40

BAB IV

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA THERMAL

4.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS (PLTG)

Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang

menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas

dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang

dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan

selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan

kebutuhannya.

Adapun kekurangan dari turbin gas adalah sifat korosif pada material yang

digunakan untuk komponen-komponen turbinnya karena harus bekerja pada temperature

tinggi dan adanya unsur kimia bahan bakar minyak yang korosif (sulfur, vanadium dll),

tetapi dalam perkembangannya pengetahuan material yang terus berkembang hal tersebut

mulai dapat dikurangi meskipun tidak dapat secara keseluruhan dihilangkan. Dengan

tingkat efisiensi yang rendah hal ini merupakan salah satu dari kekurangan sebuah turbin

gas juga dan pada perkembangannya untuk menaikkan efisiensi dapat diatur/diperbaiki

temperature kerja siklus dengan menggunakan material turbin yang mampu bekerja pada

temperature tinggi dan dapat juga untuk menaikkan efisiensinya dengan menggabungkan

antara pembangkit turbin gas dengan pembangkit turbin uap dan hal ini biasa disebut

dengan combined cycle.

4.1.1 Prinsip Kerja

Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) mempunyai beberapa peralatan utama seperti :

Turbin Gas(Gas Turbine), Kompresor (Compressor), Ruang Bakar (Combustor).

Udara dengan tekanan atmosfir ditarik masuk ke dalam compressor melalui pintu,

udara ditekan masuk ke dalam compressor. Udara ditekan masuk ke dalam ruang bakar

dengan tekanan 250 Psi dicampur dengan bahan bakar dan di bakar dalam ruang bakar

41

dengan temperatur 2000 - 3000 F. Gas hasil pembakaran yang merupakan energi termal 0

dengan temperature dan tekanan yang tinggi yang suhunya kira-kira 900 C .

0

Gambar 4.1 Pembangkit Listrik Tenaga Gas

Dari energi panas yang dihasilkan inilah kemudian akan dimanfaatkan untuk memutar

turbin dimana didalam sudu-sudu gerak dan sudu-sudu diam turbin, gas panas tersebut

temperature dan tekanan mengalami penurunan dan proses ini biasa disebut dengan

proses ekspansi. Selanjutnya energi mekanis yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk

memutar generator hingga menghasilkan energi listrik.

Adapun sebagai pendukung pusat listrik tenaga gas ini digunakan beberapa alat

bantu (auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin gas berjalan dengan

baik, seperti :

Sistem Pelumas

Sistem Bahan Bakar

Sistem Pendingin

Sistem Udara Kontrol

Sistem Hidrolik

Sistem Udara Tekan

Sistem Udara Pengkabutan

42

4.1.2 Masalah Operasi PLTG

Dari segi operasi, unit PLTG tergolong unit yang masa start-nya pendek, yaitu antara

15-30 menit, dan kebanyakan dapat di-start tanpa pasokan daya dari luar (black start),

yaitu menggunakan mesin diesel sebagai motor start. Dari segi pemeliharaan, unit PLTG

mempunyai selang waktu pemeliharaan (time between overhaul) yang pendek, yaitu

sekitar 4.000-5.000 jam operasi. Makin sering unit mengalami start-stop, makin pendek

selang waktu pemeliharaannya. Walaupun jam operasi unit belum mencapai 4.000 jam,

tetapi jika jumlah startnya telah mencapai 300 kali, maka unit PLTG tersebut harus

mengalami pemeriksaan (inspeksi) dan pemeliharaan.

Saat dilakukan pemeriksaan, hal-hal yang perlu mendapat perhatian khusus adalah

bagian-bagian yang terkena aliran gas hasil pembakaran yang suhunya mencapai

0

1.300 C, seperti: ruang bakar, saluran gas panas (hot gas path),dan sudu-sudu turbin.

Bagian-bagian ini umumnya mengalami kerusakan (retak) sehingga perlu diperbaiki

(dilas) atau diganti.

Proses start-stop akan mempercepat proses kerusakan (keretakan) ini, karena proses

start-stop menyebabkan proses pemuaian dan pengerutan yang tidak kecil. Hal ini

0

disebabkan sewaktu unit dingin, suhunya sama dengan suhu ruangan (sekitar 30 C

sedangkan sewaktu operasi, akibat terkena gas hasil pernbakaran dengan suhu sekitar

0

1.300 C.

Dari segi efisiensi pemakaian bahan bakar, unit PLTG tergolong unit termal yang

efisiensinya paling rendah, yaitu berkisar antara 15-25%. Dalam perkembangan

penggunaan unit PLTG di PLN, akhir-akhir ini digunakan unit turbin gas aero derivative,

yaitu turbin gas pesawat terbang yang dimodifikasi menjadi turbin gas penggerak

generator.

43

4.2 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU)

4.2.1 Prinsip Kerja

Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik

dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama pembangkit listrik jenis ini

adalah Generator yang di hubungkan ke turbin dimana untuk memutar turbin diperlukan

energi kinetik dari uap panas atau kering.

Gambar 4.2 Prinsip kerja PLTG

Dalam PLTU, energi primer yang dikonversikan menjadi energi listrik adalah bahan

bakar. Baban bakar yang digunakan dapat berupa batubara (padat), minyak (cair), atau

gas. Ada kalanya PLTU menggunakan kombinasi beberapa macam bahan bakar.

Konversi energi tingkat pertama yang berlangsung dalam PLTU adalah konversi energi

primer menjadi energi panas (kalor). Hal ini dilakukan dalam ruang bakar dari ketel uap

PLTU. Energi panas ini kemudian dipindahkan ke dalam air yang ada dalam pipa ketel

untuk menghasilkan uap yang dikumpulkan dalam drum dari ketel. Uap dari drum ketel

dialirkan ke turbin uap. Dalam turbin uap, energi uap dikonversikan menjadi energi

mekanis penggerak generator, dan akhirnya energy mekanik dari turbin uap ini

dikonversikan menjadi energi listrik oleh generator.

Komponen utama sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Umumnya sebuah PLTU memiliki komponen utama antara lain :

1. Boiler/ketel uap berfungsi sebagai tempat pemanasan air menjadi uap air yang

bertekanan untuk selanjutnya memutar turbin uap.

44

2. Turbin ialah mesin yang dijalankan oleh aliran air; uap atau angin yang dihubungkan

dengan sebuah generator untuk menghasilkan energi listrik. Turbin uap ialah turbin

yang menggunakan uap sebagai fluida kerja, di mana uap yang digunakan dihasilkan

dari boiler.

3. Generator uap ialah suatu kombinasi antara sistem - sistem dan peralatan yang

dipakai untuk perubahan energi kimia dari bahan bakar fosil menjadi energi termal

dan pemindahan energi termal yang dihasilkan itu ke fluida kerja, biasanya air untuk

dipakai pada proses-proses bertemperatur tinggi ataupun untuk perubahan parsial

menjadi energi mekanis di dalam sebuah turbin

4. Kondensor adalah tempat yang berfungsi untuk mengembunkan uap dengan jalan

mendinginkannya. Air pengembunan yang terjadi dalam kondensor disebut air

kondensat yang kemudian disalurkan kembali ke dalam ketel uap dengan

menggunakan sebuah pompa

5. Pompa berfungsi untuk mengalirkan air dari kondensor menuju ke Boiler.

6. Cerobong berfungsi sebagai tempat pelepasan exhausted steam (Uap terbuang) ke

udara.

Selain komponen di atas masih banyak komponen tambahan yang berfungsi untuk

meningkatkan efesiensi kerja dari pembangkit tersebut, seperti superheater, reheater dan

lain - lain.

4.2.2 Masalah Operasi PLTU

Untuk men-start PLTU dari keadaan dingin sampai operasi dengan beban penuh,

dibutuhkan waktu antara 6-8 jam. Jika PLTU yang telah beroperasi dihentikan, tetapi

uapnya dijaga agar tetap panas dalam drum ketel dengan cara tetap menyalakan api

secukupnya untuk menjaga suhu dan tekanan uap ada di sekitar nilai operasi (yaitu

0

sekitar 500 C dan sekitar 100 kg/cm 2) maka untuk mengoperasikannya kembali sampai

beban penuh diperlukan waktu kira-kira 1 jam. Waktu yang lama untuk mengoperasikan

PLTU tersebut di atas terutama diperlukan untuk menghasilkan uap dalam jumlah yang

cukup untuk operasi (biasanya dinyatakan dalam ton per jam). Selain waktu yang

diperlukan untuk menghasilkan uap, yang cukup untuk operasi, juga perlu diperhatikan

masalah pemuaian bagian-bagian turbin. Sebelum di-start, suhu turbin adalah sama

dengan suhu ruangan.

0

secara bertahap agar jangan sampai terjadi pemuaian yang berlebihan dan tidak merata.

Pemuaian yang berlebihan dapat menimbulkan tegangan mekanis (mechanical stress)

yang berlebihan, sedangkan pemuaian yang tidak merata dapat menyebabkan bagian

yang bergerak (berputar) bergesekan dengan bagian yang diam, misalnya antara. ,sudu-

sudu jalan turbin dengan sudu-sudu tetap yang menempel pada rumah turbin.

Apabila turbin sedang berbeban penuh kemudian terjadi gangguan yang

menyebabkan pemutus tenaga, (PMT) generator yang digerakkan turbin trip, maka turbin

kehilangan beban secara mendadak. Hal ini menyebabkan putaran turbin akan naik secara

mendadak dan apabila hal ini tidak dihentikan, maka akan merusak bagian-bagian yang

berputar pada turbin maupun pada generator, seperti: bantalan, sudu jalan turbin, dan

kumparan arus searah yang ada pada rotor generator. Untuk mencegah hal ini, aliran uap

ke turbin harus dihentikan, yaitu dengan cara menutup katup uap turbin. Pemberhentian

aliran uap ke turbin dengan menutup katup uap turbin secara mendadak menyebabkan

uap mengumpul dalam drum ketel sehingga tekanan uap dalam drum ketel naik dengan

cepat dan akhirnya menyebabkan katup pengaman pada drum membuka dan uap dibuang

ke udara. Bisa juga sebagian dari uap di by pass ke kondensor. Dengan cara by pass ini

tidak terlalu banyak uap yang hilang sehingga sewaktu turbin akan dioperasikan kembali

banyak waktu dapat dihemat untuk start. Tetapi sistem by pass memerlukan biaya

investasi tambahan karena kondensor harus tahan suhu tinggi dan tekanan tinggi dari by

pass.

Dari uraian di atas tampak bahwa perubahan beban secara mendadak memerlukan

pula langkah pengurangan produksi uap secara mendadak agar tidak terlalu banyak uap

yang harus dibuang ke udara. Langkah pengurangan fluksi dilakukan dengan mematikan

nyala api dalam ruang bakar ketel dan mengurangi pengisian air ketel ini bahwa

walaupun nyala api dalam ruang bakar padam, masih cukup banyak panas yang tinggal

dalam ruang bakar untuk menghasilkan uap sehingga pompa pengisi ketel harus tetap

mengisi air ke dalam ketel untuk mencegah penurunan level air dalam drum yang tidak

dikehendaki. Mengingat masalah-masalah tersebut di atas yang menyangkut masalah

proses produksi uap dan masalah-masalah pemuaian yang terjadi dalam turbin, sebaiknya

PLTU tidak dioperasikan dengan persentase perubahan-perubahan beban yang besar.

45

Pada waktu start, dialirkan uap dengan suhu sekitar 500 C. Hal ini harus dilakukan

46

Efisiensi PLTU banyak dipengaruhi ukuran PLTU, karena ukuran PLTU

menentukan ekonomis tidaknya penggunaan pemanas ulang dan pemanas awal. Efisiensi

thermis dari PLTU berkisar pada angka 35-38%.

4.3 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS-UAP (PLTGU)

PLTGU merupakan kombinasi PLTG dengan PLTU. Gas buang dari PLTG yang

0

umumnya mempunyai suhu di atas 400 C, dimanfaatkan (dialirkan) ke dalam ketel uap

PLTU untuk menghasilkan uap penggerak turbin uap. Dengan cara ini, umumnya didapat

PLTU dengan daya sebesar 50% daya PLTG. Ketel uap yang digunakan untuk

memanfaatkan gas buang PLTG mempunyai desain khusus untuk memanfaatkan gas

buang di mana dalam bahasa Inggris disebut Heat Recovery Steam Generator (HRSG).

4.3.1 Prinsip Kerja

Dalam operasinya, unit turbin gas dapat dioperasikan terlebih dahulu untuk menghasilkan

daya listrik sementara gas buangnya berproses untuk menghasilkan uap dalam ketel

pemanfaat gas buang. Kira-kira 6 (enam) jam kemudian, setelah uap dalam ketel uap

cukup banyak, uap dialirkan ke turbin uap untuk menghasilkan daya listrik.

Bagian-bagian penting dari PLTGU adalah :

1) Turbin gas

2) HRSG (Heat Recovery Steam Generator)

3) Turbin Uap dan alat-alat bantu lainnya

Secara sederhana cara kerja PLTGU dapat dijelaskan dengan gambar 4.3.

Gambar 4.3 Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU)

47

Gambar 4.4 Skema sebuah Blok PLTGU yang terdiri dari 3 unit PLTG dan sebuah unit PLTU

Keterangan : Header uap ; Pr : Poros;TG: Turbin Gas; KU :Ketel uap; GB: Gas Buang; Kd: Kondensor; HA : Header Air; TU: Turbin Uap; Generator; P : Pompa

Karena daya yang dihasilkan turbin uap tergantung kepada banyaknya gas buang

yang dihasilkan unit yaitu kira-kira menghasilkan 50% daya unit PLTG, maka dalam

mengoperasikan PLTGU ini, pengaturan daya PLTGU dilakukan dengan mengatur daya

unit PLTG, sedangkan unit PLTU mengikuti saja, menyesuaikan gan gas buang yang

diterima dari unit PLTG-nya.

Perlu diingat bahwa selang waktu untuk pemeliharaan unit PLTG lebih pendek

daripada unit PLTU sehingga koordinasi pemeliharaan yang baik dalam suatu blok

PLTGU agar daya keluar dari blok tidak terlalu banyak berubah sepanjang waktu.

Ditinjau dari segi efisiensi pemakaian bahan bakar, PLTGU tergolong sebagai unit yang

paling efisien dari unit-unit termal (bisa mencapai angka di atas 45%).

4.3.2 EFFISIENSI PLTGU

Apabila : Effisiensi PLTG - E ta (GT)

Maka untuk 1 (satu) satuan kalor bahan bakar, dapat dihasilkan energi listrik sebesar Eta

(GT). Dengan mengabaikan rugi-rugi lain pada PLTG adalah 1 - E ta (GT). Apabila

semua kalor tersebut dapat dipergunakan oleh siklus tenaga uap dan dimisalkan effisiensi

siklus tenaga uap adalah effisiensi PLTU = Eta (ST).

48

Maka energi listrik yang dihasilkan pada siklus tenaga uap adalah E ta (GT) x (1-E ta (GT)),

dan energi yang dihasilkan oleh siklus PLTGU adalah :

E ta (COMBI) = E ta (GT) + E ta (ST) x (1 - E ta (GT))

= E ta (GT) + E ta - (E ta (GT) x E ta (ST))

Jadi Effisiensi PLTGU adalah :

E ta (COMBI) = E ta (GT) + E ta (ST) - E ta (GT) x E ta (ST)

Sebagai contoh :

Effisiensi PLTG = E ta (GT) = 34%

Effisiensi PLTU = E ta (ST) = 26%

Maka Effisiensi PLTGU = 51%

4.3.3 HRSG (HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR)

HRSG berfungsi untuk menangkap kalor yang diterima dari gas buang PLTG kemudian

memberikan kalor tersebut kepada air sehingga menjadi uap yang digunakan untuk

menggerakkan turbin uap dan generator. Seperti halnya Boiler, HRSG terdiri dari (lihat

Gambar 4.5)

Gambar

Gambar 4.5 Diagram PLTGU dengan HRSG Single Pressure

4.3.4 KONDENSOR

Faktor yang besar pengaruhnya terhadap effisiensi siklus tenaga uap adalah tekanan pada

kondensor. Pengaruh tekanan kerja tersebut ditunjukkan pada gambar 12. Pada kurva atas

ditunjukkan pengaruh tekanan kerja kondensor terhadap effisiensi semakin rendah

tekanan kerja kondensor semakin tinggi effisiensi siklus (biasanya tekanan kerja

kondensor diatas 0,04 bar).

49

Gambar 4.6 Kondensor

4.3.5 PLTGU DENGAN HRSG BERTEKANAN TINGGI

Diagram pada gambar 16 menunjukkan proses PLTGU dengan HRSG bertekanan

tunggal. Udara atmosfir ditekan pada compressor dan dicampur dengan bahan bakar

0

kemudian terbakar dan menghasilkan temperatur tinggi ( - 1100 C) pada ruang

bakar. Gas dengan tekanan dan temperatur tinggi tersebut dipergunakan untuk

menggerakkan turbin gas dan generatorsehingga menghasilkan tenaga listrik.

Gas buang yang keluar dari turbin gas masih bertemperatur tinggi dengan tekanan diatas

tekanan atmosfir. Gas buang ini disalurkan ke HRSG dan pada HRSG tersebut terjadi

perpindahan kalor dari gas buang ke air/uap.

4.3.6 PLTGU DENGAN HRSG BERTEKANAN GANDA

Effisiensi thermal dapat ditingkatkan dengan merubah HRSG menjadi bertekanan ganda.

HRSG bertekanan ganda dihubungkan dengan turbin uap bertekanan ganda seperti pada

gambar 4.7.

Gas buang turbin gas dimasukkan ke dalam HRSG yang mempunyai penukar panas

bertekanan tinggi dan penukar panas bertekanan rendah untuk menghasilkan uap

bertekanan tinggi dan uap bertekanan rendah.

Pada siklus ini kontribusi dari turbin uap tidak ditujukan untuk meningkatkan effisiensi

akan tetapi dipergunakan untuk menjaga agar temperatur air masuk ke HRSG tidak

terlalu rendah.

Pertimbangan thermodinamis menginginkan agar air pengisi masuk ke HRSG dalam

temperatur yang serendah-rendahnya agar gas buang keluar dari HRSG dalam temperatur

serendah-rendahnya pula. Akan tetapi temperatur yang sangat rendah akan meningkatkan

50

laju koresi pada sisi dingin, sehingga untuk mencegahnya dicampurkan uap ekstraksi dari

turbin uap.

Gambar 4.7 Pembangkit daya Siklus Gabungan

4.4 CO GENERATION

4.4.1 Pengertian CoGeneration

Cogeneration adalah nama baru untuk teknologi yang sudah dimanfaatkan sejak tahun

1800an. Dalam pengertian yang lebih luas, cogeneration adalah produksi yang bersamaan

dari uap atau cairan panas lainnya dan gas bersama-sama dengan listrik dengan satu

peralatan konversi energi. Perbedaan fundamental antara alat konversi energi konvesional

dengan cogeneration adalah bahwa pada sistem konvesional hasil yang diproduksi hanya

semata-mata listrik atau uap saja, sedang pada sistem cogeneration keduanya diproduksi

sekaligus bersamaan dengan penghematan energi. Suatu peralatan cogeneration dalam

memproduksi listrik dan uap dengan bahan bakar yang kurang 10 — 30% dari yang

dibutuhkan suatu pembangkit energi konvensional.

Pada awal tahun 1900-an, di Amerika Serikat, pembangkit listrik dan uap untuk

industri dalam jumlah besar dihasilkan dan pembangkit cogeneration. Hal ini berubah,

setelah pada tahun 1920-an tersedia jaringan listrik yang menawarkan biaya tenaga listrik

yang relatif lebih murah. Hal tersebut memberikan intensif ekonomi kepada industri

untuk meningggalkan fasilitas cogeneration. Kecendrungan ini tetap berlaku sampai saat

ini.

51

Cogeneration adalah alternatif sumber energi yang dapat bertahan terus karena

potensi penghematan energi yang dihasilkan. Konsep ini membutuhkan pengaturan kerja

teknis, ekonomis dan kelembagaan antara industri, penyedia utilitas dan kota.

4.4.2 Sistem Konversi energi

Terdapat banyak sekali peralatan konversi energi yang dapat dimanfaatkan sebagai

bangunan cogeneration. Pertimbangan penting dan suatu sistem cogeneration adalah

perbandingan tenaga listrik dan tenaga uap yang akan diproduksi. Angka ini hendaknya

hampir sama dengan kebutuhan listrik dan uap dan pasar yang akan dilayani. Bilamana

terdapat kelebihan dan energi yang tidak dapat dimanfaatkan, maka konsep cogeneration

tidak bermanfaat dan tidak dapat diteruskan. Pertimbangan lain dari suatu sistem

cogeneration adalah fleksibel pemanfaatkan berbagai jenis bahan bakar tersebut.

Terdapat dua konsep cogeneration : topping cycle ( daur atas) dan bottoming cycle

(daur bawah), Instalasi daur atas memanfaatkan peralatan konversi energi untuk pertama-

tama membangkitkan tenaga listrik dan kemudian memanfaatkan energi panas untuk

pembuatan uap. Sistem konversi energi yang dimanfaatkan sistem daur atas, antara lain

mesin disel, turbin gas, tenaga uap dan lain-lain. Suatu instalasi daur bawah tidak

menggunakan peralatan energi, tetapi memanfaatkan panas terbuang untuk pembangkit

tenaga listrik. Sistem konversi energi yang menggunakan daur bawah adalah pembangkit

tenaga uap dan mesin organik Rankine.

Setiap pasar energi dengan sistem cogeneration mempunyai rasio yang unik antara

kebutuhan listrik dan kebutuhan uap, Untuk industri yang intensif, rasio yang umum

adalah 50:1 (50 kW listrik untuk setiap seribu pon-pound uap). Banyak dari sistem

konversi yang sebelumnya disebut mampu memberikan rasio yang lebih tinggi (misalnya

memproduksi listrik yang berlebihan bila semua kebutuhan uap dapat dipenuhi dari

sistem cogeneration). Hal ini merupakan pembanding yang penting dalam memilih

peralatan cogeneration, karena setiap kelebihan tenaga listrik hendaknya dapat dijual

kepada konsumen lokal, agar dihasilkan suatu skala ekonomi yang baik. Bilamanana hal

tersebut tidak mungkin, proyek dapat menemui kesulitan ekonomi. Berbagai jenis sistem

konversi energi, hubungannya dengan cogeneration, rasio listrik-uap, dan bahan bakar

yang digunakan, akan dijelaskan secara singkat berikut ini.

52

4.4.3 Berbagai Sistem Konversi Energi Dengan Cogeneration

4.4.3.1 Mesin diesel

Mesin disel adalah mesin pembakar dalam yang dimanfaatkan secara meluas dalam

bidang transportasi, alat berat dan sebagai listrik untuk memenuhi kebutuhan puncak.

Mesin jenis ini dapat dimanfaatkan sebagai alat cogeneration type daur atas, dimana

mesin membangkitkan tenaga listrik dan dan gas buangan digunakan untuk memproses

uap (Gambar 1).

Kapasitas mesin berkisar antas 0 sampai 25 MW

Rasio listik — uap diperkirakan 400: 1, bilamana semua industri yang memelukan

uap dihasilkan dan mesin disel, maka kebutuhan listrik yang berlebihan dapat

dimanfaatkan untuk keperluan utilitas lainnya.

Mesin jenis ini memerlukan bahan bakar dalam bentuk cair, misalnya bahan bakar

disel, etanol dan metanol.

Gambar 4.8 Cogeneration diesel

4.4.3.2 Turbin gas

Turbin gas digunakan sangat intensif di dalam kegiatan industri, mesin pesawat terbang

dan sebagai pembangkit listik untuk memenuhi kebutuhan puncak,. Peralatan yang ada

antara lain sebuah kompressor, ruang bakar dan turhin. Bahan bakar di bakar di dalam

53

ruang bakar yang kemudian memanaskan udara yang ditekan dan kompressor, ruang

bakar dan turbin. Bahan bakar di bakar didalam ruang bakar yang kemudian memanaskan

udara yang ditekan dari kompressor. Gas yang telah dipanaskan mengembang dan

melalui turbin yang menghasilkan listrik. Proses ini dikenal sebagai daur Brayton,

penamaan menggunakan penemunya, George Brayton. Dimanfaatkan sebagai peralatan

cogeneration type daur atas, panas diambil dan gas buangan dan dimanfaatkan untuk

memproses uap. (Lihat Gambar 2).

Kapasitas pembangkit berkisar antar 0,5 sampai 75 MW

Rasio perbandingan listrik — uap adalah 200 1. sama halnya dengan pembangkit

listrik disel, bilamanana kebutuhan uap dari industri dihasilkan melalui turbine

gas, maka listrik yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan

utilitas industri dan permukiman disekitarya.

Kekurangannya, ialah bahwa bahan bakar yang dibutuhkan adalah bahan bakar

minyak, termasuk gas alam, gas sintetis dengan Blu rendah, etanol dan metanol.

Gambar 4.9 Cogeneration Turbin Gas

4.4.3.3 Combined cycle

Pembangkit jenis ini juga menggunakan turbin gas Brayton. Perbedaan dengan

cogeneration sebelumnya ialah pemanfaatan panas dan buangan gas tidak untuk

pembuatan yang langsung dimanfaatkan dalam bentuk uap, tetapi uap tadi digunakan

54

untuk pembangkitkan lagi tenaga listrik. Untuk keperluan tersebut, maka perlu tambahan

bahan bakar untuk dicampur dengan gas yang kaya oksigen yang berasal dari

pembuangan turbin gas pertama (Lihat Gambar 3).

Kapasitas jenis ini berkisar antar 1 sampai 150 MW

Sistem ini menghasilkan rasio listrik uap sebesar 150: 1

Turbin gas membutuhkan gas dan bahan bakar cair. Untuk keperluan tambahan

bahan bakar, berbagai sumber energi lain dapat dimanfaatkan, misalnya bahan

bakar fosil, sampah, kayu, gambut dan lain-lain.

Gambar 4.10 Cogeneration Combined Cycle

4.4.3.4 Tenaga Uap

Pembangkit listrik tenga uap, merupakan pembangkit listrik yang paling banyak

digunakan untuk beban dasar listrik perkotaan. Sistem ini juga dikenal dengan Rankine

cycle, sesuai nama penemunya. Komponen utama pembangkit jenis ini adalah sebuah

furnace, ketel, generation turbin dan kondensor (Gambar 4). Pemanasan mengakibatkan

aliran air menjadi uap di dalam ketel.

55

Gambar 4.11 Cogeneration Pembangkit Listrik Konvensional Rangkine

Kekuatan dari uap yang mengembang diarahkan untuk memutar turbin dan

menghasilkan listrik. Setelah melewati turbin, uap yang telah dimanfaatkan

dikondensasikan kembali menjadi air dan dimanfaatkan kembali menjadi air dan

dimanfaatkan kembali melalui ketel. Lebih 60% nilai energi dan bahan bakar dilepas ke

atmosfir sebagai limbah panas pada saat kondensasi. Polusi panas yang potensil ini dapat

dimanafaatkan sebagai sumber panas untuk cogeneration. Bila sistem cogeneration ini

dimanfaatkan, maka turbin konvensional perlu diperbaiki.

Ada dua metode yang dapat dilakukan dengan turbin ekstraksi (Ekstraction

turbines,) dan turbin tekanan balik (Back-pressure turbines).

Turbin Ekstraksi

Semua uap yang berasal dan ketel masuk ke dalam turbin dengan suhu tinggi dan

tekanan, sebagaimana di dalam pembangkit konvensional. Sebagian dan uap setelah

energinya dimanfaatkan dalam proses pemutaran dan pembangkitan, diekstraksi melalui

turbin. Uap yang diekstraksi dapat digunakan untuk panas, uap dan pemanas di sekitar

lokasi, Uap yang tidak diektraksi dikondensasikan sebagaimana pada proses

konvensional (lihat Gambar 4.12).

56

Gambar 4.12 Cogeneration Turbin Ekstraksi

Turbin Tekanan Balik

Uap yang melalui turbin dimanfaatkan sepenuhnya untuk memproses panas, uap atau

pemanas di sekitar lokasi pembangkit. Konsep ini menghilangkan kebutuhan kondenser

dan menghasilkan uap dalam jumlah yang besar dalam hubungan dengan listrik yang

dihasilkan. Dengan alasan ini, turbin tekanan balik banyak diminati oleh industri.

Kapasitas pembangkit berkisar antara 1 sanipai 600 MW

Rasio listrik terhadap uap adalah 45 sampai 75: 1. Rentan ini merupakan rentan

umum dimana industri dapat bekerja intensif dengan sumber daya listrik yang

besar. Juga dengan hasi uap dalam jumlah besar, energi tersebut dapat

dimanfaatkan dengan baik untuk pemanasan di daerah sekitar pembangkit.

Bahan bakar yang digunakan fleksibel, temasuk bahan bakar padat, cair, gas,

panas bumi, tenaga surya dan lain-lain.

57

Gambar 4.13 Cogeneration Turbin Tekanan Balik

4.4.3.5 Fuell Cells

Suatu fuell cells mengkonversikan energi kimiawi dari suatu bahan bakar menjadi arus

searah tanpa perantaraan pembakaran atau panas. Sistem ini terdiri dan prosesor, bagian

pengolahan tenaga, dan pengaturan tenaga (Gambar x). Prosesor akan membuat bahan

bakar padat, cair atau gas yang diperkaya dengan hydrogen yang dengan campuran udara

(oxigen) menghasilkan tenaga listrik searah dan panas. Pengatur tenaga mengubah tenaga

listrik arus searah menjadi arus bolak balik yang dapat disalurkan melalui jaringan.

Inti dari sistem ini adalah fuel cells yang terdiri dan zat elektrolit asam fospor yang

disusun diantara dua elektode, Hydrogen yang melewati satu elektrode, dan oksigen

melalui bagian Iainnya. Dengan sebuah katalisator, hidrogen dan oksigen melalui reaksi

kimia, akan menjadi air, panas dan arus listrik. Panas yang terbuang dapat dimanfaatkan

sebagi panas untuk prosesor dan/atau untuk memproses panas dan uap dalam sistem

cogeneration daur atas.

Peralatan konversi tenaga konvensioil sangat efisien (sekitar 30 sampai 35%) pada

kapasitas pembangkitannya, tetapi kurang efisien (sekitar 30 sampai 35%) pada kapasitas

pembangkitannya, tetapi kurang efisien bila kapasitannya dikurangi. Oleh karena fuel

cells terdiri dan banyak sel kecil yang bersifat individu, efisiensinya tidak tergantung

pada ukutan. Suatu pembangkit yang kecil yang bersifat individu, efisiensinya tidak

tergantung pada ukuran. Suatu pembangkit yang kecil dapat seefisien pembangkit yang

58

besar dengan angka efisien berkisar 38 sampai 45%. Fuel cells ukuran komersil belum

tersedia. Sebuah pembangkit tenaga listrik kapasitas 4,5 MW baru merupakan percobaan,

yang dibangun oleh DOE, Amerika Serikat.

Capasitas pembangkit akan berkisar 1 sampai 150 MW

Rasio listrik-uap diperkirakan sebesar 300:1, tetapi sebagian uap yang dihasilkan

dapat digunakan oleh prosesor. Jadi, dengan bersandar pada konsep cogeneration,

maka pembangkit ml akan sesuai dimana kebutuhan listrik yang besar dan

kebutuhan pemanasan yang rendah.

Gambar 4.14 Cogeneration Fuel Cells

4.4.3.6 Steam Waste Boilers

Pembangkit listrik jenis ini bekerja dengan prinsip yang sama dengan pembangkit Listrik

tenaga uap Rankine. Perbedaaannya adalah sumber energi berasal dan panas yang

terbuang (waste heat source,). Sebagai sistem cgeneration daur bawah, hasil utamanya

adalah listrik .

Kapasitas pembangkit berkisar antar 0,5 MW sampai 10 MW

Sumber panas yang sesuai berasal dan panas buangan yang berasal dan industri

misalnya, pembakaran batu bata, tungku peleburan kaca dan lain-lain.

Uap yang telah digunakan melalui turbin energi simpannnya mungkin terlalu

rendah untuk dimanfaatkan seterusnya.

59

4.4.3.7 Potensi Pasar

Penghematan energi dari cogeneration merupakan salah satu alternatif untuk

penghematan energi. Untuk mencapai hal tersebut, diperlukan kerja sama yang baik

antara pihak industri, penyedia energi dan pemerintah. Beberapa issu teknis, ekonomis

dan kelembagaan akan mempengaruhi kerja sama tersebut agar upaya ini dapat berhasil

dengan baik.

Disisi industri, ketersediaan bahan bakar dan fleksibilitasnya, merupakan dua hal

yang akan memungkinkan pemilihan cogeneration. Berbagai tawaran untuk industri

dalam mempertimbangkan sistem ini, antara lain:

Industri dapat menghasilkan semua kebutuhan uapnya dan kebutuhan dasar

listriknya. Kebutuhan listrik puncak dan cadangan, dapat dibeli dan penyedia

tenaga listrik setempat.

Kelebihan tenaga listrik yang diproduksi untuk industri, dapat dijual kepada

pengguna setempat.

Semua kebutuhan tenaga listrik dan uap disediakan oleh industri

Dengan berbagai ragam pilihan tersebut diatas, suatu kegiatan industri harus

mengevaluasi sendiri tujuannya, kriteria investasi, dan sumber pembiayaan untuk dapat

menentukan strategi dalam pemilihan cogeneration. Beberapa pertanyaan dasar yang

perlu dikaji, antara lain:

Cogeneration belum merupakan teknologi yang sudah luas dikenal, dan oleh

karena itu memerlukan pendidikan.

Tanggung jawab manejemen akan bertambah, karena mereka akan mengelola

sumber daya energi yang lebih rumit.

Resiko pertambahan kebutuhan listrik dapat terjadi akibat tidak tersedianya

sumber daya yang terpercaya.

Peralatan cogeneration membutuhkan investasi modal yang lebih besar dan biaya

operasi serta penawaran yang juga lebih besar.

Daya terpasang cadangan yang disiapkan oleh penyedia energi harus dievaluasi

kembali.

60

Kelebihan energi listrik yang dihasilkan oleh suatu industri mempunyai nilai lebih

untuk penyedia tenaga listrik, apabila tersedia pada saat dibutuhkan, umumnya

pada jam puncak dalam satu hari. Untuk mendapatkan manfaat kelebihan energi

listrik yang tersedia, industri hendaknya bersedia menyesuaikan jam kerja, yaitu

memaksimalkan pemakaian energi pada siang hari, dan meminimumkannya pada

malam hari.

Untuk pemakaian sistem cogeneration yang lebih bermanfaat, kebutuhan uap

seharusnya lebih besar dan 50.000 pon/jam, pemakaian tidak terlalu berfluktuasi,

dan dengan faktor kapasitas sebesar 70% (atau berproduksi selama 6.000

jam/tahun).

Penggunaan sistem cogeneration akan mengurangi emisi polusi udara. Hal ini

akan lebih bermakna bilaman pada daerah dimana akan dibangan sistem

cogeneration aturan standar buangan polusi lebih kecil dan daerah lainnya.

.

61

62

63