Design of the Organic Rankine Cycle System with Recuperator on Brine Utilisation of Lahendong Geothermal Power Plant Unit 5

ANSHARI DAUDI, Dr.-Ing. Ir. Sihana; Ir. Ester Wijayanti, M.T.

2022 | Skripsi | S1 TEKNIK FISIKA

Brine PLTP Lahendong Unit 5 dengan laju aliran massa 146.38 kg/s, tekanan 8.63 bar, dan suhu 173.56 °C belum dimanfaatkan untuk memproduksi listrik [1]. Siklus Rankine Organik (SRO) digunakan karena merupakan sistem konversi energi yang efektif dalam sektor panas bumi [2]. Sistem ORC tingkat lanjut dapat dikembangkan untuk meningkatkan efisiensi termal dengan menambahkan recuperator [3]. Rekuperator dapat mengurangi kerja evaporator dengan memanfaatkan kalor aliran keluar turbin untuk memanaskan aliran masukan evaporator. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan sistem optimal SRO dengan rekuperator berdasarkan aspek ekonomi, daya keluaran bersih, dan keselamatan, serta desain rekuperator yang sesuai. Sistem ORC dirancang dan dioptimalkan dengan menggunakan Cycle-Tempo 5.0. Ada tiga fluida kerja organik yang dipertimbangkan yaitu pentana, isopentana, dan butana. Selain itu, penelitian ini mempertimbangkan dua desain rekuperator dari metode yang berbeda (metode Kern dan Taborek). Sistem optimum yang dihasilkan memiliki daya keluaran bersih 1956,39 kW dengan biaya investasi spesifik 3487,51 $2020/kW. Desain rekuperator yang dihasilkan terdiri dari dua unit shell and tube yang disusun secara seri. Rekuperator memiliki panjang tube 5181 mm, diameter shell 2100 mm, 1 lintasan shell dan 2 lintasan tube, dan menghasilkan koefisien perpindahan kalor keseluruhan 65,285 W/m2.K dengan luas perpindahan kalor 1888,917 m2 dan penurunan tekanan masing-masing 0,0003 bar dan 0,072 bar untuk sisi tube dan sisi shell.

The brine of Lahendong Geothermal Power Plant Unit V, which has 146.38 kg/s of mass flow rate, 8.63 bar of pressure, and 173.56 °C of temperature, has not been utilised to produce electricity [1]. Organic Rankine Cycle (ORC) is used since it has been accepted as an effective energy conversion system in the geothermal application [2]. An advanced ORC system can be developed to increase thermal efficiency by adding a recuperator [3]. The recuperator could reduce the evaporator work by using the heat of turbine outlet flow to heat the evaporator input flow. This research aims to obtain an optimal ORC system with a recuperator based on economic, net output power, and safety aspects, and an appropriate recuperator design. The ORC system is designed and optimised by using Cycle-Tempo 5.0. There are three organic working fluids considered: pentane, isopentane, and butane. Besides, this research considers two recuperator designs from different methods (Kern and Taborek methods). The optimum system resulted produces 1956.39 kW of net output power with 16.55% of efficiency and 3487.51 $2020/kW of specific investment cost. The recuperator design resulted consists of two shell and tube units in series. It is constructed with 5181 mm of tube length, 2100 mm of shell diameter, 1 of shell passes and 2 of tube passes and result 65.285 W/m2.K of overall heat transfer coefficient with heat transfer area of 1888.917 m2 and pressure drop of 0.0003 bar and 0.072 bar for tube-side and shell-side, respectively.

Kata Kunci : brine, geothermal power plant, Organic Rankine Cycle, recuperator