2.5.3 PLTD dengan Bahan Bakar Energi Terbarukan A. Energi Biogas Tahapan proses perombakan bahan organik hingga terbentuk biogas melalui tiga tahap. Tahap pertama adalah proses dari bahan bakar organik yang mudah larut dan penguraian dari bentuk ikatan komplek menjadi sederhana. Perombakan pada tahap awal ini banyak dibantu oleh enzim yang dihasilkan bakteri selulotik, lipolitik, protelitik. Limbah manusia terdiri dari karbohidrat, protein, dan lemak sebagai komponen terbesar. Enzim selulotik berperan mencerna karbohidrat menjadi gula-gula sederhana seperti glukosa. Enzim protelitik berperan merombak protein rantai panjang menjadi lebih sederhana dan pada akhirnya menjadi bentuk asam amino. Enzim lipolitik merombak lemak dan minyak menjadi asam-asam lemak. Semua produk akhir dari proses enzymatik tersebut selanjutnya sangat menentukan pertumbuhan dan perkembangan maupun kegiatan mikroba dalam sumur pencerna (digester). Tahap berikutnya memasuki tahap pengasaman dimana komponen monomer yang telah disederhanakan pada tahap awal oleh kerja bakteri pembentuk asam (asetogenik). Mikroba pembentuk asam ini merupakan mikroorganisme fakultatif yang dapat bertahan pada lingkungan aerob maupun anaerob. Keistimewaan lain mikroba ini berkemampuan mendegredasi organik sederhana dengan kisaran yang luas. Oleh bakteri asetogenik pada tahap ini akan merombak gula-gula sederhana menjadi asam asetat, propionat, dan sedikit butirat, format laktat dan alkohol. Di samping itu akan terjadi sedikit gas karbondioksida. Tahap akhir pembentukan gas methan dapat melalui tiga cara : 1. Melalui perombakan asam-asam organik seperti asam asetat oleh mikroba metagenik membentuk gas methan. Mikroba pembentuk methan ini merupakan mikroorganisme yang hanya dapat hidup dalam kondisi anaerob dan setiap species hanya dapat menfermentasikan senyawa organik tertentu. Jadi mikroba yang tergolong metagenik terdiri dari beberapa jenis. Asam asetat merupakan bahan terbanyak dalam pembentukan mathan mencapai 70%. 2. Melalui oksidasi alkohol (ethanol) oleh karbondioksida membentuk methan. 3. Melalui reduksi karbondioksida akan terbentuk gas methan. Gas methan yang terbentuk akan terkumpul pada tanki pengumpul gas (holding gas). Dari tanki ini dapat diatur pemanfaatan biogas untuk berbagai kebutuhan energi seperti untuk masak di dapur atau pembangkitan tenaga listrik.

Gambar 2.3. Skema Pemanfaatan Energi Biogas Sumber : Pemanfaatan EBT DJLPE B. Energi Biomassa Pemakaian biomassa untuk pembangkit tenaga listrik dibedakan menjadi dua. Yang pertama menggunakan biomassa sebagai bahan bakar pembangkit listrik tenaga uap, sedangkan yang kedua memanfaatkan biomassa sebagai bahan bakar pada pembangkit listrik tenaga diesel, untuk itu biomassa dikonversi terlebih dahulu melalui proses gasifikasi hingga menghasilkan gas. 1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap Pada pembangkit listrik tenaga uap ini. biomassa akan berfungsi sebagai bahan bakar menggantikan bahan bakar konvensional seperti minyak ataupun batubara. Biomassa yang digunakan bisa dari kayu maupun limbah.

Pemakaian biomassa bisa secara langsung maupun melalui proses gasifikasi terlebih dahulu. Untuk biomassa yang berasal dari limbah mempunyai beberapa persoalan. Diantara persoalan itu antara lain : a) Tidak ada kapasitas cadangan jika limbah tidak tersedia. Tempat pembakaran tidak bisa dipergunakan untuk batu bara ataupun bahan bakar lain, karena konstruksinya memang sendiri. b) Limbah harus disortir sebelum dipakai sebagai bahan bakar. c) Sampah perlu dicampur dengan minyak bakar, untuk meningkatkan effisensi pembakaran sampai habis. d) Perlu adanya pengaturan untuk membuang sisa limbah yang tidak terbakar. 2. PLTD Gasifikasi Biomassa Pembangkit listrik tenaga diesel gasifikasi biomassa terdiri dari empat bagian utama, yaitu unit konversi , unit pemurnian, mesin diesel, dan generator. Keempat bagian tersebut merupakan satu kesatuan yang saling melengkapi dalam proses konversi biomassa menjadi energi listrik. a. Unit Konversi Merupakan tungku reaktor, terbuat dari plat baja yang dilapisi batu tahan api dimana biomassa dibakar dengan tidak sempurna sehingga menghasilkan gas-gas yang masih mempunyai nilai bakar. Hampir semua jenis biomassa dapat dipakai sebagai bahan baku proses gasifikasi karena mengandung unsur karbon, hydrogen, dan oksigen. Akan tetapi untuk memperlancar proses maka memerlukan persyaratan teknis, di antaranya kadar air biomassa tidak boleh lebih dari 30% bentuk partikel mendekati bulat atau kubus. Ukuran partikel antara 0,5 cm sampai 5 cm dan tidak mengandung zat organik dan kerapatannya di atas 400 kg/m3. Proses gasifikasi merupakan proses reaksi kimia antara padatan yang digunakan sebagai umpan, berupa biomassa, dengan udara atau uap air, atau campuran dari keduanya pada suhu tinggi. Proses ini merupakan konverter seperti pada Gambar 2.15. Konverter ini beroperasi sebagai penggerak tidak langsung, dimana udara dan bahan umpan mengalir dari atas ke bawah. Udara dialirkan melalui pipa-pipa yang terletak di poros silinder konverter. Pemasukan umpan dilakukan secara berselang-seling dari bagian atas konverter. Pada konverter ada bagian yang disebut tenggorokan yang letaknya di bagian bawah dan terjadi penyempitan. Di atas tenggorokan, proses yang terjadi adalah pirolisa, dimana terjadi pengarangan dan pembentukan tar. Pada saat melalui tenggorokan, terjadi oksidasi terhadap arang dan tar, di sekitar tenggorokan inilah konversi menjadi gas utama terjadi. Di bawah tenggorokan gas yang terjadi tadi akan bereaksi dengan arang panas (sekitar 600o-700oC) dan terjadi reduksi CO2 menjadi CO. Abu yang terbentuk secara berselang-seling dikeluarkan dari grid yang terdapat pada bagian paling bawah konverter. Gas hasil dialirkan ke luar melalui saluran-saluran keluar yang terdapat di bawah tenggorokan. Apabila bahan umpan yang digunakan berukuran kecil, seperti sekam atau serbuk kayu hasil penggergajian, maka sebelum pemisahan terhadap zat-zat yang kondensibel maka perlu dilakukan pemisahan dari partikel abu/arang yang ikut terbawa serta dengan gas yang keluar. Fungsi utama dari ruangan di atas tenggorokan adalah untuk menyimpan transien dari umpan yang dimasukan dalam konverter, sebelum terkonsumsi dalam reaksi gasifikasi. Dengan adanya simpanan penyangga ini maka konsumsi bahan umpan untuk reaksi gasifikasi dapat terjadi secara kontinyu, walaupun pengumpanan dilaksanakan secara berselang-seling. Kelancaran aliran bahan umpan ini penting sekali di dalam menjaga kestabilan proses, yaitu kestabilan harga suhu tenggorokan di sekitar 1300o - 1400o K. Bila kelancaran aliran bahan umpan tidak terjadi, maka terdapat rongga-ronga yang dapat mengakibatkan terlambatnya penyediaan bahan untuk reaksi gasifikasi. Bila ini terjadi, maka temperatur tenggorokan akan turun di sekitar 1000o K yang akan mengakibatkan proses menjadi kurang stabil.

u a ms k d ra a u u pn ma

is la i o s

te g o k n n g ro a

gs a

g rid

p n g r kg e g e a rid p n m u ga u ea pn b

Gambar 2.4

Konverter Gasifikasi Sumber : Pemanfaatan EBT DJLPE Unit Pemurnian Gas dan Pendinginan Unit pemurnian gas terdiri dari rangkain alat yang berfungsi memisahkan zat pengotor (tar, partikel, air dan lain-lain) dari gas. c. Mesin Diesel Motor diesel yang digunakan pada PLTD gasifikasi biomassa ini adalah mesin diesel empat tak dengan bahan bakar solar. Mesin diesel empat tak bekerja dalam empat langkah, berturut-turut dalam silinder terdapat langkah masuk (isap), langkah kompresi, langkah usaha, dan langkah keluar (pembuangan). Kemampuan kerja mesin diesel dipengaruhi oleh banyak hal, di antaranya adalah pengaruh oleh lingkungan seperti ketinggian, temperatur dan kelembaban. d. Sistem Pendingin Sistem pendingin yang diperlukan bagi diesel generating set dapat dilakukan dengan dua cara berdasarkan jenis fluida pendingin yang digunakan : 1. Sistem pendingin dengan air 2. Sistem pendingin dengan udara. Generator Energi mekanis yang dihasilkan oleh mesin diesel yang berupa daya putar untuk mengubahnya menjadi energi listrik diperlukan suatu generator dimana pada generator, kecepatan putar yang dibutuhkan untuk menghasilkan tenaga listrik berbeda-beda tergantung oleh frekuensi kelistrikan dan jumlah pasang kutup dari generator tersebut sesuai rumus berikut : a. b.

f =

pn ...... 60

(2. 0)

dimana : F = frekuensi generator dalam Hertz P = jumlah pasang kutub N = jumlah putaran sinkrun dalam rpm Kecepatan putaran suatu generator juga mempengaruhi konstruksi generator tersebut. Generator untuk putaran tinggi secara konstruksi akan berbeda dengan generator untuk putaran rendah. Perbedaan konstruksi ini dikarenakan semakin tinggi putaran rotor, gaya sentrifugalnya juga semakin besar, untuk itu semakin tinggi putaran generator, diameter rotornya dibuat semakin kecil untuk mengurangi gaya sentrifugal. 2.6 PLTU Pada pembangkit ini, dapat menggunakan bahan bakar gas alam, minyak dan batubara yang dipakai untuk membangkitkan panas dan uap pada boiler. Uap tersebut kemudian dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron. Setelah melewati turbin, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap bertekanan dan bertemperatur rendah. Panas yang disadap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi airyang kemudian dipompakan kembali menuju boiler. Sisa panas yang dibuang oleh kondensor mencapai setengah jumlah panas semula yang masuk. Hal ini menyebabkan efisiensi PLTU hanya sekitar 30%. PLTU dalam sistem yang relatif besar (yang daya terpasangnya di atas 1000 MW) pada umumnya merupakan pusat listrik yang dominan baik secara teknis operasional maupun ditinjau dari segi biaya operasi. Dari segi operasional PLTU yang paling banyak kendalanya khususnya dalam kondisi dinamis, hal ini disebabkan banyaknya komponen dalam PLTU yang harus diatur. Kendala operasi yang terdapat pada PLTU adalah : a. Starting time yang relatif lama, bisa mencapai 6-8 jam apabila start dilakukan dalam keadaan dingin. b. Perubahan daya persatuan waktu yang terbatas kira-kira 5% per menit. Hal ini disebabkan karena proses start maupun perubahan daya dalam PLTU menyangkut pula berbagi perubahan suhu selanjutnya yang dapat mengakibatkan timbulnya pemuaian atau pengkerutan. Sehingga perubahan daya dan proses start harus berlangsung merata dan tidak terlalu cepat untuk menghindarkan tegangan mekanis maupun pergeseran antara bagian-bagian yang berputar dan bagian-bagian yang statis, misalkan rotor dan stator. Adapun komponen-komponen yang menunjang dalam proses kerja PLTU adalah sebagai berikut : 1. Transportasi bahan bakar

Bahan bakar yang digunakan adalah batubara. Batubara akan didatangkan dari Kalimantan dan Sumatera yang diangkut dengan kapal laut. Pembongkaran batubara dari kapal ke penampungan (stockyard) dilakukan dengan menggunakan belt conveyor. 2. Boiler, Turbin dan Generator Batubara yang dibongkar dari stockyard dikeruk dan diangkat ke boiler. Selanjutnya batubara diteruskan ke coal feeder yang berfungsi mengatur jumlah aliran ke pulverizer dimana batubara digiling sesuai kebutuhan menjadi serbuk yang sangat halus seperti tepung. Serbuk batubara ini dicampur dengan udara panas dari Primary Air Fan (P.A Fan) dan dibawa ke coal burner (gambar 4.6) yang menghembuskan batubara tersebut ke dalam ruang bakar untuk proses pembakaran dan terbakar seperti gas untuk merubah air menjadi gas. Udara panas yang digunakan oleh P.A Fan dipasok dari F.D Fan yang menekan udara panas setelah dilewatkan melalui Air Heater. FD Fan juga memasok udara ke coal burner untuk mendukung proses pembakaran. Hasil proses pembakaran yang terjadi menghasilkan limbah yang berupa abu dengan perbandingan 14:1.

Gambar 2.5 Coal Burner Sumber : Spesifikasi PLTU Jatim 1 Panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar diserap oleh pipa-pipa penguap/water walls menjadi uap jenuh/uap basah yang selanjutnya dipanaskan dengan superheater. Kemudian uap tersebut dialirkan ke turbin tekanan tinggi, dimana uap tersebut ditekan melalui nozzel ke sudu-sudu turbin. Tenaga dari uap menghantam sudusudu turbin dan membuat turbin berputar. Setelah melalui turbin tekanan tinggi, uap dikembalikan ke boiler untuk dipanaskan ulang di reheater sebelum uap tersebut digunakan di I.P Turbin dan L.P Turbin. Poros turbin tekanan rendah dikopel dengan rotor generator. Rotor dalam elektromagnit berbentuk silinder ikut berputar apabila turbin berputar. Generator dibungkus dalam stator generator. Stator ini digulung dengan menggunakan batang tembaga. Listrik dihasilkan dalam batang tembaga pada stator oleh elektromagnit rotor melalui perputaran dari medan magnit. Bagan alir proses pembangkit listrik tenaga uap mulai dari pembongkaran batubara di stockyard hingga menghasilkan tenaga listrik dapat dilihat pada gambar berikut. 3. Sistem pendingin Uap yang melewati turbin akan didinginkan dan dikondensasikan menjadi air di dalam condensor sebelum dikembalikan ke boiler. Air untuk keperluan PLTU Jatim I sebanyak 86800 m3/jam atau sekitar 24,1 m3/detik diambil dari laut, dimana debit air sebesar 400 m 3/jam diolah terlebih dahulu sehingga memenuhi syarat untuk digunakan air pengisi ketel (boiler) dan untuk berbagai kebutuhan operasi lainnya. Air yang telah dipergunakan dikembalikan lagi ke laut setelah didinginkan di saluran pendingin.

Gambar 2.6 Proses pendinginan Batubara Sumber : www.pln.co.id 4. Sistem pengolahan air ketel Air yang akan dipergunakan untuk pengisian air ketel (boiler) harus dijaga mutunya untuk menghindari scalling dan korosi. Setelah air kali Bawur ditawarkan menggunakan desalination plant, kemudian dilakukan pengolahan air tawar menjadi air ketel dengan menggunakan bahan kimia, diantaranya larutan hydrazine. 5. Abu dan debu Pada proses pembakaran batubara diperolah hasil sampingan berupa abu dan debu. Abu yang terjadi terdiri dari dua golongan yaitu abu yang langsung mengendap di dasar ketel, dan lainnya adalah abu terbang. Abu yang jatuh ke bagian bawah ketel secara periodik dikeluarkan dan disimpan. Debu (gas) hasil pembakaran dihisap keluar dari ketel oleh I.D Fan dan dilewatkan melalui Electrostatic presipitator yang menyerap 99,5% abu terbang dan debu dengan sistem elektroda dihembuskan ke cerobong asap yang mempunyai ketinggian 215 m. Pada elektron dilepaskan ke batangan berbentuk saringan sehingga partikel yang halus ditarik ke saringan tersebut, dan kemudian dapat dikumpulkan secara proses mekanik. Limbah abu baik abu terbang maupun abu dasar, slag dan pyrites ditampung dalam tempat khusus yang dinamakan ash lagoon atau ash yard. Lapisan dasar ash yard dibuat kedap air yaitu dilapisi dengan lapisan geotextile agar air lindi yang terbentuk tidak merembes dan mencemari air tanah. Banyaknya abu terbang maupun abu dasar yang dihasilkan dari pembakaran batu bara adalah sekitar 239.040 ton/bulan untuk kapasitas PLTU sebesar 2x300 MW. 6. Sistem pengolahan limbah cair Air bekas proses pembangkit listrik tenaga uap (limbah cair) tidak akan dibuang langsung ke perairan karena mengandung bahan-bahan berbahaya. Limbah cair berasal dari beberapa kegiatan proses, yaitu air pendingin, air lindi dari penimbunan batubara dan abu terbang, air limbah demineralisasi, limbah cair domestik dan limbah ceceran minyak. Masing-masing limbah cair diatas mempunyai karakteristik yang berbeda sehingga dilakukan segregasi pengolahan limbah. Air bekas pendingin mempunyai temperatur yang cukup tinggi, temperaturnya diturunkan melalui menara pendingin. Air lindi dan air limbah demineralisasi mengandung zat anorganik berbahaya dan beracun, diolah dalam suatu instalasi pengolahan limbah cair (IPAL) sehingga limbah cair yang keluar dari IPAL akan memenuhi baku mutu limbah cair maupun baku mutu air yang disyaratkan. Limbah cair domestik ditanggulangi dengan menggunakan tangki septik, sedangkan ceceran minyak sebanyak 6 m3/jam diolah dengan sistem oil catcher. Untuk memenuhi kebutuhan air tawar, maka dilakukan pengolahan terhadap air laut dengan pengambilan air sebanyak 400 m3/jam menggunakan teknologi desalinasi. Digunakan teknologi ini karena air laut benyak mengandung NaCl. Proses yang digunakan untuk desalinasi adalah menggunakan teknologi reverse osmosis, yaitu teknologi pengolahan air untuk menyisihkan garam atau mineral menggunakan membran semipermeable, yaitu membran yang ukuran porinya berkisar 1-20 nm. Feed water sebanyak 400 m3/jam dialirkan ke dalam membran dengan aliran cross flow filtration dan dengan bantuan tekanan tinggi, maka sebagian besar mineral tertahan pada permukaan membran atau terbawa dengan aliran induknya, dan hanya sebagian kecil air yang lolos melalui

membran sebagai fresh water dengan kadar garam yang rendah, yaitu sebanyak 93 m3/jam (hanya kira-kira 23%). Sisanya sebesar 307 m3/jam akan terus mengalir dari membran. Air yang keluar dari membran tersebut dinamakan concentrate, retentate, atau reject. Kualitas air concentrate atau air reject sama dengan kualitas feed water, hanya kadar garamnya lebih tinggi. Dengan demikian air reject bukan air limbah dan selanjutnya air reject tersebut dimasukkan kembali ke dalam kali Bawur. Dengan demikian tidak terjadi kehilangan air yang signifikan dalam pengolahan air secara desalinasi, seperti terlihat pada gambar berikut. Gambar 2.7400 m3/jam Feed water Concentrate , retante , reject 3 (307 m /jam )

Membran semipermeable

Permeate , filtrate , atau fresh water 93 m 3/jam

Proses desalinasi dengan reverse osmotic aliran cross flow filtration 7. Kebutuhan bahan baker batubara Kebutuhan bahan baker batubara PLTU dengan kapasitas 2x300 MW-400 MW dapat dilihat pada table berikut.

Tabel 2.2 Kebutuhan bahan baker PLTU No. PARAMETER VOLUME 1 Kapasitas pembangkit 2x300-400 MW 2 Jenis bahan baker Coal/HSD 3 Capacity Factor 80 % 4 Jenis Boiler Pulverized Coal 5 SFC 0,553 Kg/Kwh 6 Kebutuhan batubara/tahun 2.294.784 Ton 7 HSD/tahun (support) 37.843 Ton HSD/bulan (support) stock pile 8 294.816 Ton batubara 1 bulan 9 Based load untuk kapal batubara 211.680 Ton 10 Kapasitas per Barge 12.000 DWT 11 Kebutuhan 1 bulan 239.040 Ton 12 Delivery kapal batubara 20 Barge/bulan Sumber : Spesifikasi teknis PLTU Jatim I, 2006 Kebutuhan batubara yang berasal dari Kalimantan dan sumatera selatan diperkirakan sebanyak 2.294.784 ton/tahun. Batubara yang dibongkar dari tongkang (barge) kemudian disimpan di dalam penampungan batubara.

4.4.1. Unjuk Kerja PLTU Batubara Konvensional

Pulverised Coal Combustion (PCC) merupakan teknologi pembangkit tenaga listrik tenaga uap berbahan bakar batubara yang paling umum digunakan untuk membangkitan listrik dari batubara. Sistem ini beroperasi pada tekanan atmosfer untuk mempermudah proses aliran material pada pembangkit. Batubara yang akan diumpankan pada boiler merupakan butiran-butiran yang halus yang ditiupkan pada boiler untuk proses pembakarannya. Proses pembakaran yang terjadi berada pada suhu 1300-17000C tergantung pada jenis dan peringkat batubara yang diumpankan. Pada proses pembakaran tersebut uap panas terbentuk dan akan memutar turbin uap. Teknologi ini dapat berkembang dan diterima dengan bailk, terbukti dengan dioperasikannya ribuan unit pembangkit dengan teknologi PCC (lebih dari 90% dari total kapasitas pembangkit berbahan bakar batubara di Indonesia). Sedangkan bahan bakar batubara yang digunakan bisa bervariasi kecuali dengan batubara berkadar debu tinggi, dengan kompensasi pencemaran yang ditimbulkan. Kebanyakan boiler yang digunakan beroperasi sebagai dry bottom dengan temperatur pembakaran antara 15000C - 17000C dan 1300-16000C untuk batubara peringkat rendah. Sebagian besar abu sisa pembakaran yang keluar bersama flue gas sebagai partikel padat dikumpulkan oleh Electrostatic Precipitators (EP) dan Fabric Filter sebelum penimbunan. Saat ini boiler pada PCC dibuat untuk memenuhi kapasitas turbin uap dengan output 50 MW 1300 MW. Biasanya kapasitas pembangkit dengan teknologi ini lebih dari 300 MW untuk mengambil keuntungan dari sisi ekonomis maupun efisiensi dan jarang ada yang mempunyai kapasitas lebih dari 700 MW dengan output dari satu turbin dan satu boiler. Dengan kapasitas yang sangat besar ini maka PLTU Konvensional tidak tepat untuk dibangun di Pulau Bawean. Salah satu dorongan untuk meningkatkan efisiensi pembangkit thermal adalah pertimbangan terhadap lingkungan dimana CO2 yang terbentuk diharapkan berkurang seiring dengan peningkatan efisiensi selain juga berarti pengurangan emisi SOx dan NOx. Peningkatan efisiensi berarti juga pengurangan biaya operasional karena lebih sedikit bahan bakar yang diperlukan. Efisiensi thermal keseluruhan dari pembangkit batubara konvensional memakan waktu yang lama dan berkapasitas kecil serta menggunakan batubara berkadar rendah maksimal adalah 30%. Sedangkan saat ini PCC modern bisa mencapai efisiensi 35% - 38%. Sebenarnya efisiensi thermal dari teknologi PCC ini bisa ditingkatkan lagi dengan mengimprovisasi boiler dan turbin uap agar bisa beroperasi pada temperatur dan tekanan yang lebih tinggi (supercritical and ultra supercritical steam) diatas 5660C dan 250 bar. Pada teknologi PCC ini, gas buang serta partikel yang dihasilkan mengandung zat pencemar tinggi (Sox, NOx, Ash dan Partikel lainnya) sehingga diperlukan peralatan tambahan untuk mengendalikan zat pencemar tersebut, diantaranya Electrostatic Precipitators dan Fabric Filter and Bag House, Flue Gas Desulfurization (FGD) dan Selective Catalytic Reduction (SCR). Dengan memasang FGD emisi NOx dapat dikurangi sebesar 90% sedangkan untuk mengurangi emisi NOx, bisa dilakukan dengan menerapkan teknik low NOx combustion pada proses pembakaran di boiler dengan reduksi sebesar 40-70% akan tetapi teknik ini mengurangi efisiensi sistem. Dengan teknik pengendalian post combustion yaitu dengan memasang peralatan SCR, emisi NOx bisa direduksi 80 hingga 90% dan hanya berpengaruh sedikit pada efisiensinya. Tentu saja pemasangan FGD dan SCR ini kan mempengaruhi biaya investasi.

A. PLTG Gasifikasi Batubara IGCC (Integrated Gasification Conbined Cycle) Teknologi ini relatif baru dalam hal pembangkitan tenaga listrik. Pembangkit listrik IGCC berbahan bakar batubara ini mulai dikenal dan dikembangkan pada tahun 1990. Dengan menggunakan format siklus kombinasi dengan turbin gas yang berputar oleh combusted syngas, dimana gas buangnya dipakai untuk memproduksi uap panas yang akan memutar turbin. Pada sistem IGCC ini tenaga yang dibangkitkan sebagian besar berasal dari turbin gas yaitu sekitar 60-70%. Sistem ini pada dasarnya merupakan gabungan dari teknologi gasifikasi batubara dan teknologi pembangkit silkus kombinasi (combined cycles). Proses utama pada pembangkit ini diawali dengan proses gasifikasi, dalam hal ini gasifikasi batubara. Pada proses gasifikasi ini dilakukan dalam ruang tertutup bertekanan dan hasilnya berupa CO + H2 (disebut sebagai synthesis gas syngas atau flue gas). Gas hasil gasifikasi tersebut merupakan gas yang bersih dan dibakar bersama dengan oksigen atau udara untuk menghasilkan bahan bakar dengan temperatur dan tekanan yang tinggi. Hasil pembakaran itulah yang akhirnya nanti menjadi gas hasil yang berupa gas dengan kandungan mirip dengan gas alam, sehingga bisa dipakai untuk memutar turbin gas. Pada proses gasifikasi saat ini ada tiga format yang dipakai yaitu fixed bed, fluidized bed dan entrained bed. Format fixed bed menggunakan lump coal, fluidized bed menggunakan butiran batubara dengan ukuran 3-6 mm, sedangkan format entrained bed menggunakan pulverised coal sama seperti pada teknologi PCC.

S T EAM

STACK

COAL PREPA RA TION

FUEL GAS

GASIFIERHOT F UEL G AS AIR & OXYGEN

HRSG

ST EAM HOT EX HAUST

STEAM TURBINPOWER

GAS CO O LIN G

GAS TURBIN

GAS TURBINPOWER

SULPHUR DUST REM OVA L

GAS C LEANING

CLEAN GAS

Gambar 4.5 Diagram Alir Sistem IGCC Salah satu kelebihan sistem IGCC ini daripada sistem konvensional adalah efisiensi thermalnya lebih tinggi yaitu 40% - 45% dibandingkan PLTU Konvensional yang memiliki efisiensi 30% - 38%. Hal ini bisa terjadi karena adanya konsep siklus kombinasi dimana sisa panas dari gas buang pada turbin gas dimanfaatkan lagi oleh turbin uap setelah melalui proses pemanasan kembali. Sebenarnya peningkatan efisiensi lebih tinggi bisa dicapai bial temperatur inlet pada gas turbin tinggi., akan tetapi pada saat ini dibutuhkan temperatur yang relatif rendah pada proses pembersihan gas untuk menghilangkan partikel dan sulfur. Hal itulah yang membatasi efisiensi keseluruhan dari proses IGCC tersebut. Selain itu bagian combine cycles dari pembangkit IGCC bisa dibangun dan dipergunakan untuk bahan bakar gas alam. Kelebihan lain dari sistem ini adalah pemenuhan terhadap standar emisi yang ditimbulkan pembangkit, bahkan bisa melebihi standar. Dengan sistem ini lebih dari 92% - 99% SO2 yang ditimbulkan oleh PLTU Konvensional dapat dihilangkan sebelum proses pembakaran NOx dikurangi hingga 70% sedangkan CO2 lebih dari 35%. Hal ini yang membuat sistem IGCC mendapat nilai yang positif dalam pembangkitan tenaga listrik dimana zat-zat polutan telah dihilangkan sebelum melalui proses pembakaran dalam turbin gas, hanya sebagian kecil gas yang perlu dibersihkan dibanding pada sistem FGD yang membersihkan gas setelah pembakaran. Disamping itu IGCC tidak memerlukan banyak air untuk sistem pendinginannya, sehingga pembangkit dengan sistem ini bisa dibangun di daerah yang sedikit mendapatkan suplai air. Dengan demikian adanya keandalan sistem untuk pengendalian emisi ini menyebabkan turunnya biaya lingkungan dari sistem, sehingga dapat mengurangi biaya operasional pembangkit.

Hal ini disebabkan karena proses start maupun perubahan daya dalam PLTU menyangkut pula berbagai perubahan suhu yang selanjutnya menyebabkan pemuaian atau pengkerutan. Pemuaian atau pengekerutan sedapat mungkin harus belangsung merta dan tidak terlalu cepat untuk menghindarkan tegangan mekanis maupun pergeseran antara bagian-bagian yang berputar dan bagian bagian yang diam, misalnya rotor dan stator. Siklus Rankine, atau siklus tenaga uap, merupakan siklus teoritis yang paling sederhana yang mempergunakan uap sebagai medium kerja sebagaimana dipergunakan pada sebuah pusat pembangkit listrik tenaga uap. Gambar 2.3 memperlihatkan skema sederhana dari mesin uap yang terdiri atas komponen-komponen terpenting yaitu: boiler, turbin uap, dan kondenser.

Gambar 2.3 Skema Sederhana Mesin Uap Jumlah energi masuk sebagai bahan bakar melalui boiler adalah Em, sedangkan energi efektif yang tersedia pada poros turbin adalah energi kerja Ek, energi yang terbuang melalui kondensor adalah sebesar E b. Dengan menganggap semua kerugian lainnya termasuk Eb, maka dapat dikatakan bahwa : Em = Ek +Eb ...(2.1) Dan efisiensi secara umum dapat ditulis sebagai berikut : (2.2)

=

Ek Em Eb = Em Em

Gambar 2.4 menunjukkan suatu diagram suhu entropi untuk sikklus Rankine :

Gambar 2.4 Diagram Suhu Entropik Menurut Gambar 2.4, luas 1-2-3-4 merupakan energi keluaran Ek, sedangkan luas a-b-2-1 mewakili jumlah energi masukan Em. Meningkatkan daya guna siklus ini dapat dilakukan dengan menurunkan tekanan kondensor. Secara ideal tekanan kondensor yang terendah dapat dicapai adalah tekanan jenuh sesuai dengan suhu terendah dari air pendingin atau udara yang dipakai sebagai penerima. Dalam diagram suhu-entropi hal ini berarti menurunkan garis suhu 4-3. Hal ini dapat dilakukan dengan mempergunakan air pendingin pada kondensor yang mempunyai suhu yang lebih rendah. Tetapi hal ini sangat terbatas, karena air pendingin yang dapat dipakai hanyalah air yang tersedia, yaitu air laut, air sungai, atau air danau yang ada. Peningkatan efisiensi dapat pula dicapai dengan mempergunakan proses pemanasan ulang. Proses pemanasan ulang ini terlihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Turbin Uap Dengan Pemanasan Ulang Turbin uap terbagi dua bagian, yaitu bagian Tekanan Tinggi (TT) dan bagian Tekanan Rendah (TR). Uap yang telah dipakai pada taraf pertama meninggalkan bagian TT titik 3 dan dialirkan kembali ke boiler untuk pemanasan ulang, kemudian dimasukkan lagi ke turbin pada titik 4 dan dipakai oleh bagian TR turbin uap tersebut. Diagram suhu entropi untuk pemanasan ulang terlihat pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Diagram Suhu Entropik dengan Pemanasan Ulang Luas 1-2-3-4-5-6 dari gambar diatas yang mewakili jumlah energi yang dimanfaatkan, dengan demikian menjadi lebih besar, dan daya guna atau efisiensi termal dari pusat tenaga listrik menjadi lebih besar pula. Untuk mesin-mesin yang lebih besar, pemanasan ulang dapat dilakukan hingga 2 kali, dan turbin uap terbagi atas tiga bagian, yaitu bagian Tekanan Tinggi (TT), Tekanan Menengah (TM), dan Tekanan Rendah (TR). Dalam apa yang dinamakan siklus regeneratif sebagai bagian dari energi yang berada di dalam rangkaian panas dipertahankan beredar dalam rangkaian itu. Hal demikian dilakukan misalnya dengan memenaskan air yang keluar dari kondensor dengan uap yang dipinjam dari turbin, sebelum dimasukkan ke boiler sebagaimana terlihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7

3.1 Siklus Regeneratif Turbin UapLengkung suhu entropi sebagaimana tampak pada gambar berikut ini :

Gambar 2.8

3.2 Diagram Suhu Entropik dengan Siklus Regeneratif Turbin UapSecara umum sebuah pembangkit listrik tenaga uap dapat digambarkan seperti gambar dibawah ini.

Bagan PLTU

3.3 Gambar 2.9