Peranan Elektronika Daya Dalam Industri Perminyakan
Ari Budi Prasetya, Kukuh Samudra, M. Erwin Susetyo
Mahasiswa Teknik Tenaga Listrik Institut Teknologi Bandung
Industri perminyakan merupakan salah satu industri dengan perputaran uang terbesar di dunia, dikarenakan sejak pertama kali ditemukan, minyak mempunyai sifat yang unik dan beragam kegunaan. Karenanya, sampai saat ini berbagai aspek di dunia kita dikembangkan dengan minyak sebagai porosnya. Hal ini membuat permintaan dunia akan minyak semakin besar dan harganya pun terus melambung tinggi.
Elektronika daya sebagai disiplin ilmu yang mempelajari pemanfaatan teknologi elektronika dalam konversi daya (energi) elektrik memiliki peran yang cukup besar dalam industri perminyakan. Elektronika daya dikembangkan karena dipercaya dapat membuat sistem semakin efisien, sehingga biaya dalam industri perminyakan, mulai pengeboran sampai pengolahan, dapat ditekan seminimal mungkin.
Mengingat hal tersebut, efisiensi menjadi hal yang sangat ditekankan agar suatu perusahaan yang bergerak di bidang perminyakan dapat terus bersaing. Sebagai permulaan, alat-alat dengan sumber energi listrik lebih banyak dipakai di industri perminyakan karena lebih murah dan perawatannya tidak terlalu mahal. Tidak hanya sampai disitu, efisiensi dalam pengoperasian alat-alat berat yang ada di industri perminyakan tersebut masih terus berusaha ditingkatkan dengan memanfaatkan elektronika daya.
“Hampir semua peralatan listrik bekerja kurang efisien atau tidak bisa bekerja pada sumber energi (daya) elektrik yang tersedia.”(1) Hal ini juga berlaku dalam industri perminyakan. Dalam usaha untuk mendapatkan minyak, setelah suatu titik sumber minyak telah ditemukan melalui proses eksplorasi, dilakukan pengeboran dan pemompaan yang melibatkan energi listrik dalam jumlah cukup besar. Di sinilah pentingnya usaha untuk meningkatkan efisiensi kerja selama proses pengambilan minyak tersebut, mulai dari pengeboran sampai pemompaan minyak ke luar agar tidak banyak listrik yang terbuang sia-sia.
Selain itu, demi alasan keamanan, mengingat banyaknya bahan yang mudah terbakar di industri perminyakan, dipakai jenis motor tanpa brush ataupun komutator dan slip-ring sehingga motor induksi terutama jenis motor induksi squirrel-cage menjadi pilihan yang utama.
Pemanfaatan Variable Speed Electrical Drives (Penggerak Elektrik Multikecepatan)
Seperti disebutkan di atas bahwa hampir semua peralatan listrik bekerja kurang efisien, pada penggunaan motor dalam industri perminyakan bisa mungkin membuat putaran motor bisa diatur sesuai kebutuhan. Dalam proses pengeboran dan pemompaan yang melibatkan motor-motor listrik, kondisi lapangan tidak selalu konstan sehingga putaran motor-motor listrik tersebut sebisa mungkin menyesuaikan kondisi lapangan tersebut. Misalnya saja pada proses pengeboran, torsi drilling rig dibuat agar sesuai kekerasan formasi tanah dan batuan yang dibor. Untuk proses pemompaan, kondisi input fluida menentukan laju putaran pompa pada kompresor dan pipeline. Agar kondisi tersebut bisa dicapai, dibutuhkan suatu mekanisme elektrik yang dapat mengatur motor-motor tersebut. Di sinilah dimanfaatkan penggerak elektrik multikecepatan atau variable speed electrical drives (VSD). Secara sederhana, rangkaian VSD adalah sebagai berikut:
Gambar skema VSD. Sumber: file presentasi “penyearah-dioda-kuliah-ke-4-compatibility-mode.pdf”
oleh Pekik A. Dahono
Industri perminyakan juga memanfaatkan sumber listrik AC dengan frekuensi tetap. Dengan penggerak elektrik multikecepatan, tegangan dan frekuensi yang masuk ke motor bisa diatur yang berarti putaran motor juga diatur sehingga sesuai dengan kebutuhan. Apabila tidak menggunakan VSD tersebut, putaran motor misalnya konstan tinggi maka efisiensi berkurang sangat drastis mengingat kondisi lapangan yang tidak tetap, kadang hanya butuh putaran motor rendah kadang tinggi. Apabila motor dibuat berputar konstan rendah, resiko gagal operasi meningkat ketika dibutuhkan untuk mengatasi kondisi lapangan yang mengharuskan putaran motor tinggil. Artinya, efisiensi tinggi hanya bisa dicapai jika putaran motor bisa disesuaikan kondisi lapangan tersebut.
Memanfaatkan VSD berarti merubah pendayaan yang terjadi pada sisi input motor. Ada dua kondisi pendayaan yang terjadi, yaitu pengubahan tegangan namun frekuensi tetap dan pengubahan tegangan beserta frekuensinya berubah.
a. Pendayaan dengan tegangan berubah namun frekuensi tetap.
“Pada sistem ini, rangkaian thyristor disusun secara seri dengan lilitan stator pada motor. untuk setiap fase lilitan terdapat dua thyristor berbeda polaritas yang terhubung secara parallel, sehingga kita bisa mengendalikan arah arus utnuk kedua arah (+/-) pada lilitan. Fasa tegangan pada lilitan dapat dirubah dengan membuka-tutup thyristor (firing) sehingga akan diperoleh tegangan sinusoidal. Dengan demikian tegangan rata-rata dan RMS(Root Mean Square) akan berkurang. Torka yang dihasilkan pada motor akan berkurang sebanding dengan kuadrat tegangan RMS. Dengan memasang rangkaian closed-loop feedback control kita dapat mengetahui respon motor terhadap tegangan sehingga dengan mengatur periode firing dari thyristor , kecepatan motor dapat diatur secara akurat. Sistem ini hanya digunakan pada mesin berdaya rendah (<=20kW) karena sistem ini menghasilkan banyak tegangan dan arus harmonik.” (Dikutip dari http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211005billalmaydikaaslam/)
b. Pendayaan dengan tegangan berubah dan frekuensi juga berubah.
“Sistem ini terdiri dari dua bagian utama yaitu thyristor bridge-connected penyearah 3 fasa dan thyristor bridge-connected inverter 3 fasa. Rangkaian ini merubah tegangan AC menjadi DC melalui gerbang thyristor pada penyearah. Arus yang keluar dari penyearah lalu difilter dengan rangkaian induktansi seri sehingga arus yang memasuki inverter merupakan arus DC murni. Saat melewati inverter, thyristor pada inverter di-firing secara periodik sehingga frekuensi arus mengikuti frekuensi firing dari thyristor. Tegangan yang memasuki motor sudah memiliki nilai dan frekuensi yang berbeda dibanding tegangan awal. Sistem ini dapat disusun secara closed-loop untuk mendapat feedback dari motor sehingga kecepatan motor dapat diatur secara akurat. (Dikutip dari http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211005billalmaydikaaslam/2013/04/28/electric-speed-variable-drivers-penggerak-elektrik-multikecepatan-prinsip-teori-dan-aplikasi/ )
Gambar diagram skematik rangkaian variable voltage-variable frequency
Profil torque vs speed dari sistem ini dapat digambarkan dalam diagram berikut :
Gambar grafik torsi vs kecepatan rangkaian variable voltage-variable frequency
Sebagai pendukung bahwa elektronika daya begitu penting dan terus dikembangkan dalam industri perminyakan, menurut publikasi pada tahun 2011 oleh Riccardo Pittini , Magnar Hernes, dan Astrid Petterteig dari SINTEF Energy Research, dimulai pengembangan komponen elektronika daya yang dapat menahan tekanan ketika dioperasikan pada sumur pengeboran lepas pantai (offshore) untuk kedalaman deep dan ultra-deep water, dengan tekanan sekitar 300 bar.
Sampai sekarang pun, elektronika daya dalam industri perminyakan masih terus dikembangkan. Elektronika daya menyimpan harapan tak terbatas pada penekanan biaya dalam industri perminyakan, dan diharapkan dapat membuat minyak sampai pada tiap orang di berbagai penjuru dunia dengan harga yang terjangkau. Sekian.
Konversi ITB 