## Tinjauan Singkat Sistem PLTP Siklus Gabungan Sarulla Menggunakan Ormat Energy Converter
Jonius Christian Harefa 1) , Nazaruddin Sinaga 2)
1) Magister Energi, Sekolah Pascasarjana, Universitas Diponegoro, Semarang, Indonesia
2) Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Semarang, Indonesia Email korespondensi: joniuschristian@students.undip.ac.id

## ABSTRAK
Energi  panas  bumi  pemanfaatannya  masih  belum  maksimal  di  Indonesia.  Hingga  tahun  2020  realisasi pengembangan panas bumi menjadi listrik adalah sebesar 2.130,7 MW. Salah satu pembangkit listrik panas bumi (PLTP)  di  Indonesia  yang  telah  beroperasi  adalah  Sarulla  Geothermal  Power  Plant.  Kapasitas  total  yang dihasilkan Sarulla adalah sebesar 330 MW. Sarulla merupakan Geothermal Combined Cycle yang menggunakan binary  power  plant  untuk  memaksimalkan  energi  panas  bumi  yang  ada.  Keluaran  Steam  Turbine  Generator (STG)  dimanfaatkan  melalui  Bottoming  OEC  untuk  menghasilkan  listrik  sebesar  7  MW  sedangkan  Hot  Water (Brine)  dimanfaatkan  melalui  Brine  OEC  untuk  menghasilkan  listrik  sebesar  15  MW.  Keluaran  uap  sisa  dan brine  yang  pada  umumnya  di  injeksikan  langsung  pada  injection  well,    dengan  teknologi  binary  dari  Ormat Energy  Converter  (OEC)  kemudian  dimanfaatkan  untuk  memaksimalkan  energi  panas  bumi  dengan menghasilkan listrik dengan kapasitas yang lebih kecil.
Kata Kunci: Panas Bumi, Siklus Gabungan, OEC, Sarulla, PLTP

## ABSTRACT
Geothermal energy is not fully utilized in Indonesia. Until 2020, the realization of geothermal development into electricity is 2,130.7 MW. One of the geothermal power plants (PLTP) in Indonesia that has been operating is the Sarulla  Geothermal  Power Plant.  The  total  capacity  produced  by  Sarulla  is  330  MW.  Sarulla  is  a  Geothermal Combined  Cycle  that  uses  a  binary  power  plant  to  maximize  existing  geothermal  energy.  The  output  of  Steam Turbine Generator (STG) is utilized through the OEC Bottoming to produce 7 MW of electricity while Hot Water (Brine) is utilized through the OEC Brine to generate 15 MW of electricity. The residual steam and brine output which  are  generally  injected  directly  into  the  injection  well,  with  the  binary  technology  from  Ormat  Energy Converter  (OEC)  are  then  utilized  to  maximize  geothermal  energy  by  generating  electricity  with  a  smaller capacity.

## Keywords: Geothermal, Combined Cycle, OEC, Sarulla, Geothermal Power Plant

## I. PENDAHULUAN
Negara  Indonesia  terdiri  dari  lebih  17.000  pulau.  Beberapa  diantaranya  dihuni  secara  permanen.  Ada  922  pulau diantaranya  dihuni  secara  permanen.  Akan  tetapi,  bentangan  pulau-pulau  di  Indonesia  terletak  di  atas  garis  seismik “Cincin  Api” atau sering  dikenal  dengan “ Ring  of  Fire ” yang membentang di  sekitar Pasifik dari  tenggara Australia hingga Barat Daya Amerika (Pambudi, 2018).
Cincin  Api  seperti  pada Gambar  1 membuat  Indonesia  memiliki  gunung  api  yang  aktif  dan  banyak.  Hal  ini menjadikan Indonesia memiliki kekayaan energi panas bumi  berlimpah. Menurut (Mohammadzadeh Bina,dkk, 2018), sumber panas bumi di Indonesia, dengan lebih dari 200 gunung berapi terletak di sepanjang Sumatera, Jawa, Bali, dan pulau-pulau  bagian  timur.  Indonesia  memiliki  potensi  panas  bumi  terbesar  dengan  perkiraan  potensi  sekitar  28  GWe yang terdiri dari 312 lokasi potensi panas bumi.
Gambar 1. Ring of Fire
(Sumber : Nasruddin,dkk, 2016)
Dari  data  Kementerian  Energi  dan  Sumber  Daya  Mineral  menunjukkan  total  kapasitas  terpasang  untuk  pembangkit energi  baru  terbarukan  khususnya  pembangkit  listrik  tenaga  panas  bumi  pada  tahun  2020  realisasinya  mencapai 2.130,7 MW (KESDM, 2021). Salah satu pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP) yang ada di Indonesia adalah Sarulla  Operation  Limited  ( Gambar  2 ).  Sarulla  merupakan Geothermal  Combined  Cycle  Unit yang  menggunakan teknologi binary cycle (Wolf,dkk, 2015).
Sarulla Geothermal  Power  Plant (GPP)  dikembangkan  oleh  Sarulla  Operation  Limited  (SOL),  sebuah  konsorsium swasta  Medco  Power  Indonesia,  Itochu  Corporation,  Ormat  Internasional  and  Kyushu  Electric  Power  Company (Sponsor Proyek). Sarulla GPP menjadi pembangkit listrik tenaga panas bumi kontrak tunggal terbesar di dunia setelah beroperasi dengan kapasitas 330 MW pada tahun 2018 (Rakhmadi,dkk, 2015).

## Gambar 2. Peta Lokasi Area Kontrak Sarulla
(Sumber : Gunderson,dkk, 1995)
Saat  ini,  Sarulla  telah  beroperasi  dan  menghasilkan  listrik  sebesar  330  MW.  Teknologi  PLTP  siklus  gabungan termasuk  teknologi  yang  masih  baru  di  Indonesia  untuk  sektor geothermal .  Menurut  (Rakhmadi,dkk,  2015),  Sarulla GPP menjadi Pembangkit listrik panas bumi di Indonesia yang pertama yang menggunakan teknologi combined cycle. Untuk itu, penulis dalam paper ini mencoba memberikan gambaran umum secara singkat bagaimana listrik dihasilkan dari pembangkit listrik siklus gabungan pada Sarulla Operation Limited.

## II. METODE
Pada paper ini, penulis menggunakan metode deskriptif dengan sumber data berasal dari data sekunder yang berupa data data dari jurnal ilmiah, buku, dan artikel ilmiah kredibel.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembangkit  listrik  tenaga  panas  bumi  konvensional  memanfaatkan  uap  panas  bumi  yang  berasal  dari  sumur  produksi untuk memutar turbin dan dengan generator kemudian menghasilkan energi listrik. Uap yang telah selesai dimanfaatkan dikondensasikan  menggunakan  kondenser  dan  diinjeksikan  kembali  ke  dalam  bumi  melalui  sumur  reinjeksi. Perkembangan  teknologi  dibidang  panas  bumi  telah  berkembang  dengan  sangat  baik  dengan  adanya  teknologi pemulihan  panas  ( Heat  Recovery  Technologies) .  Uap  sisa  dan hot  water (brine)  yang  pada  umumnya  diinjeksikan langsung ke dalam bumi, kini dimanfaatkan kembali untuk menghasilkan listrik menggunakan Organic Rankine Cycle .
Gambar 3. Klasifikasi Teknologi Pemulihan Panas
(Sumber : Anastasovski,dkk, 2020)
Pada Gambar  3 menunjukkan  bahwa Organic  Rankine  Cycle (ORC) merupakan  salah  satu  dari  teknologi  pemulihan panas. Menurut (Kavathia & Prajapati, 2021), sistem ORC merupakan sebuah sistem baru yang ramah lingkungan yang ditemukan untuk eksergi yang memiliki sumber panas tingkat rendah. Sistem ini dibangun untuk memulihkan sisa panas dan  merubah  sumber  energi  terbarukan  menjadi  energi  listrik.  Pemanfaatan  kembali  uap  sisa  untuk  produksi  listrik adalah  cara  berkelanjutan  untuk  mengurangi  emisi  CO 2 dan  merancang  sistem  energi  alternatif  dan  berkelanjutan (Loni,dkk, 2021).
Sebuah  ORC  diintegrasikan  ke  dalam  sistem    ke  dalam  sistem  untuk  menghasilkan  listrik  dengan  cara  yang  efisien. Menggunakan cairan organik sebagai pengganti air merupakan teknologi yang menjanjikan (Sorgulu,dkk, 2021). Sarulla memiliki dua area lapangan PLTP. Area pertama yaitu Silangkitang (SIL) yang berkapasitas 1x110 MW sedangkan area kedua yang berada di Namora I Langit menghasilkan 2x110 MW. Skema pembangkit yang berada di area SIL dan NIL memiliki  konfigurasi  yang  sama  seperti  yang  ditunjukkan  pada  gambar  4.  Setiap  unit  memiliki  1 Backpressure  steam turbin generator (STG), 4 unit Bottoming OEC, dan 2 Brine OEC.
Keuntungan dari Backpressure Steam Turbine (Wolf,dkk, 2015):
1. Tekanan uap keluaran hanya diatas tekanan atmosfer.
2. Tidak membutuhkan sistem vakum yang besar, canggih dan menkonsumsi energi tinggi.
3. Tidak ada udara masuk pada tingkat vakum dari condensing steam turbine.
4. Tingkat  turbin  yang  berkurang  untuk  mencegah  tingkat  akhir  pada  turbin  memiliki  sudu  sudu  rotor  yang panjang
5. Uap lembab berkurang pada uap sisa keluaran yang mengurangi erosi dan menambah efisiensi turbin.
Keuntungan dari Organic Rankine Cycle (ORC) (Wolf,dkk, 2015):
1. Efisiensi turbin yang tinggi pada kecepatan rendah
2. Tingkat turbin yang lebih sedikit
3. Ekspansi pada turbin bebas kelembaban
4. Terkondensasi pada tekanan mendekati tekanan atmosfer.
5. Pemanfaatan panas laten
Keuntungan dari Geothermal Combined Cycle Unit (Wolf,dkk, 2015) : 1. Penanganan yang lebih baik pada Noncondensable Gases (NCG)
2. Menggunakan pendingin udara
3. 100% injeksi semua steam terkondensasi dan fluida
4. Pemanfaatan brine untuk menghasilkan listrik.
Proyek dikembangkan terbagi menjadi tiga unit, setiap unit menggunakan teknologi combined cycle , sebuah kombinasi single flash dan Binary ORC teknologi yang dikembangkan oleh ORMAT Internasional untuk memanfaatkan steam dan brine dari lapangan Namora I Langit dan Silangkitang (Rakhmadi,dkk, 2015).
ORMAT pada tahun awal 1980’an pertama kali melakukan pengujian untuk penggunaan teknologi ORC untuk sumber panas bumi dengan sebuah sistem pembangkit listrik biner ( Binary Power Plant ). Teknologi ini juga dapat dipergunakan untuk pembangkit panas bumi yang memiliki sisa brine hasil pemisahan steam dan brine pada separator untuk digunakan kembali menghasilkan listrik (Hijriawan,dkk, 2019).
Istilah “Binary” merujuk pada penggunaan fluida kerja kedua yang digunakan untuk memutar turbin yang seluruhnya berada pada siklus tertutup. Fluida kerja kedua mendapatkan panas dari uap panas bumi melalui heat exchanger yang dikembangkan untuk sumber energi panas bumi bersuhu menengah hingga rendah. Setiap pembangkit listrik siklus biner menggunakan dua fluida. Fluida yang pertama adalah siklus pertukaran panas, yang mana merupakan fluida panas bumi (fluida utama) mengalir melalui heat exchanger dan fluida kedua adalah fluida yang akan mengalami perpindahan panas berupa fluida organik (Nasruddin,dkk, 2020).
Ormat Energy Converter (OEC) merupakan teknologi dari ORMAT yang dipergunakan di PLTP Sarulla. Terdapat dua OEC, pertama Bottoming OEC dan Brine OEC seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 .

## Gambar 4. Skema Proses NIL dan SIL Sumber : Wolf,dkk, 2015
Geothermal  Fluid di  Sarulla  yang  berasal  dari  sumur  produksi  merupakan  dua  fase  yaitu,  fase  gas  ( Steam )  dan  fase likuid Hot Water (Brine). Geothermal Fluid kemudian dipisahkan menggunakan separator. Fase steam dialirkan menuju Steam Turbine Generator (STG) untuk menghasilkan listrik dengan kapasitas mencapai 60 MW. Uap sisa keluaran dari STG  ini  kemudian  dialirkan  menuju heat  exchanger pada  Bottoming  OEC  sedangkan  fase  brine  hasil  pemisahan  dari separator dialirkan menuju Brine OEC.
Suhu geothermal fluid Sarulla yang berada pada range 100-200 0 C dapat dimaksimalkan dengan teknologi binary ORC. Menurut (Ahmadi,dkk, 2020), Organic Rankine Cycle yang memanfaatkan Geothermal Fluid dengan suhu 100-200 0 C paling banyak digunakan untuk menghasilkan listrik.
Gambar 5. Bottoming OEC
(Sumber : Wolf,dkk, 2015)
Uap  keluaran  dari Steam  Turbine  Generator (STG)  masih  memiliki  energi  panas  yang  dapat  digunakan  untuk memanaskan fluida kedua yaitu pentane. Heat  Exchanger (Vaporizer) digunakan sebagai  media penukar panas antara steam dengan pentane. Steam yang telah dimanfaatkan kemudian terkondensasi menjadi kondensat  sedangkan pentane yang  sebelumnya  merupakan  fase  likuid  berubah  menjadi  fase  gas/ vapor setelah  menyerap  energi  panas  dari  steam. Vapor pentane  yang  bertekanan  kemudian  digunakan  untuk  memutar  turbin.  Turbin  terdapat  dua  sisi  yaitu  sisi Clockwise  (CW  side)  dan  CounterClockwise  (CCW  side). Vapor pentane  yang  keluar  dari  turbin  kemudian  melalui pendinginan  pada condenser sehingga  terjadi  perubahan  fase  kembali  dari  fase  gas  menjadi  fase  likuid.  Pentane fase likuid  dipompakan  kembali  menuju Vaporizer untuk  dipanaskan  kembali,  sehingga  siklus  pentane  dalam  Bottoming OEC  ini  adalah  siklus  tertutup.  Energi  listrik  yang  dihasilkan  dari  Bottoming  OEC  total  sebesar  7  MW. Gambar  5 merupakan skema yang menunjukkan komponen utama yang terdapat pada Bottoming OEC.
Fasa  likuid  yang  berasal  dari  hasil  pemisahan geothermal  fluid yang  terjadi  di separator menghasilkan Hot  Water (Brine).  Brine    memiliki  energi  panas  yang  dapat  digunakan  untuk  menghasilkan  listrik.  Proses  dalam  Brine  OEC ( Gambar 6 ) memiliki prinsip yang sama dengan Bottoming OEC, akan tetapi yang membedakannya adalah pada media pemanas  pentane  menggunakan  likuid  brine  yang  bersuhu  tinggi.  Heat  exchanger  sebagai  media  penukar  panas memanfaatkan suhu tinggi pada brine dan merubah pentane yang berada pada fase likuid menjadi fase gas/ vapor . Vapor pentane  bertekanan  tinggi  ini  kemudian  digunakan  untuk  memutar  turbin  dan  menghasilkan  listrik  pada  generator dengan kapasitas sebesar 15 MW.
Salah satu kandidat fluida organik untuk sistem ORC adalah pentane. Pentane bekerja dengan baik pada kasus subkritis sementara  cairan  lain  cenderung  kurang  efektif  ketika  variasi  suhu  sumber  daya  dibatasi.  Berdasarkan  sifat  sifat  ini, pentane  terlihat  lebih  sesuai  untuk  diaplikasikan  pada  ORC  dengan  sumber  daya  panas  bumi  yang  bukan  hanya memiliki suhu kritis lebih tinggi tetapi juga tekanan kritis lebih rendah. Pemilihan teknologi yang sesuai untuk merubah energi  panas bumi menjadi listrik  sangat  penting, dikarenakan energi panas bumi di Indonesia banyak yang memiliki suhu dibawah 170 0 C dan suhu uap yang fluktuatif keluaran dari sumur. (Nasruddin,dkk, 2020).
Fluida kerja yang digunakan adalah pentane. Pentane merupakan sebuah senyawa organik dengan rumus kimia C 5 H 12. Pentane memiliki titik didih pada suhu 36,1 0 C. Suhu maksimal untuk Pentane berada pada 186,82 0 C seperti pada Tabel 1 sehingga sesuai  dengan suhu well production yang berada di  kisaran <200 0 C. R-245ca, isopentane, Pentane, dan R- 365mfc  merupakan fluida  kerja  dengan  siklus  kehancuran  eksergi  paling  rendah  sehingga  sangat  efisien.  Hal  ini membuat pentane menjadi pilihan terbaik untuk digunakan sebagai fluida kerja di binary power plant (Zeyghami, 2015).

## Tabel 1. Batas Suhu Fluida Kerja
(Sumber : Zeyghami, 2015)
Menurut (Rahbar,dkk, 2017), Menyimpulkan bahwa efisiensi termal tertinggi diperoleh dari fluida kering dengan suhu didih tinggi dalam sebuah recuperator ORC dimana pentane menunjukkan  efisiensi termal tertinggi hingga 13%.

## IV. KESIMPULAN
1. Pembangkit  listrik  panas  bumi  di  Indonesia  memiliki  potensi  yang  sangat  besar.  Perkembangan  teknologi  saat  ini memungkinkan untuk menghasilkan listrik dengan  energi panas yang berada pada kisaran < 200 0 C. Fluida sekunder dalam  hal  ini  pentane  yang  memiliki  titik  didih  rendah  berkisar  36 0 C  dapat  berubah  dari  fasa  likuid  menjadi  gas pada  suhu  yang  rendah  sehingga  tekanan  vapor  yang  dihasilkan  dapat  digunakan  untuk  memutar  turbin  dan menghasilkan listrik pada generator.
2. Teknologi  Ormat  Energy  Converter  dapat  dikembangkan  dan  digunakan  di  pembangkit  listrik  panas  bumi  di Indonesia  yang  memiliki  energi  panas   dari  uap  sisa  keluaran  dari steam  turbine  generator dengan  memanfaatkan teknologi heat recovery . Energi panas yang biasanya langsung di injeksi kembali ke dalam bumi melalui reinjection well sudah  dapat  dimanfaatkan  kembali  untuk  menghasilkan  listrik  kapasitas  kecil.  PLTP  di  Indonesia  secara keseluruhan  masih  belum  menerapkan  teknologi  binary  power  plant.  Hal  ini  dapat  menjadi  pertimbangan  dalam memaksimalkan  energi  panas  bumi  yang  telah  ada  saat  ini  untuk  meningkatkan  efisiensi  dan  menghasilkan  listrik kembali.

## DAFTAR  PUSTAKA
Ahmadi, A., el Haj Assad, M., Jamali, D. H., Kumar, R., Li, Z. X., Salameh, T., Al-shabi, M., & Ehyaei, M. A. (2020).
Applications of Geothermal Organic Rankine Cycle for Electricity Production. Cleaner Production .
Anastasovski, A., Raskovic, P., & Guzovic, Z. (2020). A Review of Heat Integration Approaches for Organic Rankine Cycle With Waste Heat in Production Processes. Energy Conversion and Management .
Gunderson, R. P., Dobson, P. F., Sharp, W. D., Pudjianto, R., & Hasibuan, A. (1995). Geology and Thermal Features of the  Sarulla  Contract  Area,  North  Sumatra,  Indonesia. Proceedings  World  Geothermal  Congress ,  687–692. https://www.geothermal-energy.org/cpdb/record_detail.php?id=4610
Hijriawan, M., Pambudi, N. A., Biddinika, M. K., Wijayanto, D. S., Kuncoro, I. W., Rudiyanto, B., & Wibowo, K. M. (2019).  Organic  Rankine  Cycle  (ORC)  in  geothermal  power  plants. Journal  of  Physics:  Conference  Series , 1402 (4). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1402/4/044064
Kavathia, K., & Prajapati, P. (2021). A Review om Biomass-fired CHP System Using Fruit and Vegetable Waste with Regenerative Organic Rankine Cycle (RORC). Material Today : Proceedings .
KESDM. (2021). Capaian Kinerja 2020 & Program 2021 . www.esdm.go.id
Loni, R., Najafi, G., Bellos, E., Rajaee, F., Said, Z., & Mazlan, M. (2021). A Review of Industrial Waste Heat Recovery System  for  Power  Generation  With  Organic  Rankine  Cycle:  Recent  Challenges  and  Future  Outlook. Cleaner Production .
Mohammadzadeh  Bina,  S.,  Jalilinasrabady,  S.,  Fujii,  H.,  &  Pambudi,  N.  A.  (2018).  Classification  of  geothermal resources in  Indonesia by applying exergy concept. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 93 (June), 499– 506. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.05.018
Nasruddin,  Idrus  Alhamid,  M.,  Daud,  Y.,  Surachman,  A.,  Sugiyono,  A.,  Aditya,  H.  B.,  &  Mahlia,  T.  M.  I.  (2016). Potential  of  geothermal  energy  for  electricity  generation  in  Indonesia:  A  review. Renewable  and  Sustainable Energy Reviews , 53 (2016), 733–740. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.09.032
Nasruddin, N., Dwi Saputra, I., Mentari, T., Bardow, A., Marcelina, O., & Berlin, S. (2020). Exergy, exergoeconomic, and  exergoenvironmental  optimization  of  the  geothermal  binary  cycle  power  plant  at  Ampallas,  West  Sulawesi, Indonesia. Thermal Science and Engineering Progress , 19 (November 2019), 100625. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2020.100625
Pambudi,  N.  A.  (2018).  Geothermal  power  generation  in  Indonesia,  a  country  within  the  ring  of  fire:  Current  status, future  development  and  policy. Renewable  and  Sustainable  Energy  Reviews , 81 (April  2016),  2893–2901. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.06.096
Rahbar, K., Mahmoud, S., Al-dadah, R. K., Moazami, N., & Mirhadizadeh, S. A. (2017). Review of Organic Rankine Cycle for Small-scale Applications. Energy Conversion and Management .
Rakhmadi, R. (2015). Using  Private Finance to Accelerate Geothermal Deployment : Sarulla Geothermal Power Plant,
Indonesia. Climate  Policy  Initiative , June ,  30.  http://climatepolicyinitiative.org/publication/using-private-finance- to-accelerate-geothermal-deployment-sarulla-geothermal-power-plant-indonesia/
Sorgulu, F., Akgul, M. B., Cebeci, E., Yilmaz, T. O., & Dincer, I. (2021). A New Experimentally Develop  Integrated Organic Rankine Cycle Plant. Applied Thermal Engineering .
Wolf,  N.  (2015).  Sarulla  330  MW  geothermal  project  key  success  factors  in  development. Transactions  -  Geothermal Resources Council , 39 , 907–912.
Zeyghami,  M.  (2015).  Performance  analysis  and  binary  working  fluid  selection  of  combined  flash-binary  geothermal cycle. Energy , 88 , 765–774. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.05.092