BAB IV DESAIN DASAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA...

BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung

IV-1

BAB IV

DESAIN DASAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SAMPAH

DI KOTA BANDUNG

Konstruksi umum PLTSa pada dasarnya adalah merupakan PLTU dengan

kekhususan pada pemrosesan bahan bakar sebelum masuk tungku pembakaran

dan tungku pembakaran itu sendiri. Selain itu PLTSa juga menginstal fasilitas

pengolahan emisi udara agar emisi yang dihasilkan dapat memenuhi batasan

standar emisi yang diperbolehkan. Tetapi fasilitas pengolahan udara ini tidak akan

dibahas secara mendalam pada tugas akhir ini.

IV.1. Kekhususan Pada Bahan Bakar Sampah

Dalam mendesain PLTSa, karakteristik sampah merupakan pertimbangan

utama. Karakteristik sampah ini berbeda pada tiap daerah, sehingga desain PLTSa

tdak sama persis pada tiap daerah. Sebagai contoh: dua buah PLTSa dengan

kapasitas 500 ton/hari dapat menerapkan input panas yang berbeda pada desain

boilernya dikarenakan nilai kalor yang berbeda dari masing-masing sampah. Hal

ini berarti walaupun kapasitas sampahnya sama tapi daya listrik yang dihasilkan

dapat berbeda.

Sebagai bahan bakar, sampah memiliki beberapa perbedaan dengan bahan

bakar lain yang biasa dipakai pada PLTU. Perbedaan-perbedaaan bahan bakar

sampah dengan bahan bakar PLTU yang lain terletak pada nilai kalor aktual

(LHV) yang lebih rendah, kadar zat terbang yang lebih tinggi, dan kebutuhan suhu

pembakaran untuk meminimalkan emisi udara. Perbedaan-perbedaan ini

menyebabkan perlunya penanganan khusus pada sampah yang bertujuan untuk

mendapatkan hasil pemrosesan sampah sesuai dengan yang diharapkan sekaligus

memperawet umur PLTSa.


IV-2

Gambar 4-1 Analisis Proksimat Sampah Masuk PLTSa

Seperti terlihat di atas, kandungan zat terbang sampah Bandung relatif

tinggi. Kandungan zat terbang yang tinggi ini membutuhkan desain khusus pada

tungku pembakaran dan pipa uap untuk mengurangi korosi.

Gambar 4-2 Analisis Ultimat Sampah Masuk PLTSa


IV-3

Gambar 4-3 Nilai kalor sampah masuk PLTSa

Dari data di atas terlihat bahwa nilai kalor sampah Bandung sangat

tergantung dengan kandungan air. Untuk desain PLTSa kota Bandung ini

diasumsikan kandungan air yang masuk tungku pembakaran adalah 30%. Hal ini

disebabkan desain PLTSa dalam penanganan sampah sebelum memasuki tungku

pembakaran diharapkan dapat mereduksi kadar air sampah Bandung hingga 30%

seperti yang akan dibahas pada aspek mekanikal di bawah.

IV.2. Aspek Mekanikal PLTSa Kota Bandung

Sebagaimana disebut di atas bahwa proses yang membedakan PLTSa

dengan PLTU adalah proses penanganan sampah sebagai bahan bakar dan tungku

pembakaran bahan bakar sampah. Hal ini disebakan oleh karakteristik sampah

yang memiliki kadar air tinggi—yang berarti nilai kalor yang rendah—dan kadar

zat terbang yang tinggi. Komponen-komponen khusus ini dapat dibagi menjadi:

Tingkat persiapan bahan bakar sampah

Terdiri atas ruang penyimpanan sampah, dan crane.

Tingkat pembakaran sampah

Terdiri atas grate, stoker dan upper furnace.


IV-4

IV.2.1. Persiapan Bahan Bakar Sampah

Ruang penyimpanan sampah

Ukuran dari ruang penyimpanan sampah ini didesain agar dapat

menampung sampah Bandung yang masuk. Ukuran ini akan tergantung dari laju

sampah harian Bandung, laju sampah yang masuk tungku, dan lamanya

penyimpanan sampah.

Dengan kadar air sampah Bandung yang mencapai 60% maka ruang

penyimpanan sampah ini didesain untuk menyimpan sampah selama 2 hari

dengan tujuan mengurangi kadar air sampah Bandung. Diharapkan kadar air yang

masuk ke dalam tungku pembakaran PLTSa dapat berkurang sampai 50% dengan

penyimpanan sampah ini

Sistem pemasok sampah

Pemasokan sampah pada tungku pembakaran PLTSa akan menggunakan

crane. Sedangkan crane yang akan digunakan pada PLTSa ini selain untuk

memasukkan sampah pada tungku pembakaran tetapi juga digunakan untuk

mengaduk-aduk sampah agar lebih homogen sehingga meningkatkan karakteristik

pembakaran bahan bakar sampah.

IV.2.2. Pembakaran Sampah

Sistem grate

Kriteria desain utama pada grate adalah pengusahaan agar sampah dapat

terbakar sesempurna mungkin. Pembakaran sempurna ini dapat dicapai dengan

pencampuran bahan bakar agar lebih homogen dan lamanya bahan bakar di dalam

stoker yang memungkinkan seluruh bahan bakar dapat terbakar. Grate yang

umum dipakai dalam fasilitas PLTSa adalah reciprocating grate, baik berupa

reverse acting atau forward moving.


IV-5

Dalam desain PLTSa kota Bandung ini digunakan variasi dari

reciprocating grate di atas yang disebut two-segment reciprocating system©.

Sistem grate ini menerapkan kedua jenis reverse acting dan forward moving

dengan sistem drop off. Sistem ini sangat memungkinkan pencampuran bahan

bakar dan pemenuhan waktu yang dibutuhkan sampah untuk mengalami

pembakaran yang sempurna.

Sumber: Pusat Rekayasa Industri LPPM ITB

Gambar 4-2 Two-segment reciprocating grate©

Sistem ini adalah sistem yang dipakai pada PLTSa di propinsi Shunde di

Republik Rakyat Cina. Bagian pertama dari grate ini menggunakan reverse acting

yang menggabungkan keuntungan dari aksi gravitasi dan aksi dari pergerakan

grate sehingga bahan bakar tercampur dengan baik. Selain itu pada bagian awal

grate ini juga terdapat preheater yang berfungsi mengurangi kadar air sampah.

Dengan sistem preheater ini, diharapkan kadar air sampah yang memasuki tungku

pembakaran berkurang menjadi 30%.


IV-6

Tungku Pembakaran

Untuk tungku pembakaran bahan bakar sampah disyaratkan temperatur

yang dicapai dapat memenuhi temperatur yang memadai untuk mengurangi emisi.

Gambar 4-3 Waste-heat boiler

Sumber: Pusat Rekayasa Industri LPPM ITB

Dalam desain PLTSa kota Bandung ini dipilih tungku refractory dengan

waste heat boiler. Pada tungku ini boiler tidak terletak langsung bersinggungan

dengan tungku pembakaran. Letak boiler adalah pada saluran tungku yang ketiga

dengan memanfaatkan konveksi gas panas hasil pebakaran sampah. Desain ini

digunakan untuk mengurangi efek korosif dari sampah Bandung yang mempunyai

kadar zat terbang yang tinggi, sehingga jika pipa-pipa uap diletakkan langsung

pada bagian atas tungku maka korosi akan cepat terjadi.

Sistem udara pembakaran

Udara primer yang digunakan di dalam proses pembakaran, dikenal

dengan undergrate air, dimasukkan ke dalam ruang bakar melalui saluran yang


IV-7

terdapat pada dasar grate. Saluran tersebut diatur sedemikian rupa sehingga udara

terdistribusi secara merata di dalam ruang bakar.

Karena sampah mengandung zat terbang yang banyak, maka diperlukan

udara tambahan untuk mendorong dan memastikan agar zat terbang tersebut dapat

terbakar dengan sempurna. Udara tambahan ini atau overfire air disalurkan

melalui saluran udara pada dinding tungku pembakaran di atas grate. Fungsi

utama dari udara tambahan ini adalah untuk menyediakan jumlah udara yang

mencukupi dan menciptakan turbulensi yang berfungsi untuk mencampur gas

pembakaran dengan udara pembakaran, serta menyediakan oksigen yang cukup

untuk terjadinya pembakaran sempurna dari zat terbang yang terkandung di dalam

sampah. Komposisi udara pembakaran ini adalah 60% undergrate air dan 40 %

overfire air, dengan excess-air berkisar sampai 100%.

IV.3. Perkiraan Hasil Keluaran Daya PLTSa

Untuk desain PLTSa yang dipakai di atas maka diharapkan daya Listrik

yang dihasilkan adalah 8-9 MW dengan asumsi nilai kalor sampah masuk PLTSa

2500 kkal/kg (kadar air 30%)

Perhitungan ini didapat dengan menggunakan blok diagram masing-

masing alat konversi energi dengan efisiensi masing-masing.

Gambar 4-4 Blok diagram efisiensi

Perhitungan di atas menggunakan asumsi sampah yang dipakai adalah

sampah dengan kadar air 30%, asumsi ini dibuat dengan pertimbangan sistem

penanganan sampah yang diuraikan di atas dapat mereduksi kadar air sampah

Bandung dari 56% menjadi 30%.


IV-8

Dengan nilai kalor sampah yang masuk 2500 kkal/kg dan jumlah sampah

yang tersedia 500 ton/hari maka diperoleh energi termal yang masuk boiler

sebesar 14467,59 kkal per detik atau setara dengan 60763,89 kW. Kemudian

asumsi efisiensi boiler dibuat berdasar harga tipikal boiler sampah yang

beroperasi dengan sistem yang sama. Asumsi ini dirasa realistis karena

pertimbangan efisiensi boiler batubara konvensional yang dapat mencapai 85%.

Sedangkan efisiensi turbin uap dibuat berdasar efisiensi siklus rankine

yang berkisar antara 25-30%. Maka dipilih angka 25% untuk faktor keamanan

dalam perhitungan. Sehingga daya netto yang akan digunakan untuk

menggerakkan generator sebesar 12152,78 kW.

Kemudian efisiensi generator dipilih 90%, sehingga memberikan hasil

daya keluaran dari generator sebesar 10937,5 kW atau 10,93 MW. Dengan

demikian dapat diharapkan PLTSa ini mampu membangkitkan daya listrik sebesar

10 MW. Harga 10 MW di atas kemudian dikurangi 10% untuk keperluan internal

pembangkit.

IV.4. Interkoneksi Jaringan 20kV

Dengan prinsip dasar seperti pada PLTU, maka PLTSa ini akan

diproyeksikan sebagai penyuplai beban dasar (base load) pada pelanggan PLN.

Untuk itu PLTSa ini akan terhubung melalui jaringan 20 kV PLN. Adapun

prinsip-prinsip dasar interkoneksi ke jaringan 20kV PLN adalah dengan

menggunakan synchronizer yang dipasang pada sisi generator.

Generator

Dengan menggunakan asumsi daya keluaran generator 10 MW dan faktor

daya 0,85 maka diperoleh rating VA generator adalah :

MVAMW

VAgen 76,1185,0

10


IV-9

Untuk pole generator dipilih generator dengan 4 pole. Dan tegangan

generator dipilih tegangan 6,3 kV dengan pertimbangan utama tegangan generator

yang ada di pasaran agar tidak perlu pemesanan khusus. Dengan tegangan 6,3 kV

diperoleh arus nominal sebesar:

kAkV

MVAI arm 07,1

33,6

76,11

Trafo generator

Untuk menghubungkan keluaran generator dengan jaringan tegangan

menengah PLN 20kV digunakan transformator penaik tegangan yang terhubung

Y/Δ dengan tegangan 6,3 kV/20 kV. Rating trafo dipilih 12 MVA.

Gambar 4-5 Diagram satu garis

Interkoneksi PLTSa ke jaringan 20 kV PLN menggunakan sinkroniser yang

dipasang pada sisi generator. Sinkroniser ini berfungsi untuk memenuhi syarat-

syarat pemaralelan generator dengan jala-jala.

Generator6,3kV

10MW 0,85

CB sinkroniser Trafo

Y/Δ 6,3/20kV 12MVA

Pemakaian sendiri

Rel 20kV

Penyulang 20kV PLN


IV-10

IV.5. Pemilihan Lokasi PLTSa

Dalam menentukan lokasi penempatan PLTSa yang direncanakan,

diperlukan beberapa kajian dengan melihat berbagai aspek, antara lain kajian

hidrologi, tata guna lahan, dsb. Data-data ini diperoleh dari data sekunder

Laboratorium Geoteknik Departemen Teknik Sipil ITB.

Penentuan lokasi PLTSa yang paling optimal berdasarkan data sekunder,

hasil survei lapangan, kemudahan akses jalan, dan pertimbangan dampak sosial

adalah di wilayah primer Gedebage.

Gambar 4-5 Peta Lokasi Pembangkit Listrik Tenaga Sampah

Kondisi Air Tanah

Berdasarkan data sekunder dari Bappeda tentang survey geolistrik di

lokasi rencana Kawasan Primer Gedebage (sekitar 2000 meter dari lokasi rencana

PLTSa), diidentifikasi sistem akifer Gedebage terdapat sampai kedalaman 250


IV-11

meter yang menerus secara luas ke arah Barat-Timur dan sedikit ke Utara-Selatan.

Hasil pengeboran untuk mengetahui kondisi akifer, menunjukkan bahwa sistem

akifer Gedebage adalah sbb:

– Sistem akifer pada kedalaman 25-40 meter, diperkirakan debit air

yang dapat dimanfaatkan pada zona ini adalah 5-7 liter/detik.

– Sistem akifer pada kedalaman 70-100 meter, diperkirakan debit air

yang dapat dimanfaatkan pada zona ini adalah 10 liter/detik.

– Sistem akifer pada kedalaman 115-140 meter.

– Sistem akifer pada kedalaman 180-220 meter.

Keperluan air yang diperlukan untuk proses pembangkitan energi listrik

dapat dicukupi dengan memanfaatkan air akifer yang ada di kawasan ini.

Kondisi Topografi dan Tata Guna Lahan

Lokasi rencana merupakan area persawahan dengan kondisi topografi yang

relatif datar. Sebelah Barat lokasi merupakan lokasi perumahan Cempaka Arum,

sebelah Timur Laut terdapat beberapa perumahan penduduk dan berbatasan

dengan jalan Kabupaten Bandung, sedangkan sebelah Selatan lokasi rencana

merupakan Jalan Tol Purbalenyi. Merupakan kawasan pendamping dari rencana

Kawasan Primer Gedebage (berjarak sekitar 2-3 km)

Kondisi Umum

Topografi lokasi datar, lahan yang tersedia luas yang merupakan area

persawahan (tadah hujan), dengan potensi banjir yang saat ini sudah kecil karena

normalisasi kali sungai Cilameta di sebelah Barat lokasi. Kapadatan penduduk

jarang, kecuali di perumahan Cempaka Arum di sebelah Barat lokasi (Spot III &

IV)

Kondisi Jalan Akses

Akses Jalan Jangka Pendek. Jalan alternatif saat ini yang tersedia:


IV-12

• Jalan Cimencrang (masuk dari jalan Soekarno Hatta) dan melewati

perumahan Cempaka Arum: lebar jalan rata-rata 6-7 meter (perlu

pertimbangan sosial masyarakat di Perumahan Cempaka Arum).

Akses Jalan Jangka Panjang (Operasi PLTSa 30 MW, lalu-lintas truk

sampah) dipertimbangkan perlu dibuat jalan baru yang lebih memadai

berdasarkan pertimbangan sosial, perijinan, biaya konstruksi, dan kemudahan

pelaksanaan.

Kondisi Titik Interkoneksi Jaringan Listrik

Dekat dengan trafo 20 kV (< 1 km)

BAB IV DESAIN DASAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA...

Documents

Transcript of BAB IV DESAIN DASAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA...