Penaksiran dan Pemodelan Panas Buang dari Turbin Gas Berdasarkan Sistem CHP untuk Sistem ORC1. Pendahuluan

Keinginan untuk mencari alternatif lain dalam menghasilkan listrik dari sumber panas bertemperatur rendah seperti pembangkit solar-thermal, panas buang industri, dll merupakan tujuan dari dibuatnya jurnal ini. Potensi yang ada pada panas buang dari industri sangat menjanjikan karena memiliki jumlah panas buang yang cukup besar yang secara statistik hampir mencapai 50% dari total panas yang dihasilkan.

Dengan menggunakan metode konvensional seperti steam rankine cycle untuk memenuhi jumlah panas yang bertemperatur rendah dinilai tidaklah mudah. Meskipun begitu dapat digunakan sistem Organic Rankine Cycle (ORC) yang menggunakan fluida yang dapat mendidih pada temperatur lebih rendah dari temperatur didih air. Secara umum, sistem ORC terdiri dari sebuah pompa, turbin, evaporator dan kondenser. Sistem ini tergolong ke dalam sistem tertutup.

Jurnal tersebut terfokus pada low-grade heat recovery dari sistem CHP berdasarkan turbin gas pada simple-cycle (Brayton-cycle). Dengan tujuan utama adalah untuk :

- menentukan panas buang dari sistem CHP pada berbagai jenis temperatur ambient dan output.

- menginvestigasi akan kemudahan dengan mengkombinasi ORC dengan CHP

2. Metodologi

Sistem CHP dibuat berdasarkan dari subsistem berikut : ruang pembakaran, turbin gas dan waste heat boiler. Diagram alir dari sistem ini akan disajikan dengan menggunakan hysys sedangkan pengukuran sebenarnya didapat dengan mengukur gas keluaran menggunakan tabung pitot sehingga dapat diketahui temperatur dan laju alir sebenarnya.

A. Simulasi Proses dengan HYSYS

Sistem CHP terdiri dari 4,35 MW turbin gas (model SGT-100-1S) dan boiler dengan kapasitas 8,165 kg/hr pada temperatur 16 barg yang mana dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 1. Diagram sistem CHP dengan menggunakan Hysys

Data yang diinputkan untuk program hysys ini sesuai dengan data yang dilampirkan pada jurnal dengan stoikiometri sebagai berikut :

CH4 + 2(O2 + 3,76N2) ( CO2 + 2H2O + 7,52N2B. Eksperimen

Eksperimen dilakukan dengan menentukan volumetric velocity dan temperatur dari exhaust gas. Instrumen yang digunakan adalah tabung pitot tipe-S dengan termokopel tipe-K.1) Experiment RigPengukuran dilakukan dengan menggunakan 9-point traverse grid dengan standar BS EN 15259:2007. Pengukuran dilakukan pada bagian atas boiler pada lokasi strategis dengan menggunakan sistem ORC. Selain itu hal yang perlu dimonitor adalah konsumsi bahan bakar, daya output turbin, temperatur exhaust gas dari turbin dan produksi steam. 2) Persamaan Nilai VelocityHubungan umum antara velocity dari exhaust gas da tekanan disebabkan oleh perpindahan exhaust gas pada tabung pitot, yang mana dijelaskan pada persamaan :V = 4,72136KpitotTpitot (hkpa/d)

Dimana :

V= exhaust gas velocity (m/s)

Kpitot= Konstanta Tabung Pitot

Tpitot= Konstanta Kompresi GashkPa= [tekanan total tekanan statis] (kPa)

d= masa jenis exhaust gas (kg/m3)

Persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi persamaan dibawah ini jika nilai Kpitot adalah 0,84 dan nilai adalah Tpitot 1.

V = 3,966 (hkpa/d)

C. Analisa Panas Buang

Dengan adanya pemanfaatan panas dari exhaust gas dapat meningkatkan efisiensi sistem CHP. Proses pemanfaatan ini dapat dilakukan dengan mengalirkan flue gas pada sebuah heat exchanger yang diinstalasikan setelah boiler atau dengan menggunakan ORC untuk menghasilkan listrik dari panas buang yang bertemperatur rendah tersebut. Besarnya nilai panas buang yang dapat dimanfaatkan tersebut dapat dihitung dengan :Q = m cp dT

D. Panas Buang dengan Sistem ORC

Besarnya panas buang yang dapat digunakan bergantung pada peralatan pada sistem ORC yang digunakan. Pada jurnal yang terlampir tersebut digunakan ORC dengan sistem Clean CycleTM 125 dengan spesifikasi sebagai berikut :Tabel 1. Spesifikasi Sistem ORCWorking fluidR-245fa

Electrical output gross125 kW

Evaporation temperature of refrigerant121oC

Input energy980 kW

3. Hasil

A. Simulasi Hysys- Analisa Panas Buang pada Berbagai Temperatur LingkunganBerdasarkan analisa, temperatur udara lingkungan memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap peforma dari turbin gas. Daya keluar bersih dari gas turbin menurun dengan mengingkatnya temperatur udara lingkungan.

Analisa Panas Buang pada Berbagai Laju Produksi UapPerubahan pada permintaan produksi uap akan mempengaruhi tingkatan dan kuantitas panas buang yang dihasilkan. Pada simulasi dengan hysys, dapat dianalisa bahwa semakin menurun kualitas uap yang dihasilkan maka akan semakin besar listrik yang dihasilkan dengan catatan temperatur lingkungannya sama.

- Analisa Panas Buang pada Berbagai Output Turbin Gas Terdapat pengaruh yang cukup besar dari output turbin gas yang dihasilkan dengan kondisi exhaust gas. Temperatur dari exhaust gas meningkat dengan meningkatnya keluaran dari turbin gas.B. Pengukuran dengan Tabung Pitot

Pada daya keluaran turbin gas sebesar 2,3 MW, laju alir rata-rata dari exhaust gas adalah 19,7 kg/s dengan temperatur rata-rata 214oC. Nilai dari panas buang rata-rata adalah 4,50 MW, yang berdasarkan pada temperatur lingkungan 5oC.C. Analisa Panas Buang

Besarnya harga panas buang dari sistem CHP bervariasi antara 3,82 MW dan 5,09 MW.D. Pemanfaatan Panas Buang dengan Sistem ORC

Pemanfaatan panas gas buang bergantung pada besarnya panas buang dan temperatur dari sumber panas.