Tugas Besar Hydraulics/Pneumatics

DESAIN COMPRESSED AIR ENERGY SYSTEM

Gregorius William D.B.P

2106728036

Sistem Konversi Energi - 02

Tugas besar saya berjudul "Desain Compressed Air Energy Storage Untuk Kebutuhan Pembangkitan Listrik" CAES adalah suatu sistem penyimpanan gas bertekanan yang digunakan untuk menghasilkan listrik melalui turbin generator. Sistem ini digunakan pertama kali di pembangkit listrik Huntorf, Jerman. Sistem ini memiliki beberapa kelebihan, yaitu :

1.Keandalan sistem yang baik

2.Dapat menyimpan energi dalam jumlah besar untuk jangka waktu panjang sebagai cadangan

3.Sumber energi yang ramah lingkungan

4.Lebih murah dibanding penyimpanan dalam bentuk baterai untuk penggunaan skala besar

Cara kerja dari CAES adalah sebagai berikut :

1.Sisa dari listrik yang dibangkitkan pada pembangkit listrik digunakan untuk menggerakkan kompresor untuk memasukkan udara ke dalam tangki

2.Tangki diisi hingga tekanan tertentu

3.Gas bertekanan dipanaskan sebelum menuju turbin untuk menaikkan efisiensi

4.Gas yang sudah dipanaskan masuk ke dalam turbin gas untuk menggerakkan generator

CAES dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan besarnya daya yang dihasilkan. Berikut adalah beberapa jenis CAES:

CAES	Daya (MW)	Penyimpanan	Kegunaan
Small	<10	Tank, vessel	Microgrid, backup power, pembangkit listrik dengan energi terbarukan
Medium	10-100	Tank, vessel, salt cavern	Pembangkit listrik regional untuk kota kecil, meningkatkan efisiensi pembangkit listrik energi terbarukan
Large	>100	Salt cavern	Penyimpanan energi besar untuk kebutuhan tambahan, pengintegrasi untuk sumber energi terbarukan

Untuk tugas ini saya akan merancang sistem CAES berkapasitas 20 MW. Untuk membuat konsep desain dari CAES ini saya menggunakan metode pemecahan masalah bernama DAI5 dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Deep Awareness of I: Kesadaran mendalam terhadap diri sendiri sebagai individu yang menghadapi masalah.

2. Intention: Menentukan niat atau tujuan utama dalam menyelesaikan masalah.

3. Initial Thinking (About the Problem): Mengembangkan pemikiran awal dan analisis dasar mengenai masalah yang dihadapi.

4. Idealization: Menciptakan model ideal dari solusi atau pendekatan yang dapat diambil.

5. Instruction Set: Menyusun langkah-langkah instruksi yang akan diambil untuk menyelesaikan masalah.

Dari metode tersebut, saya mendapat kesimpulan dari setiap langkah-langkah sebagai berikut :

1. Deep Awareness of I: Kesadaran mendalam terhadap diri sendiri sebagai individu yang menghadapi masalah.

Sebagai mahasiswa saya diajak untuk belajar dan membuat ide-ide sebagai bentuk pemahaman dari pembelajaran. Tugas kali ini memperbolehkan saya untuk membuat suatu konsep dari sistem pneumatik dengan tujuan untuk mengukur seberapa jauh pemahaman saya akan teori dari sistem hidrolik / pneumatik. Saya sebagai mahasiswa teknik mesin juga sadar bahwa sistem pneumatik sangat banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari untuk berbagai keperluan, mulai dari penunjang sarana transportasi hingga pembangkitan listrik. Dalam tugas kali ini saya ingin merancang suatu sistem compressed air energy system yang bertujuan untuk cadangan energi listrik yang memanfaatkan energi terbarukan, mengingat bahwa saat ini Indonesia sedang mengurangi emisi karbon dengan mengurangi penggunaan bahan bakar fosil dan meningkatkan penggunaan EBT untuk pembangkitan listrik. Kebutuhan energi listrik di Indonesia semakin besar setiap harinya, sehingga diperlukan suatu unit energi cadangan.

2. Intention: Menentukan niat atau tujuan utama dalam menyelesaikan masalah.

Tujuan saya adalah menuangkan pemahaman ilmu sistem hidrolik/pneumatik untuk menciptakan suatu sistem pembangkit energi cadangan berbasis sistem pneumatik yang ramah lingkungan dan efektif untuk jangka waktu panjang.

3. Initial Thinking (About the Problem): Mengembangkan pemikiran awal dan analisis dasar mengenai masalah yang dihadapi.

Permasalahan pada merancang sistem CAES adalah desain dari tangki/vessel, desain kompresor, desain turbin, sistem pemanasan untuk udara, dan Thermal Energy Storage. Untuk kebutuhannya sebagai berikut :

Komponen	Spesifikasi
Besar Penyimpanan	20 MW untuk 4 jam
Tekanan Operasional	100 bar
Material Vessel	Baja
Volume Vessel	10000 m³ (dibagi menjadi beberapa vessel)
Power Kompresor	10 MW
Turbin	20 MW
TES	90% panas dari proses kompresi

4. Idealization: Menciptakan model ideal dari solusi atau pendekatan yang dapat diambil.

Beberapa hal yang dapat dijadikan pertimbangan untuk efisiensi sistem :

A. Penggunaan Thermal Energy Storage (TES) yang terbuat dari PCM yang dapat menyimpan 90% energi panas hasil kompresi udara untuk pre-heating udara untuk menaikkan efisiensi

B. Pressure relief valve untuk melepas tekanan berlebih untuk keamanan dalam keseluruhan sistem

C. Penggunaan turbin jenis turbin sentrifugal agar penggunaan ruang lebih efisien

D. Penggunaan sensor-sensor yang terhubung dengan PLC

5. Instruction Set: Menyusun langkah-langkah instruksi yang akan diambil untuk menyelesaikan masalah.

Langkah-langkah yang harus dilakukan untuk merancang adalah:

I. Hitung data teknis dari sistem, seperti tekanan pada pipa, laju aliran udara, suhu udara hasil kompresi, dan perpindahan panas pada TES

II. Pilih material dan insulationvessel sesuai perhitungan dan pilih equipment sistem sesuai dengan kebutuhan dari perhitungan

III. Buat gambar P&ID dari sistem yang efisien, seperti mengurangi jumlah belokan pada jalur pipa

IV. Memasang sistem keamanan berupa sensor-sensor dan peralatan, seperti pressure relief valve

V. Uji coba sistem dengan memberi beban pada sistem untuk memastikan bahwa sistem bekerja dengan baik