lihat Gambar-2). Sumur-sumur lapangan panas bumi Dieng, Jawa Tengah memproduksi fluida 2 (dua) fasa dengan temperatur di kepala sumur berkisar 180 – 200oC. Fluida dua fasa ini di alirkan ke separator dan disini terjadi pemisahan fasa uap dan air, fasa uap di alirkan untuk menggerakan turbin sedangkan fasa air (brine) saat ini hanya dimanfaatkan untuk menjaga tekanan reservoir dengan menginjeksikan kembali ke dalam reservoir.
2
pengendalian control valve dilakukan dengan sistem PLC (Programmable Logic Controller) menggunakan program PID (Proportional Integral Derivative) sebagai program yang merubah besaran analog ke digital dan memberikan signal 4 – 20 mA kepada control valv[6].
1.2. Tujuan
Gambar-2. Lokasi Lapangan Panas Bumi Dieng3)
Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan sistim kontrol dan proteksi dan mengetahui respon sistim Siklus Binari terhadap perubahan atau fluktuasi beban PLN sehingga sistim dapat bekerja dengan baik dan aman.
II. METODOLOGI Banyaknya brine (limbah air panas) yang terpisah dari fasa uap di lapangan ini menjadi pertimbangan utama untuk melakukan penelitian di lokasi ini[6]. Brine merupakan fasa air fluida sumur panas bumi yang terpisah dari fasa uapnya di separator akibat adanya penurunan tekanan, dan masih memiliki temperatur dan tekanan yang cukup untuk membangkitkan listrik dengan teknologi Siklus Binar[6]i. Jika PLTP Dieng beroperasi hingga 40 MW akan dihasilkan brine sebesar kurang lebih 450 ton/jam maka potensi listrik yang dapat dibangkitkan dari brine PLTP Dieng setara dengankurang lebih 0,5 hingga 1 MW. PLTP siklus binari skala 50 KW di Dieng yang dikembangkan oleh Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan dan Konversi Energi (P3TKEBTKE), Balitbang ESDM merupakan teknologi pembangkit listrik yang memanfaatkan brine bertemperatur 170 oC dengan laju brine sebesar 54 ton/jam atau 15 kg/detik dari lapangan panas bumi Dieng dan menggunakan N-pentana (C5H12) sebagai fluida kerjanya[3]. Untuk mencegah terjadinya kegagalan operasi, PLTP siklus binari ini dilengkapi dengan sistim kontrol dan proteksi. Proses
Agar PLTP siklus binari dapat berjalan dengan baik dan menghasilkan daya keluaran maksimal, maka pengontrolan perlu dilakukan dengan cara mengatur jumlah fluida kerja yang masuk berdasarkan parameter-parameter tekanan dan temperatur[3]. Sistim kontrol dan proteksi harus mampu merespon secara cepat dan akurat jika kondisi setting point dari tekanan dan temperatur fluida kerja, dan atau brine terlampaui sehingga kondisi yang tidak diinginkan bisa diantisipasi secara cepat sehingga peralatan selalu dalam kondisi aman. setting point adalah besaran process variable yang dikehendaki sebagai acuan pada kegiatan pengontrolan. Sedangkan process variable adalah sesuatu yang dimiliki suatu media yang nilainya dapat mempengaruhi keadaan dan sifat media tersebut dan/atau media yang lain. Dalam hal ini sekurang-kurangnya ada empat proses yang keadaan dan nilainya dikendalikan untuk digunakan sebagai data pada kegiatan pengendalian jalannya proses, yaitu : tekanan (P), Suhu (T), Aliran (F) dan tinggi permukaan (L). Jika ada beban balik dari PLN, sistim harus cepat memberikan respon untuk segera memutus hubungan dengan jaringan PLN dan memerintahkan
3
valve dari evaporator ke turbin untuk menutup, valve ke kondenser membuka untuk segera mendinginkan fluida kerja untuk kemudian sistim akan totally shut down. Jika PLN padam sistim harus segera membuang listrik yang dihasilkan ke pemanas udara (air heater) sebagai ballast load[3]. 2.1. Programing
Propotional Integral Derivatif (PID) Sistim PLC[6]
Berdasarkan sistim kerja PLTP Siklus Binari, maka control valve akan mendapatkan parameter inputan berupa tekanan (P) dan Temperatur (T) dari PT sensor. Media kerja (brine dan N-pentana) yang akan masuk ke dalam komponen-komponen Heat Exchanger akan dideteksi kondisi tekanan dan temperaturnya, ketika sudah mencapai set point tertentu, maka control valve akan membuka atau menutup berdasarkan inputan signal 4-20 mA yang diberikan oleh sensor. Proses kontrol pada control valve akan dilakukan dengan sistem PLC (Programmable Logic Controller) menggunakan program PID (Proportional Integral Derivative) sebagai program yang merubah besaran analog ke digital dan memberikan signal 4 – 20 mA kepada control valve. Gambar–3 menunjukan cara kerja PLC[4].
Parameter tekanan dan temperatur yang akan dikontrol memberikan signal masukan kepada control valve untuk menutup atau membuka aliran fluida kerja yang akan masuk ke heat exchanger. Prosesnya adalah sebagai berikut[4] 1. Besaran Tekanan dikontrol oleh Pressure Transmitter dan Temperatur oleh Thermocuple 2. Thermocouple akan memberikan signal analog ke FX2N–4AD TC dan Pressure Transmitter akan memberikan signal analog ke FX2N–4AD 3. FX2N–4AD dan FX2N–4AD TC akan memberikan signal digital ke PLC untuk pengolahan data 4. PLC akan memberikan signal masukan ke FX2N–4DA 5. FX2N–4DA akan memberikan signal masukan 4–20 mA ke control valve sesuai batas tekanan dan temperatur yang diinginkan untuk CV membuka/menutup 0 s/d 100%. Sesuai dengan cara kerja sistem Siklus Binari maka terdapat beberapa pengontrolan komponen-komponen dengan menggunakan PLC. Dalam hal ini yang dikontrol oleh PLC adalah : 1. CV1, CV2 dan CV4 (dengan PID system) 2. CV3, CV5 dan CV6 (dengan ON-OFF) 3. Motor dan pompa N-Pentana (ON-OFF) 4. Motor dan pompa sirkulasi air dan motor cooling tower (ON-OFF)
2.1.1. Program Menstabilkan Aliran Fluida N-Pentana[6]
Gambar – 3. Sistim Kerja PLC Controller PLTP Siklus Binari Dieng
Pada kondisi sistem PLTP Binary mulai dijalankan, langkah yang harus dilakukan adalah menhidupkan motor NPentane. Ketika motor N-Pentane ON maka motor akan memompakan cairan N-Pentane yang berada pada sump tank dalam hal ini daya motor N-Pentane adalah 22 kW dengan konsumsi daya ketika tekanan yang
4
dipompakan oleh motor adalah sebesar 15,41 bar, dengan temperatur 42,78 0C. Setelah melewati check valve kondisi control valve CV 3 berada pada keadaan tertutup 0% (OFF) dan control valve 6 berada pasa kondisi terbuka 100% (ON). Perhatikan gambar-4.
Gambar – 5. Sistem PLTP Saat Kondisi Stabilisasi di Preheater dan Evaporator
2.1.3. Proses Pemanasan N-Pentane dan proses memutar turbin[6] Gambar – 4. Sistem PLTP Saat Kondisi Stabilisasi Aliran N-Pentana
2.1.2. Proses Menstabilkan aliran NPentane pada Preheater dan Evaporator[6] Point 1 tetap dipertahankan dalam hal ini N-Pentane tetap mengalir pada pipingpiping untuk melancarkan sirkulasi. Setelah waktu tertentu, maka control valve CV 3 ON, check valve CKV 1 ON dan control valve CV 6 ON difungsikan untuk menstabilkan sirkulasi N-Pentane dalam kondisi cair yang melalui Preheater dan Evaporator. Dalam hal ini Motor sirkulasi air dan cooling tower dalam kondisi OFF. Pada Gambar 4.2 diatas sistem piping antara motor N-Pentane, Pressure regulator, preheater, evaporator dan kondenser menerima tekanan sebesar 15,41 bar dengan temperatur normal dari cairan N-Pentane (gambar-5).
Posisi point 2 tetap dipertahankan dan CV 1 dan CV 2 dibuka secara perlahan lahan serta motor sirkulasi air dan cooling tower ON Jika setting point temperatur (T) dan tekanan (P) tercapai (N-Pentane berubah menjadi uap) maka CV 5 OFF menutup akses aliran melalui three way valve, CV 6 OFF dan CV 4 ON secara perlahan memasukan fluida kerja dalam bentuk fasa uap ke turbin, dalam kondisi ini turbin sudah berputar pada putaran normal. Pada Gambar 6 dibawah ini diperlihatkan sistem kerja kondisi pemanasan N-Pentane.
Gambar – 6. Sistem PLTP saat Kondisi pemanasan N-Pentana dan Inlet turbin
5
Dalam hal ini berpacu kepada heat balance PLTP Binary Cycle temperatur brine adalah 165 0C dengan tekanan inlet 7 bar. Pembukaan CV 1 dan CV2 dengan waktu (timing) tertentu yaitu sekitar 5 menit. Dengan pembukaan awal control valve brine, maka fluida kerja akan dipanasi hingga berubah fasa menjadi fasa uap murni dimana N-Pentane akan menjadi uap pada suhu 147 0C pada tekanan 15 bar. Dalam hal ini control valve CV4 digunakan sebagai governor serta akan bekerja jika media kerja telah berubah fasa menjadi fasa uap. CV4 menerima sinyal masukan dengan suhu tertentu agar CV4 bekerja pada suhu perubahan fasa dari NPentane yaitu 147 0C pada tekanan 15 bar untuk memutar turbin.
2.2. Aplikasi dan Prinsip Kerja Sistim Kontrol dan Proteksi Pada Siklus Binari[6] Sistim kontrol dan proteksi siklus binari ini dikembangkan mengunakan sistim PLC (Programming Logic Controller) untuk menutup dan membuka 6 buah control valve sebagai penentu kondisi tekanan dan temperatur pada heat exchanger. Sedangkan sistim setting point dan monitoring dilakukan dengan sistim Human Machine Interface (HMI) berupa layar sentuh sehingga memudahkan saat mensetting parameter-parameter baik tekanan, temperatur dan lainnya[6]. Proportional Integral Derivative (PID) controller digunakan sebagai pengontrol besaran temperatur, tekanan dan memberi batasan maksimum serta minimum dari setting point. Pada PLTP siklus binari terdapat nilai minimum dan nilai maksimum. Ketika suhu dan tekanan media kerja melalui control valve dengan setting point minimum, maka control valve akan membuka secara proporsional dan kecepatan pembukaan bergantung dari nilai pertambahan (gain) yang disetting. Ketika nilai suhu dan tekanan melebihi batas setting point, maka control valve akan menutup[4].
Control valve bekerja secara proporsional berdasarkan inputan temperatur dan tekanan. Setting value sistem dapat diatur dengan penambahan (gain) yang bervariasi yang berfungsi untuk mengatur kecepatan menutup atau membuka control valve. Pemrograman PID dibuat untuk mengatur batas minimum dan maksimum besaran suhu dan tekanan yang diinginkan agar media kerja tetap dalam keadaan/batas aman. Hasil program dapat diintegrasikan dengan HMI sebagai pusat kontrol dan monitoring. Pada sistim siklus binari ini terdapat 6 buah control valve pada PLTP Siklus Binari dan program PID digunakan pada; CV1 (control valve inlet brine ke preheater), CV2 (control valve inlet brine ke evaporator) dan CV4 (control valve input ke turbin)[3,6] Control valve akan membuka dan menutup secara proporsional bedasarkan nilai temperatur dan tekanan dari fluida kerja yang tercatat pada sensor tekanan (pressure transmitter) dan sensor temperatur (thermocpuple). Ke dua sensor ini memberikan signal masukan berupa arus listrik 4 – 20 mA dengan kisaran 0% sampai 100%. Pengujian dan penyesuaian setting point dengan kondisi riil lapangan akan dilakukan setelah PLTP Dieng beroperasi. III. HASIL PENGUJIAN
3.1 Hasil Pengujian proportional motion terhadap Control Valve[6] Pada PLTP Binary cycle pergerakan control valve harus secara bertahap dimulai dari penutupan katup kondisi 0% hingga pembukaan katup kondisi 100%. Pergerakan proporsional ini dimaksudkan untuk mengatur intensitas brine/fluida kerja yang masuk ke dalam komponen PLTP Binary Cycle serta sebagai langkah preventif dan proteksi terhadap kondisi-kondisi berbahaya akibat overhea pada fluida kerja yang masuk ke dalam Heat Exchanger.
6
Control valve yang digunakan pada PLTP Binary Cycle adalah PS Automation dengan tipe linear actuator valve yang mampu dikontrol penutupan dan pembukaanya dengan besaran tegangan maupun besaran arus Spesifikasi control valve sebagaimana pada Tabel - 2 berikut. Tabel-2 Spesifikasi Control Valve PLTP Binary Cycle Items Type
Spesifikasi
Velocity
PSL 204.1 1,0 mm/s [50Hz] / 1,2 mm/s [60Hz]
Power Supply [V]
230 VAC 1~
Ident- No.
.
Frequency [Hz]
50/60
Rated Current [A] max. Power Consumption [VA]
0,23/0,21
Duty Cycle IEC 60034-1 Ambient Temperature [°C]
72/68 S2 30min/ S4 50% ED @ 25 Degree 20°C to +80°C (S2) / -20°C to +60°C (S4)
Motor Protection
Thermo switch
Pengujian pergerakan secara proporsional dilakukan dengan memberikan arus 4-20 mA dengan menggunakan program PID dengan pemberian sinyal 4-20 mA yang diberikan oleh FX2N 4 DA sebagai perangkat eksternal modul PLC yang mengirim sinyal digital ke control valve. Berikut adalah gambar-7 yang merupakan list program PLC untuk pergerakan proporsional dan pemberian sinyal secara manual.
Gambar - 7. Program PID untuk manual CV
Urutan program PLC diatas menggunakan parameter arus sebagai pusat kontrol. Range besaran arus adalah 4 mA s/d 20 mA. External module memberikan arus yang diatur dari pemrograman kepada control valve. Tabel – 3 berikut menunjukkan besaran parameter listrik yang digunakan saat pengujian control valve. Tabel-3 Besaran Pengujian Control Valve Bahan/Alat Pengujian PLC FX2N 64 MR Module FX2N 4 DA Thermocouple Pressure transmiter Pemanas air Human Machine Interface
Spesifikasi 1 1 Range max 400 0C Max 40 bar 50 0C hingga 100 0C Monitoring
Gambar-8 menunjukan percobaan pergerakan control valve secara proporsional dengan menggunakan modul PLC dan eksternal.
Gambar-8. Percobaan Pergerakan Control Valve secara Proporsion Dari hasil pengujian (lihat Tabel-4) dapat diketahui dengan memberikan arus secara manual dari programming PLC, control valve dapat merspon dengan membuka secara proposional sesuai dengan besaran arus yang diberikan. Gambar-20 menunjukan Pengujian PID Program terhadap Control Valve dengan menggunakan modul PLC dan eksternal. Dari hasil pengujian (lihat Tabel-4) dapat diketahui dengan memberikan arus secara manual dari programming PLC, control valve dapat
7
merspon dengan membuka secara proposional sesuai dengan besaran arus yang diberikan. Gambar-20 menunjukan Pengujian PID Program terhadap Control Valve dengan menggunakan modul PLC dan eksterHasil pengujian yang dilakukan dengan mengatur panasnya air secara bertahap dapat dilihat pada Tabel-4. Thermocouple akan mendeteksi besarnya temperatur yang akan dibaca oleh PLC untuk dimonitoring oleh HMI. Tabel-4 Hasil Pengujian PID Program Terhadap CV Dengan Kenaikan Temperatur 10oC Deskripsi pengujian Nilai T (0C) 60 70
Parameter Setting Value T, oC Min T 60 Max.T 100
Hasil Pengujian
Setting Value P, bar
Bukaan CV (mm)
Persen bukaan (%)
16
0
0
6,25
25
12,5 18,75 25
50 75 100
80 90 100
dalam mendeteksi perubahan parameter temperatur yang terjadi pada PLTP Binary Cycle. Hasil pengujian PID dengan menaikan dan menurunkan temperatur sebesar 5 oC ditunjukkan pada Tabel-7. Tabel-7 Hasil Pengujian Program PID Terhadap CV Dengan Kenaikan Temperatur 5 oC Deskripsi pengujian
Nilai T (0C)
100 - 90 85 - 80 75 - 70 65 - 60
Parameter Setting Value Setting T, oC Value P, bar
Min. T 60 oC Max T 100 oC
16
Hasil Pengujian Tutupan CV (mm)
Prosen Tutupan (%)
25 - 18,75
12,5
15,625 12,5 9,375 6,25 3,125 - 0
sebagai proteksi apabila tekanan melebihi tekanan maksimum maka control valve akan menutup 100% sebagai langkah proteksi terhadap PLTP binary Cycle.
3.2 Hasil Pengujian Program Kontrol dan Proteksi di PLTP Binary Cycle Dieng Pengujian program kontrol dan proteksi dilakukan di Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) Binary Cycle Dieng-Jawa tengah. Proses pengujian sistem program PLTP Binary Cycle dilakukan melalui dua tahapan. Tahap pertama yaitu dengan mengatur kondisi-kondisi pembukaan control valve sebelum dioperasikannya sistem PLTP Binary Cycle, dalam hal ini kondisi sistem PLTP Binary Cycle dalam kondisi OFF atau tidak ada aliran brine dalam sistem kemudian progam pada control valve diuji dengan memasukan point value secara manual pada Human Machine Interface (HMI) untuk memastikan kinerja dan fungsi-fungsi keenam control valve bekerja dengan baik. Tabel-9 berikut menunjukan kondisi-kondisi enam control valve pada proses pengujian secara manual di PLTP Binary Cycle. Tabel-9 Kondisi Kontrol Valve untuk Persiapan Pengujian PLTP Binary Cycle No
Control Valve
1
CV 1
2
CV 2
3
CV 3
4
CV 4
37,5 62,5 100
Pengujian dengan parameter tekanan dilakukan dengan memberi set value dengan tekanan 5 bar hingga 15 bar. Besaran tekanan
5
CV 5
6
CV 6
Deskripsi Control Valve Inlet Control Valve ke Preheater Inlet Control Valve ke Evaporator Output Pompa pentane ke Preheater Bypass Output Evaporator ke Kondensor Output Evaporator ke Turbin
Kondisi Pembukaan 100% 100% 0% 0% 100% 0%
8
Setelah pembukaan keenam control valve diatur dengan kondisi pada tabel-9, maka langkah berikutnya adalah memasukan brine (hot water) ke dalam sistem PLTP Binary. Cycle. Kondisi temperatur dan tekanan pada brine yang terbaca oleh instrumen thermocouple dan instrumen pressure transmitter milik PT. Geodipa Energi Dieng adalah 180 0C dan tekanan 9 bar (gambar-9).
Gambar-9. Kondisi temperatur dan tekanan pada PAD 29 Geodipa Kemudian tahap kedua dilakukan pembukaan gate valve brine sebesar 10%. Hasil pengukuran temperatur brine pada sistem PLTP Binary Cycle dengan pembukaan gate valve 10% diperlihatkan pada tabel -10. Tabel-10 Kondisi temperatur brine pada sistem PLTP Binary Cycle Dieng untuk pembukaan gate valve brine 10%
No
1 2
Wakt u
0 s/d 5 menit 5 s/d 10 menit
Brin e Geod ipa Pipe (0C)
Suhu Preheater (0C)
Suhu Evaporator (0C)
Suhu Kondensor (0C)
In
Out
In
Out
In
Out
100
100
94
100
94
20
20
100
100
94
100
94
20
20
Kemudian setelah 10 menit pertama langkah berikutnya adalah mengatur pembukaan control valve sesuai kondisi pada tabel-11 berikut.
Tabel-11 Kondisi Kontrol Valve untuk Persiapan Pengujian PLTP Binary Cycle No
Control Valve
1
CV 1
2
CV 2
3
CV 3
4
CV 4
5
CV 5
6
CV 6
Deskripsi Control Valve Inlet Control Valve ke Preheater Inlet Control Valve ke Evaporator Output Pompa pentane ke Preheater Bypass Output Evaporator ke Kondensor Output Evaporator ke Turbin
Kondisi Pembukaan 100% 100% 100% 0% 100% 0%
Dalam hal ini proses pemanasan pentane mulai dilakukan dengan menghidupkan motor pentane serta dilakukan pembukaan control valve CV3 100% sehingga fluida kerja bersirkulasi pada preheater dan evaporator. Tabel-12 berikut menginformasikan kondisi temperatur pada brine dan fluida kerja. Tabel-12 Kondisi Temperatur pada proses heating up Kondisi Temperatur Brine & Pentane (10 menit s/d 20 menit) No
1 2
Deskripsi
Brine Fluida Kerja
Suhu Preheater (0C)
Suhu Evaporator (0C)
Suhu Kondensor (0C)
Inlet
Outlet
Inlet
Outlet
Inlet
Outlet
100
94
100
94
20
20
24
90
90
105
100
Gambar-10. Kondisi temperatur dan tekanan pada inlet dan output evaporator saat proses sirkulasi fluida kerja
9
-
Tekanan kerja pompa terukur sebesar 15 bar dan suhu lingkungan (ambient temperatur) sebesar 26 0C. Pembukaan gate valve perlahan-lahan dibuka secara penuh dengan pembukaan secara bertahap sebesar 10%. Pembukaan gate valve dilakukan untuk mendapatkan suhu yang ingin dicapai sebesar 165 0C dan tekanan 6,4 bar. Temperatur maksimum yang diperoleh dengan pembukaan 100% gate valve inlet brine adalah sebesar 130 0 C dengan kondisi temperatur pada tabel-13 berikut. Tabel-13 Kondisi Temperatur pada kondisi temperatur maksimum brine
No. 1 2
Kondisi Temperatur Brine & Pentane (20 menit s/d 30 menit) Suhu Suhu Suhu Kondensor Evaporator Preheater (0C) (0C) Deskripsi (0C) Inlet Outlet Inlet Outlet Inlet Outlet Brine 130 110 130 110 30 40 Fluida Kerja 90 110 110 120 30 40
melampaui temperatur setting point nya program akan memerintahkan control valve yang menuju turbin untuk menutup dan memerintah control valve yang menuju kondenser melalui by pass line untuk membuka dengan mengirim signal arus listrik sebesar 4-20 mA. Sebelum diaplikasikan pada siklus binari, sistim kontrol berbasis program PLCPID ini telah diuji cobakan pada skala laboratorium. Pengujian pertama dilakukan dengan memberikan besaran arus tertentu mulai 4 mA hingga 20 mA dan hasilnya semakin besar arus yang diberikan prosentase bukaan control valve membuka secara gradual. Control valve akan membuka maksimum (100%) jika menerima signal arus listrik sebesar 20 mA, sepeti pada gambar-21.
Pada tabel diatas temperatur maksimum diperoleh sebesar 130 0C maka pemanasan fluida kerja tidak tercapai sehingga proses pembukaan CV 4 atau fluida kerja masuk untuk memutar turbin tidak dilakukan. IV. PEMBAHASAN Pengembangan sistim kontrol dan proteksi ini dimaksudkan untuk melindungi sistim siklus binari dari kondisi over temperature dan over pressure. Panas yang berlebihan yang diterima oleh fluida kerja Npentana dari brine menyebabkan fluida kerja menjadi overheated dimana temperatur npenatana melampaui temperatur kritisnya yaitu pada temparatur 193oC sehingga fluida npentana bisa meledak. Untuk mengantisipasi overheated dan over pressured ini setting point temperatur dan tekanan pada program PID adalah temperatur 160oC dan 16 bar, jika terdeteksi temperatur N-pentana yang keluar dari evaporator
Gambar-11. Respon Control Valve Terhadap Signal Arus Listrik Pengujian ke dua dilakukan dengan memberikan signal temperatur yang bervariasi dengan interval 10oC mulai dari 60oC hingga 100oC, pada kondisi temperatur ruangan pada pengujian ini hanya bisa hingga temperatur 100oC. Pada Program PID setting point temperatur 60 - 100oC dan tekanan 16 bar, hasilnya menunjukan bahwa control valve sudah dapat merespon perintah dari program PID seseuai dengan setting pointnya. Gambar – 22 menunjukkan prosentase bukaan control valve terhadap perubahan signal temperatur
10
yang diubah oleh program PID menjadi signal arum 4 – 20 mA
60oC hingga 100oC prosentase bukaan control valve adalah sebesar 0 – 100%. 3. Control valve sudah dapat merespon dengan membuka dan menutup secara gradual sesuai besaran signal arus yang diterimanya. 4. Untuk pengujian di kondisi riil lapangan akan dilakukan setting value kembali sesuai kondisi. VI. DAFTAR PUSTAKA
Gambar-12. Respon Control Valve Terhadap Signal temperatur Pada pengujian ke tiga, signal temperatur diubah-ubah dengan menaikkan dan menurunkan setiap 5oC melalui inputan signal pada HMI mulai dari temperatur 60 oC hingga 100oC, hasilnya bukaan control valve bervariasi dari 12.5% hingga 100%. Respon control valve untuk membuka dan menutup dari 0% hingga 100% memerlukan waktu hanya 15 hingga 20 detik, kecepatan respon control valve ini sangat penting jik nanti diaplikasikan pada siklus binari, karena perubahan parameter-parameter tekanan dan tekanan pada kondisi riil juga sangat dipengaruhi seberapa besar laju alir massa brine yang masuk ke dalam siklus binari. Kondisi ini menjadi pertimbangan tersendiri, untuk mengantisiapasi kejadian-kejadian di lapangan yang tidak bisa diperkirakan dari awal.
[1] Badan Geologi, Kementerian Energi dan Sumbe daya Mineral,Potensi dan Pengembangan Sumber Daya Panas Bumi Indonesia, ISBN: 978-602-177049-8, Bandung 2012. [2] Tohoku Electric Power Co., Inc., (2006) Preventions and Solutions for the Scale Problem at the Geothermal Power Plant and CDM Study in Indonesia., Engineering and Consulting Firms Association, Japan, Study Report, pp S-1 [3] P3TKEBTKE, Kerangka Acuan Kerja (KAK) Sitem Kontrol PLTP Binary Cycle Dieng, Kementrian ESDM, Jakarta, 2012. [4] MITSUBISHI, Manual Programming FX Series, Mitsubishi, Tokyo, 1993 [5] M. Budianto, A. Wijaya. 2003.
Pengenalan Dasar-Dasar : PLC. Yogyakarta : Gava Media. [6] PT. IPK., Binary Cycle Project, PT. Intan Prima Kalorindo, Bekasi, 2013.
V. KESIMPULAN 1. Agar media kerja tetap dalam keadaan/batas aman maka pengaturan batas minimum dan maksimum tekanan dan temperatur diatur oleh program PID. 2. Pada pengujian ini variasi inputan hanya pada temperatur sedangkan tekanan dibuat konstan, dengan merubah temperatur dari
11
