TUGAS TERMODINAMIKA
PENERAPAN SISTEM KOGENERASI PADA PEMBANGKIT LISTRIK UNTUK EFESIENSI DAN PENGHEMATAN LISTRIK
Disusun Oleh
:
AHMAD DANIEL GAZALI
H1E108065
M. AQLY SATYAWAN
H1E108056
MEVI AYUNINGTYAS
H1E108055
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL BANJARBARU 2010
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar B Beelakang
Sejak krisis energi tahun 1970, dimana cadangan energi fosil dunia semakin langka, ini telah mendorong berkembangnya teknologi mesin dan peralatan proses untuk pabrik gula (PG) yang semakin efisien. Sehingga melalui sistem cogeneration, dengan bahan bakar ampas PG di beberapa Negara yang tidak memiliki sumber cadangan energi fosil dapat berperan dalam penyediaan listrik nasional (Miguel, 1994; Paturau, 1989; Riviere, 1989). Di Indonesia penyediaan listrik nasional hingga sekarang masih bersumber pada penggunaan batu bara, gas, minyak, panas bumu dan tenaga air (Djoko dan Hamzah, 1997). Menyadari akan pentingnya menghemat devisa negara dan menjaga kelestarian lingkungan, dengan penggunaan sumber energi baru dan terbaharukan pemerintah telah memberi kesempatan bagi pembangkit skala kecil swata dan koperasi (PSKSK). Guna mendorong keikutsertaan swasta dan koperasi, pemerintah melalui menteri pertambangan dan energi telah telah mengeluarkan mengeluarkan SK
No.: 1895-K/437/ 1895-K/437/M.PE/ M.PE/1995, 1995, tanggal tanggal 8 Desember
1995, diantaranya tentang ketentuan harga jual listrik dari PSKSK (Yahya, 1998). Dengan Dengan popula populasi si penduduk penduduk dan pemban pembanguna gunan n indust industii yang yang terus terus mening meningkat kat akan memacu kenaikan konsumsi listrik listrik nasional. Untuk memenuhi kebutuhan listrik nasional, PLN dari tahun 1991 hingga tahun 2004 memiliki kapasitas terpasang dari 6.363 MW menjadi menjadi 31.845 MW, dengan peningkatan peningkatan konsumsi listrik listrik tiap tahun antara antara 14,1 hingga 17,7 % ( Dirjen Batan, 1996). Khususnya pada PG kapasitas besar di Sumatra selatan yang belak belakanga angan n dihada dihadapka pkan n pada pada masala masalah h kelebi kelebihan han ampas, ampas, maka maka progra program m PSKSK PSKSK dapat dapat mejadi peluang dalam peningkatan pendapatan atau kesejahteraan petani, disamping dapat menjaga menjaga kelestarian kelestarian lingkungan lingkungan Sistim Sistim kogenerasi kogenerasi adalah adalah serangkaian serangkaian atau pembangkitan pembangkitan secara bersamaan beberapa bentuk energi yang berguna (biasanya mekanikan dan termal) dalam satu sis tim yang terintegrasi. Sistim CHP terdiri dari sejumlah komponen individu – mesin penggerak (mesin panas), generator, pemanfaatan kembali panas, dan sambungan 2
listrik – tergabung menjadi suatu integrasi. Jenis peralatan yang menggerakkan seluruh sistim (mesin penggerak) mengidentifikasi secara khusus sistim CHPnya. Mesin penggerak untuk sistim CHP terdiri dari mesin reciprocating, pembakaran reciprocating, pembakaran atau turbin gas, turbin uap, turbin mikro dan sel bahan bakar. Mesin penggerak ini dapat membakar berbagai bahan baka bakar, r, yait yaitu u gas gas alam alam,, batu batuba bara ra,, miny minyak ak baka bakar, r, dan dan bahan bahan bakar bakar alte altern rnat atif if untu untuk k memproduksi daya poros atau energi mekanik. Meskipun umumnya energi mekanis dari mesin penggerak digunakan untuk menggerakkan generator untuk membangkitkan listrik, teta tetapi pi dapa dapatt juga juga digun digunak akan an untu untuk k mengg mengger erakk akkan an peral peralat atan an yang yang berge bergera rak k seper seperti ti kompresor, pompa, dan fan. Energi termal dari sistim dapat digunakan untuk penerapan langsung dalam proses atau tidak langsung untuk memproduksi steam, air panas, udara water untuk proses pendinginanan. panas untuk pengeringan, atau air dingin/ chilled water untuk
1.2
Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan dirumuskan masalahnya sebagai berikut berikut : 1. Penjelasan tentang kogenerasi. 2. Klasifikasi kogenerasi. 3. Manfaat kogenerasi. 4. Jenis- jenis kogenerasi. 5. Penjelasan lebih mendalam tentang kogenerasi dalam upaya penghematan energi. 6. Sumber bahan bakar dari sistem kogenerasi. 7. Hubungannya penerapan kogenerasi dengan aplikasi hukum termodinamika 8. Kendala dan upaya dalam penggunaan system kogenerasi
1.3
Tujuan
Adapun tujuan dibuatnya makalah Pembagkit Listrik Tenaga Panas Bumi ini adalah : 1. Untuk Untuk apa itu itu syst system em koge kogener nerasi asi.. 2. Untuk mengetahui mengetahui lebih mendalam mendalam tentang tentang kogenerasi. kogenerasi. 3
3. Untuk Untuk mengetahui mengetahui tingkat tingkat penghema penghematan tan energy energy dan efesie efesiensi nsi yang dihasil dihasilkan kan sistem sistem kogenerasi. 4. Aplikasi Aplikasi termodinami termodinamika ka dalam sistem sistem kogenerasi kogenerasi 5. \
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 2.1
Defi Defini nisi si Koge Kogene nera rasi si dan dan Sis Siste tem m kog kogen ener eras asii
Menurut Menurut definisi, definisi, kogenerasi adalah suatu proses pembangkita pembangkitan n dan pemanfaatan pemanfaatan energ energii dala dalam m bent bentuk uk yang yang berbe berbeda da seca secara ra sere seremp mpak ak dari dari ener energi gi bahan bahan bakar bakar untu untuk k menghas menghasilk ilkan an tingka tingkatt efisie efisiensi nsi maksim maksimum, um, ekonomi ekonomiss dan ramah ramah lingkun lingkungan. gan. Aplika Aplikasi si kogener kogenerasi asi yang yang lazim lazim digunak digunakan an adalah adalah pembang pembangkit kitan an energi energi listr listrik ik dan pemban pembangki gkitan tan energi termal. Energi listrik akan dipakai untuk catu daya bagi peralatan kelistrikan. Energi termalnya akan digunakan untuk membangkitkan uap, air panas, atau untuk proses pendingin sebuah absorption chiller . Sistem kogenerasi adalah serangkaian atau pembangkitan secara bersamaan beberapa bentuk bentuk energi energi yang yang bergun bergunaa (biasa (biasanya nya mekani mekanikan kan dan termal termal)) dalam dalam satu satu sistem sistem yang yang terintegrasi. Sistem CHP (Combined Heat & Power) terdiri dari sejumlah komponen individu – mesin penggerak (mesin panas), generator, pemanfaatan kembali panas, dan sambungan listrik – tergabung menjadi suatu integrasi. Jenis peralatan yang menggerakkan seluruh sistem (mesin penggerak) mengidentifikasi secara khusus sistim CHPnya. Mesin penggerak untuk sistim CHP terdiri dari mesin reciprocating, pembakaran atau turbin gas, turbin uap, turbin mikro dan sel bahan bakar. Mesin penggerak ini dapat membakar berbagai bahan bakar, yaitu gas alam, batubara, minyak bakar, dan bahan bakar alternatif untuk memproduksi daya poros atau energy mekanis. Meskipun umumnya energi mekanis dari mesin penggerak digunakan untuk menggerakkan generator untuk membangkitkan listrik, tetapi dapat juga digunakan untuk menggerakkan peralatan yang bergerak seperti kompresor, pompa, dan fan. Energi termal termal dari dari sistim sistim dapat dapat digunak digunakan an untuk untuk penera penerapan pan langsu langsung ng dalam dalam proses proses atau atau tidak tidak 4
langsung untuk memproduksi steam, air panas, udara panas untuk pengeringan, atau air water untuk proses pendinginanan. dingin/ chilled water untuk
Gambar 1. Efisiensi Energi Advantage Pada Sistim Kogenerasi (UNESCAP, 2000)
Gambar 1 menunjukkan efisiensi energi canggih CHP dibandingkan dengan stasiun pusat pembangkit listrik konvensional dan pembangkit boiler. Sistim CHP hanya menggunakan energi tiga perempat bagian dari energi yang digunakan jika sistim panas dan daya terpisah. Penurunan konsum konsumsi si bahan bahan bakar bakar primer primer ini merupa merupakan kan keuntu keuntungan ngan utama utama sisti sistim m CHP, CHP, karena karena jika jika pembakaran lebih efisien atau kebutuhan bahan bakar lebih sedikit, berarti emisi akan lebih sedikit untuk hasil yang sama.
2.2 2.2
Jeni Jeniss-je jeni niss Sist Sisteem Kogen ogener eras asii
Jenis–jenis sistem kogenerasi yaitu : kogenerasi turbin gas, dan sistim kogenerasi mesin reciprocating. Dalam bagian ini juga menyangkut klasifikasi sistem kogenerasi atas dasar urutan energi yang digunakan. 5
2.2.1 Sistem Kogenerasi Turbin Uap
Turbin uap merupakan salah satu teknologi mesin penggerak yang multi guna dan tertua yang masih diproduksi secara umum. Pembangkitan energi dengan menggunakan turbin uap tela telah h berl berlan angs gsung ung seki sekita tarr 100 100 tahu tahun, n, ketik ketikaa alat alat ters terseb ebut ut mengg menggan anti tika kan n mesi mesin n stea steam m reciprocating karena efisiensinya yang tinggi dan biayanya yang murah. Kapasitas turbin uap dapat berkisar dari 50 kW hingga ratusan MWs untuk plant utilitas plant utilitas energi yang besar. Turbin uap digunakan secara luas untuk penerapan gabunag panas dan daya (CHP). Siklus termodinamika untuk turbin uap merupakan siklus Rankine. Siklus merupakan dasar bagi stasiun pembangkitan daya konvensional dan terdiri dari sumber panas (boiler) yang mengubah air menjadi steam tekanan tinggi. Dalam siklus steam, air pertama-tama dipompa ke tekanan sedang hingga tinggi, kemudian dipanaskan hingga suhu didih yang sesuai dengan tekanannya, dididihkan (dipanaskan superheated (dipanaskan dari cair hingga uap), dan kemudian biasanya diberikan panas berlebih/ superheated (dipanaskan hingga suhu diatas titik didih). Turbin multi tahap mengekspansi steam bertekanan sampai ke tekanan rendah dan steam kemudian dikeluarkan ke kondensor pengembun pada kondisi vakum atau menuju sistim sistim distribus distribusii suhu menengah yang mengirimkan mengirimkan steam ke penggunaan penggunaan industri industri atau komersial. Kondensat dari kondensor atau dari sistim penggunaan steam dikembalikan ke pompa air umpan untuk keberlanjutan siklus. Dua jenis turbin uap yang banyak digunakan adalah adalah jenis jenis tekanan tekanan balik balik dan ekstra ekstraksi ksikond kondens ensasi asi.. Pemili Pemilihan han dianta diantara ra keduany keduanyaa sangat sangat tergantung pada besarnya panas dan daya, kualitas panas dan faktor ekonomi. Titik ekstraksi steam dari turbin dapat lebih dari satu, tergantung pada tingkat suhu dari panas yang diperlukan oleh proses. A. Turbin Steam Tekanan Balik Turbin steam tekanan balik merupakan rancangan yang paling sederhana. Steam keluar turbin pada tekanan yang lebih tinggi atau paling tidak sama dengan tekanan atmosfir, yang tergan tergantun tung g pada pada kebutuh kebutuhan an beban beban panas. panas. Hal ini yang yang menyeb menyebabk abkan an digunak digunakann annya ya istil istilah ah tekanan balik. Dengan cara ini juga memungkinkan mengekstraksi steam dari tahap intermediate turbin uap, pada suhu dan tekanan yang sesuai dengan beban panas. Setelah keluar dari turbin, stea steam m dium diumpa panka nkan n ke beba beban, n, dima dimana na stea steam m ini ini akan akan mele melepa pask skan an panas panas dan dan kemu kemudi dian an diembunkan. diembunkan. Embun kondensat kembali ke sistim sistim dengan laju alir yang dapat lebih rendah dari
6
laju alir steam, jika steam digunakan dalam proses atau jika terdapat kehilangan-kehilangan sepanjang jalur pipa. Air make-up Air make-up digunakan untuk menjaga neraca bahan.
Sistim tekanan balik memiliki keuntungan-keuntungan sebagai berikut: •
§ Rancangannya sederhana dengan hanya beberapa komponen
•
§ Biaya tahapan tekanan rendah yang mahal dihindarkan.
•
§ Modalnya rendah
•
§ Kebutuhan air pendingin berkurang atau bahkan tidak ada.
•
§ Efisiensi totalnya tinggi, sebab tidak terdapat pembuangan panas ke lingkungan yang
melalui kondensor. Sistim tekanan balik memiliki kerugian-kerugian sebagai berikut: •
§ Turbin uap lebih besar untuk keluaran energi yang sama, sebab turbin ini beroperasi pada perbedaan entalpi steam yang lebih rendah.
•
§ Laju alir massa steam yang menuju turbin tergantung pada beban termis. Sebagai akibat akibatnya nya,, listr listrik ik yang yang dihasi dihasilka lkan n oleh oleh steam steam dikenda dikendalik likan an oleh oleh beban beban panas, panas, yang yang menghasilkan sedikit atau tidak ada fleksibilitas pada penyesuaian langsung keluaran listrik terhadap beban listrik. Oleh karena itu, terdapat kebutuhan bagi hubungan dua arah jaringan listrik untuk pembelian listrik tambahan atau penjualan listrik berlebih yang dihasilkan. Untuk meningkatkan produksi listrik dapat dilakukan dengan cara membuang 7
steam secara langsung ke atmosfir, namun cara ini sangat tidak efisien. Hal ini akan mengakibatkan dihasilkannya limbah air boiler yang sudah diolah dan, kemungkinan besar, nilai ekonomis dan kinerja energinya yang buruk B. Ekstraksi Kondensasi Turbin Uap Pada sisitim ini, steam untuk beban panas diperoleh dengan cara ekstraksi dari satu atau lebih tahap intermediate pada tekanan dan suhu yang sesuai. Steam yang tersisa dibuang ke tekan tekanan an konde kondens nsor or,, yang yang besa besarn rnya ya 0,05 0,05 bar bar deng dengan an suhu suhu seki sekita tarr 33 °C, °C, sehi sehingg nggaa tida tidak k memungkinkan untuk dimanfaatkan karena suhunya sangat rendah. Sebagai akibatnya, steam ini dibuang dibuang ke atmosfir. atmosfir. Jika dibandingka dibandingkan n dengan sistim tekanan balik, balik, turbin jenis kondensasi kondensasi memiliki biaya investasi yang lebih tinggi dan, umumnya, efisiensi totalnya lebih rendah. Namun demikian, untuk tingkatan tertentu, turbin ini dapat mengendalikan energy listrik yang tidak tergantung pada beban panas dengan cara pengaturan laju alir steam yang tepat mela lui turbin.
2.2.2 Turbin Gas Sistem Kogenerasi
Sistem turbin gas beroperasi pada siklus termodinamika yang dikenal dengan siklus Brayton. Pada siklus Brayton, udara atmosfir dikompresi, dipanaskan, diekspansikan, dengan kemudian berlebih yang dihasilkan oleh turbin atau ekspander yang dipakai oleh kompresor digunakan untuk pembangkitan energi. Turbin gas sistim kogenerasi dapat menghasilkan seluruh atau atau sebagi sebagian an permi perminta ntaan an energy energy setemp setempat, at, dan energi energi yang yang dilepa dilepass pada suhu suhu tinggi tinggi pada cerobong pengeluaran dapat dimanfaatkan kembali untuk berbagai pengunaan pemanasan dan 8
pendinginan (lihat Gambar 4). Walau gas alam sudah hampir umum digunakan, bahan bakar lain seperti bahan bakar minyak ringan atau diesel dapat juga dipakai. Ukuran turbin gas yang digunakan bervariasi dari beberapa MW hingga sekitar 100 MW. Turbin gas kogenerasi memiliki pengalaman perkembangan yang tercepat akhir-akhir ini karena karena besarn besarnya ya keters ketersedi ediaan aan gas alam, alam, kemaju kemajuan an teknol teknologi ogi yang yang cepat, cepat, penurun penurunan an biaya biaya pemasangan yang cukup berarti, dan kinerja lingkungan yang lebih baik. Selanjutnya, masa persiapan untuk perkembangan suatu proyek lebih pendek dan peralatan dapat dikirim dengan cara modul. Turbin gas memiliki waktu start-up waktu start-up yang pendek dan memberi fleksibilitas operasi yang berubah-ubah. Walau turbin tersebut memiliki panas rendah terhadap efisiensi energi, panas yang dapat dimanfaatkan kembali pada suhu tinggi lebih banyak. Jika keluaran panas panas kurang kurang dari dari yang yang diperl diperluka ukan n oleh oleh penggun pengguna, a, maka maka memungk memungkink inkan an untuk untuk memili memiliki ki pembakaran tambahan gas alam dengan cara mencampurkan bahan bakar tambahan terhadap gas buang yang masih kaya dengan oksigen untuk meningkatkan keluaran panas yang lebih efisien. A. Turbin gas siklus terbuka sistem kogenerasi Hampir seluruh sistim turbin gas yang tersedia saat ini, pada berbagai sektor penggunaan, beroperasi pada siklus Brayton terbuka (juga dikenal dengan siklus Joule bila ketidak dapat baliknya diabaikan) dimana komp resor mengambil udara dari atmosfir dan membawanya pada tekanan yang lebih tinggi ke pembakar. Suhu udara juga meningkat karena kompresi. Unit yang lebih tua dan lebih kecil beroperasi pada perbandingan tekanan sekitar 15:1, sementara unit yang lebih baru dan lebih besar beroperasi pada perbandingan tekanan mendekati 30:1.
9
Udara dikirimkan dikirimkan melalui melalui sebuah diffuser ke ruang ruang pembak pembakara aran n yang yang bertek bertekana anan n konsta konstan, n, Diffuser menurunkan kecepatan udara ke nilai yang dimana dimana bahan bakar diinjeksi diinjeksi dan dibakar. dibakar. Diffuser dapat diterima dalam pembakar. Terdapat penurunan tekanan/ pressure tekanan/ pressure drop di dalam pembakar sekitar 1,2%. Pembakaran berlangsung dengan udara berlebih. Gas buang keluar pembakar pada suhu tinggi dengan konsentrasi oksigen sampai 15-16%. Semakin tinggi suhu pada siklus ini, akan semakin tinggi efisiensi siklusnya. Batas atasnya ditentukan daya tahan material turbin terhadap suhu, juga oleh efisiensi sudu-sudu pendingin. Batasan suhu pada teknologi terbaru adalah sekitar sekitar 1300°C. 1300°C. Gas buang yang bersuhu bersuhu dan bertekanan bertekanan tinggi ini menuju turbin turbin gas menghasilkan kerja mekanis untuk menggerakan kompresor dan beban (generator listrik). Gas bua buang ng meni meningg nggal alkan kan turb turbin in pada pada suhu suhu yang yang cukup cukup besar besar (450(450-600 600 ° C), C), yang yang idea ideall untu untuk k dimanf dimanfaat aatkan kan kembal kembalii panas panas yang yang bersuh bersuhu u tinggi tinggi.. Untuk Untuk pemanf pemanfaat aatan an yang yang lebih lebih efisie efisien, n, dipengaruhi oleh boiler pemanfat kembali panas yang bertekanan tunggal atau ganda. Steam yang dihasilkan dapat memiliki tekanan dan suhu yang tinggi, yang menjadikannya cocok tidak hany hanyaa untu untuk k pros proses es term termal al saja saja namun namun juga juga untuk untuk mengg mengger erakk akkan an turb turbin in uap sehi sehing ngga ga menghasilkan energi tambahan.
10
B. Sistem kogenerasi turbin gas siklus tertutup Dalam sistim siklus tertutup, fluida kerja (biasanya gas helium atau udara) bersirkulasi dalam suatu sirkuit tertutup. Fluida ini dipanaskan dalam suatu penukar panas sebelum masuk menuju menuju turbin turbin,, dan diding didingink inkan an setela setelah h keluar keluar turbin turbin dan melepa melepaska skan n panas panas yang yang berguna berguna.. Sehingga maka fluida kerjanya bersih dan tidak menyebabkan korosi ataupun erosi.
BAB III
11
PEMBAHASAN
3.1
Sistem Sistem Kogener Kogenerasi asi Seb Sebaga agaii Pemb Pembangk angkit it Ten Tenaga aga Listri Listrik k Yang Yang Hemat Hemat Dan Efisien Efisien
Pada pembangkit standar berbahan bakar fosil, fosil, pemborosan pemborosan terjadi ketika batubara batubara atau gas mulai dibakar. Pada sebagian pembangkit, hanya sejumlah 30% energy yang mengalir ke jaringan distribusi. Sisanya dalam bentuk panas, dibuang melalui cerobong asap. Andai orang bisa membuat pembangkit yang dapat mengubah 80% bahan bakar menjadi energi terpakai (useful energy), betapa menguntungkan. Dengan sistem pembangkit kogenerasi ini biasa dicapai dicapai efisiensi sebesar 80%, dicapai pada system yang menggabungkan panas dan pembangkit listrik, dikenal dikenal dengan pembangkit kogenerasi (cogeneration (cogeneration plants). Pembangkit Pembangkit jenis ini ideal bagi institusi besar seperti universitas, rumah sakit, dan bandar udara, yang membutuhkan energi listrik dan panas dalam jumlah besar. Pada pembangkit cogeneration, energi panas tidak dibuang, tapi digunakan untuk menyediakan energi bagi system pemanas/pendingan, bahkan bisa juga digunakan kembali untuk membangkitkan listrik.
Gambar 5. Pembangkit Tenaga Listrik
12
Trigeneration sistem dapat meningkatkan efisiensi energi di suatu tempat dimana ketiga output energi tersebut diatas diperlukan, yaitu energi untuk pendingin, energi untuk pemanas dan energi listrik. Sistem trigeneration akan memanfaatkan panas gas buang dari turbine pembangkit listrik (genset) untuk digunakan untuk aplikasi sistem pendingin dengan mengintegrasikan sistem genset dengan absorption chiller . Sedangkan sistem cogeneration (sistem yang menghasilkan listrik dan aplikasi pemanasan) akan memanfaatkan panas gas buang untuk aplikasi hotwater atau direct heating seperti drying application di industri industri keramik. keramik. Pengoperasi Pengoperasian an pembangkit pembangkit listrik skala kecil dengan Natural Gas atau LPG untuk trigeneration atau cogeneration disamping membangkitkan daya listrik dapat menghasilkan output pendingin atau output pemanas yang diperlukan oleh industri kecil dan menengah seperti industri hotel, tekstil, pengolahan makanan, rumah sakit dan apartemen. Dengan memanfaatkan panas gas buang maka akan menghasilkan penghematan penghematan biaya energi, energi, sehingga sehingga investasi investasi instalasi instalasi trigeneration trigeneration atau cogeneration cogeneration dapat terbayar dalam 2-3 tahun dari penghematan energi yang didapat, terutama kalau system tersebut mengg menggan anti tikan kan syst system em dies diesel el gens genset et yang yang maha mahall harga harga bahan bahan bakar bakar sert sertaa maha mahall biay biayaa perawatannya. Pada dasarnya teknologi tersebut sudah siap untuk didatangkan di Indonesia. Karena teknologi ini tergolong ramah lingkungan, proyek implementasi untuk proyek ini bisa mendapatkan kemudahan peminjaman dari Bank Export/Import USA, jadi calon pemakai di Indonesia tidak perlu menyediakan investasi dimuka yang besar. Untuk saat ini Microturbine Genset System merupakan satu teknologi yang sudah siap secara komersial untuk diaplikasikan sebagai sebagai trigenerat trigeneration ion atau cogeneration cogeneration system. system. Microturbi Microturbine ne dengan daya listrik listrik kelipatan kelipatan 30kW, 60kW dan 200kW didesign sebagai alternative pembangkit listrik sendiri skala kecil (30kW sampai 3.5 MW). Microturbine adalah sebuah pembangkit daya berskala kecil dengan desain turbin gas yang mutakhir yang mampu menghasilkan daya secara maksimal dan lebih efisien, efisien, serta dapat beroperasi beroperasi selama 5 tahun non-stop (40ribu (40ribu jam), jam), dengan hanya mematikan mesin turbine satu kali pada setiap 8000 jam (1 tahun) untuk penggantian air filter. Major overhaul diperlukan pada setiap 40ribu jam operasi (5 tahun)
3.2 Penerapan System Kogenerasi Pada Industri Dalam Supply Energy Dan Efesiensi 3.2.1 Kogenerasi 3.2.1 Kogenerasi pada industri apartemen
Pemban Pembanguna gunan n peruma perumahan han berbas berbasis is aparte apartemen men diperc dipercaya aya sebaga sebagaii salah salah satu satu upaya upaya pemecahan masalah tempat tinggal penduduk di kota metropolitan seperti Jakarta. Pemerintah 13
membuka membuka peluang peluang selebar-leb selebar-lebarnya arnya untuk pengembangan pengembangan industri industri apartemen. apartemen. Mulai dari pihak swasta murni, maupun yang bersubsidi pemerintah mewarnai maraknya industri ini. Apartemen akan dibangun dibangun senyaman senyaman mungkin mungkin dan dilengkapi dilengkapi fasilitas-fas fasilitas-fasilit ilitas as yang mendukung mendukung semua keperluan penghuninya. Salah satunya dibangun apartemen yang bergandengan dengan pusat perbelanjaa perbelanjaan n atau mal, pusat bisnis dan perkantoran. perkantoran. Namun demikian, demikian, pesatnya pembangunan industri apartemen di Indonesia tidak diikuti oleh penyediaan infrastruktur vital yang mendukung penyelenggaraan apartemen tersebut yaitu kebutuhan energi listrik. Para pengembang di industri apartemen mulai mengadakan pembangkit listrik mandiri sebagai alternatif pemecahan masalah terseb tersebut. ut. Harga Harga bahan bahan bakar bakar minyak minyak yang yang kian kian mahal mahal menghar mengharusk uskan an pengem pengembang bang kembal kembalii berfikir keras dan mencari cara untuk mengalihkan pemakaian BBM ke bentuk bahan bakar lain yang tersedia, mempunyai stok yang cukup, mudah diadakan, serta mempunyai harga yang masih dapat dijangkau oleh para pengembang. Pembangkit listrik mandiri (Genset) berbahan bakar gas menjadi pilihan utama. Energi listrik untuk penyelenggaraan apartemen memakan biaya biaya operas operasion ional al yang yang tinggi tinggi.. Sement Sementara ara pemaka pemakaian ian energi energi listr listrik ik terbes terbesar ar adalah adalah untuk untuk kebut kebutuh uhan an pendi pending ngin in ruang ruangan an.. Pengg Penggun unaa aan n bahan bahan baka bakarr yang yang seban sebanya yak k mung mungki kin n demi demi tercapainya kebutu kebutuhan han energi energi juga juga akan akan semaki semakin n menamb menambah ah beban beban pengem pengemban bang. g. Oleh Oleh sebab sebab itu, itu, diperlukan skema penggunaan bahan bakar yang lebih hemat dan efisien. Teknologi kogenerasi dapat menjadi salah satu solusinya.
Sistem kogenerasi ini menggunakan bahan bakar untuk memenuhi pasokan energi listrik dasar kebutuhan penghuni apartemen seperti penerangan, pompa-pompa, serta peralatan listrik lainnya. Sedangkan kebutuhan energi untuk pendingin ruangan akan diambil dari panas buang yang dihasilkan oleh genset berbahan bakar gas. Panas buang dialirkan dari jalur pembuangan genset menuju absorption absorption chiller chiller . Secara sederhana absorption absorption chiller chiller akan mengubah panas menjadi pendingin. Sistem kogenerasi yang sederhana ini tampak seperti terlihat pada Gambar 7.
14
Gambar 6. Teknik kogenerasi gas kogenerasi gas engine dan Absorption dan Absorption Chiller
3.3 Prinsip-Prinsip Termodinamika dalam system kogenerasi
Termodinamika merupakan cabang fisika yang mempelajari energi dan perubahannya dalam dalam bentuk bentuk kalor kalor dan kerja kerja serta serta besara besaran n makros makroskopi kopiss lainny lainnyaa yang yang berkai berkaitan tan.. Dalam Dalam pemba pembahas has termod termodina inami mika, ka, kita kita sering seringkal kalii akan mengacu mengacu ke suatu suatu siste sistem m terten tertentu. tu. Siste Sistem m merupakan benda- benda dalam daerah yang kita tinjau perubahan energinya. Benda-benda lain di luar sistem disebut disebut lingkungan. lingkungan. Ada beberapa macam sistem. sistem. Sistem tertutup tertutup adalah sistem dimana dimana tidak ada
massa massa yang yang masuk masuk maupun maupun keluar tetapi tetapi energi energinya nya dapat dipertuk dipertukark arkan an
dengan lingkungan. Apabila pada sistem tertutup energy sistem tidak dapat dipertukarkan dengan lingku lingkungan ngan,, siste sistem m terseb tersebut ut dikata dikatakan kan teriso terisolas lasi. i. Pada Pada sistem sistem terbuka terbuka,, massa massa dapat dapat masuk masuk maupun keluar dari sistem demikian pula dengan d engan energinya. 1. Hukum Termodinamika Pertama Aliran kalor atau kerja yang dialami oleh suatu sistem dapat mengakibatkan system tersebut memperoleh energi dari lingkungannya atau kehilangan energi ke lingkungannya. Hal ini berarti energi dalam sistem itu berubah. Namun, secara keseluruhan energi itu tidak ada yang hilang. Berdasarkan hukum kekekala energi itulah hukum termodinamika pertama dirumuskan sebagai berikut: Perubahan energi dalam pada sistem akan sama dengan kalor yang ditambahkan ke sistem dikurangi dikurangi kerja yang dilakukan oleh sistem, dalam bentuk persamaan:
15
DU = Q –W.........(1) Di mana Q adalah kalor total yang ditambahkan ke sistem dan W adalah kerja total yang dilakukan oleh sistem. Pada persamaan (1), W adalah kerja yang dilakukan oleh sistem, maka jika kerja dilakukan pada sistem , W akan negatif dan U akan bertambah. Dengan cara yang sama, Q positif positif bila kalor ditambahkan ditambahkan ke sistem, sistem, sehingga jika kalor meninggalkan meninggalkan sistem, Q negatif. Persamaan tersebut berlaku untuk sistem tertutup. Persamaan ini juga berlaku untuk system terbuka jika kita memperhitungkan perubahan energi dalam yang disebabkan oleh kenaikan atau penurunan jumlah zat. Untuk sistem terisolasi, tidak ada kerja yang dilakukan dan tidak ada kalor yang masuk atau meninggalkan sistem, sehingga W = Q = 0 , dan berarti DU = 0 2. Penerapan Hukum Termodinamika Pertama pada Beberapa Sistem Sederhana Kita dapat menganalisa beberapa proses sederhana seperti proses isotermal, adiabatik, isobarik, dan isokhorik dengan pandangan hukum termodinamika pertama. Pada proses isotermal untuk sistem gas ideal maka PV = nRT , sehingga untuk temperatur konstan, PV = tetap. Gambar menunj menunjukka ukkan n diagra diagram m PV untuk untuk proses proses isoter isotermal mal.. Setiap Setiap titik titik pada kurva, kurva, sepert sepertii titik titik A menyatakan keadaan sistem pada suatu saat yang diketahui yaitu tekanan P dan volume V . Pada temperatur yang lebih rendah, proses isotermal lainnya akan digambarkan oleh kurva seperti A’B’ pada gambar 7.1. Kurva yang ditunjukkan ditunjukkan pada gambar 7.1 disebut disebut isoterm. Mari kita anggap anggap bahwa bahwa gas berada berada dalam dalam bejana bejana yang yang ditutu ditutup p dengan dengan piston piston yang yang mudah mudah berger bergerak ak (Gambar 7.2) dan bahwa gas bersentuhan dengan reservator kalor (benda yang massanya sangat besar sehingga temperaturnya tidak berubah secara signifikan ketika kalor dipertukarkan dengan sistem). Kita juga menganggap bahwa proses penekanan (volume berkurang) atau pemuaian (volume bertambah) dilakukan sangat perlahan untuk meyakinkan bahwa semua gas tetap dalam kesetimbang kesetimbangan an pada temperatur temperatur yang sama. Jika gas pada awalnya awalnya berada dalam keadaan yang digambarkan sebagai titik A dalam gambar 7.1, dan sejumlah kalor Q ditambahkan ke sistem, sistem akan bergerak ketitik B pada diagram. Agar temperatur tetap konstan, gas harus memuai dan melakukan sejumlah kerja W pada lingkungan. Temperatur tetap dijaga konstan sehingga energi dalam tidak berubah. Berarti, dengan hukum termodinamika pertama DU = Q −W = 0 , sehingga sehingga W = Q; kerja yang dilakukan dilakukan oleh gas pada proses isotermal isotermal sama dengan kalor yang ditambahkan pada gas.
16
Gambar 7.1 Diagram PV untuk Gas Ideal yang Mengalami Proses Isotermal pada Dua Temperatur yang Bebeda
Gambar 7.2. Diagram PV untuk Gas Ideal Ideal yang Mengalami Proses Isotermal Isotermal pada Dua Temperatur yang Bebeda
17
Proses Adiabatik
Proses adiabatik adalah proses dimana tidak ada kalor yang dapat mengalir ke dalam atau ke luar sistem. Situasi ini dapat terjadi jika sistem terisolasi dengan baik, atau proses terjadi sangat cepat sehingga kalor tidak memiliki memiliki waktu untuk mengalir ke dalam atau ke luar sistem. sistem. Pemuaian gas yang sangat cepat pada mesin pembakaran dalam merupakan satu contoh proses yang hampir adiabatik. Pemuaian adiabatik yang lambat dari gas ideal mengikuti kurva seperti yang diberi label AC di gambar 7.3. Karena Q = 0 , kita dapatkan dari persamaan 7.1 bahwa DU = −W , yaitu energi dalam bertambah jika gas memuai, berarti temperatur berkurang juga. Hal ini jelas pada gambar 7.3 di mana hasil kali (PV = nRT ) lebih kecil pada titik C dari pada titik B. Pada penekanan adiabatik (dari C ke A) kerja dilakukan pada gas, dan dengan demikian energi dalam bertambah dan temperatur naik.
Gambar 7.3. Diagram PV untuk proses adiabatik Proses Isobarik
Proses isotermal dan adiabatik hanya merupakan dua dari proses yang mungkin terjadi. Dua proses termodinamika sederhana lainnya diilustrasikan pada digram PV gambar 7.4. Proses 18
isobar isobarik ik adalah adalah proses proses dimana dimana tekana tekanan n dijaga dijaga tetap tetap konsta konstan, n, sehing sehingga ga proses proses digamb digambark arkan an sebagai garis lurus pada diagram PV (Gambar 7.4).
Gambar 7.5. Diagram PV untuk proses isobarik
Gambar 7.5. Diagram PV untuk proses isokhorik
Proses Isokhorik
Proses Proses isokhor isokhorik ik atau atau isovol isovolume umetr trik ik adalah adalah proses proses dimana dimana volume volume tidak tidak berubah berubah.. Seringkali ada gunanya menghitung kerja yang dilakukan pada sebuah proses. Jika tekanan dijaga konstan (isobarik) selama proses, kerja yang dilakukan bisa dihitung dengan mudah. Sebagai Sebagai contoh, jika gas pada gambar 7.5 memuai dengan lambat terhadap piston, kerja yang dilakukan oleh gas untuk menaikkan piston adalah gaya F dikalikan jarak d . Tetapi gaya hanya 19
berupa tekanan P dari gas dikalikan luas A dari piston, F = PA . Dengan demikian, W = Fd = Pad atau W = PDV......(2) dengan DV = Ad adalah perubahan volume gas. Persamaan ini juga berlaku jika gas ditekan pada tekanan konstan, dimana DV negatif, yang menunjukkan bahwa kerja dilakukan dilakukan pada gas. Persamaan Persamaan 7.2 juga berlaku untuk zat cair dan padat, dengan syarat tekanan tekanan konstan konstan selama selama proses proses.. Pada Pada proses proses isokor isokorik ik (Gamba (Gambarr 7.5) 7.5) volume volume tidak tidak berubah berubah,, sehingga tidak ada kerja yang dilakukan, W = 0 . 5 3. Hukum Termodinamika Termodinamika Kedua: Entropi Kita telah melihat beberapa aspek hukum termodianamika kedua, dan pernyataan yang berbeda mengenainya yang telah kita bahas dan dibuktikan sama. Tetapi apa yang kita inginkan adalah pernyataan umum dari hukum termodinamika kedua. Baru pada paruh kedua abad ke sembilan belas, hukum termodinamika kedua akhirnya dinyatakan secara umum, yaitu dalam besaran yang disebut entropi, diperkenalkan oleh Clausius pada tahun 1860-an. Entropi, tidak sepert sepertii kalor, kalor, merupa merupakan kan fungsi fungsi keadaan keadaan sistem sistem.. Entrop Entropii dapat dapat diangga dianggap p sebagai sebagai ukuran ukuran keteraturan atau ketidakteraturan sistem. Menurut Clausius, perubahan entropi S dari sistem, ketika kalor sejumlah Q ditambahkan kepadanya dengan proses yang reversibel pada temperatur konstan, dinyatakan sebagai:
dengan T adalah temperatur temperatur mutlak. mutlak. Entropi Entropi total ternyata ternyata naik untuk semua proses proses alami. Hukum termodinamika kedua dapat dinyatakan dalam entropi sebagai: Entropi suatu sistem tertutup tidak pernah berkurang. Entropi tersebut hanya bisa tetap atau bertambah. Entropi bisa tetap sama hanya untuk proses ideal (reversibel). Untuk proses riil, perubahan entropi DS lebih besar dari nol:
Jika sistem tidak terisolasi, maka perubahan entropi sistem S DS ditambah perubahan entropi lingkungan env DS harus lebih besar dari atau sama dengan nol:
20
Hanya pross ideal yang mempunyai ∆S = 0 . Proses riil memiliki ∆S > 0 . Hal ini kemudian merupakan merupakan pernyataan pernyataan umum hukum termodinamika termodinamika kedua: Entropi total sistem sistem ditambah ditambah perubahan entropi lingkungannya sebagai akibat dari proses alamiah.
3.4 Sistem Kogenerasi, Keuntungan Serta Perannya Dalam Penghematan Dan Efesiensi Energi
Trigeneration atau Sistem Kogerensi adalah suatu energi sistem yang secara simultant memproduksi listrik (electric power), pendingin (aircondition) dan systim pemanasan (hotwater system) dari satu sumber energi. Kebanyakan sumber energy untuk trigeneration yang biasa digunakan adalah natural gas (gas bumi), selain itu diesel solar dan biodiesel juga bisa dipakai untuk menggerakkan menggerakkan system system tsb. Sedangkan sistem kogeneration kogeneration adalah system yang secara secara simultant menghasilkan listrik dan aplikasi pemanasan dari satu sumber energi.
Gambar 8. Tingkat Penghematan
21
Jika dilihat dari gambar di atas bias kita bandingkan tingkat penghematan, tingkat efesiensi dan tingkat panas yang terbuang . berikut: •
§ Meningkatkan efisiensi konversi energi dan penggunaannya.
•
§ Emisi lebih rendah terhadap lingkungan, khususnya CO2, gas rumah kaca utama.
•
§ Dalam beberapa kasus, digunakan bahan bakar biomas dan beberapa limbah seperti limbah pengolahan minyak bumi, limbah proses dan limbah pertanian (dengan digester anaerobik anaerobik atau gasifikasi gasifikasi). ). Bahan ini akan menjadi menjadi bahan bakar pada sistim sistim kogenerasi, meningkatkan efektivitas biaya dan mengurangi tempat pembuangan limbah.
•
§ Penghem Penghemata atan n biaya biaya yang yang besar besar menjad menjadika ikan n indust industri ri atau atau sektor sektor komers komersial ial lebih lebih kompetitif dan juga dapat memberikan tambahan panas untuk pengguna domestik.
•
§ Memberikan kesempatan lebih lanjut untuk membangkitkan listrik lokal yang didesain sesuai sesuai kebutu kebutuhan han konsume konsumen n local local dengan dengan efisie efisiensi nsi tinggi tinggi,, menghi menghinda ndari ri kehilan kehilangan gan transmisi transmisi dan meningkatkan meningkatkan fleksibilita fleksibilitass pada sistim sistim penggunaan. penggunaan. Hal ini khususnya untuk penggunaan baha n bakar gas alam.
•
§ Suatu kesempatan untuk meningkatkan diversifikasi plant diversifikasi plant pembangkit, pembangkit, dan menjadikan persaingan pembangkitan. Kogenerasi menyediakan sesuatu kendaraan terpenting untuk promosi pasar energi yang liberal.
3.5 Sumber Bahan Bakar Dari System Pembangkit Energy Kogenerasi
Koge Kogene nera rattion
selai elain n
dapa dapatt
ber beroper operas asii
deng dengan an
baha bahan n
baka bakarr
fosi fosill
juga uga
dapa dapatt
digabungkan/dikawinkan dengan sumber energi terbarukan (gas atau padat). Seperti untuk gas terdiri dari biogas yang dihasilkan dari sampah pertanian dan limbah organik yang mengandung gas gas sepe sepert rtii jera jerami mi.. Sedan Sedangk gkan an untuk untuk limb limbah ah pada padatt terd terdir irii dari dari limb limbah ah hutan hutan dan dan limb limbah ah perkotaan. perkotaan.
Untuk itulah itulah sekarang sekarang ini cogeneration cogeneration sudah dikembang dikembangkan kan menjadi pembangkit pembangkit
ganda yang menggunakan bahan bakar dari energi terbarukan seperti itu. Seperti di Inggeris telah memanfaatkan cogeneration untuk mengubah gas limbah menjadi dua macam energi
3.6 Kendala Penerapan System Kogenerasi
Kendala Kendala dalam penerapan penerapan pertama adalah dana yang cukup besar dalam penerapan penerapan ini dan juga juga ada pemili pemilihan han reacto reactor, r, sumber sumber bahan bahan bakar, bakar, syste system m yang yang diguna digunakan kan juga juga sangat sangat berpengaruh terhadap efesiensi dan penghematan yang dihasilkan. Selain itu perusahan listrik 22
tidak terlalu terlalu mendukung mendukung dengan system system ini karena berpotensi berpotensi bagi pelanggan pelanggan mereka untuk beralih beralih menggunakan menggunakan sistem sistem ini sehingga sehingga tidak perlu perlu lagi membeli membeli listrik listrik dari dari mereka. mereka. Salah satu cara membujuk perusahaan listrik adalah dengan membangun system cogeneration yang bisa disambungkan dengan jaringan milik perusahaan listrik. Tapi usul ini pun masih dipersulit perusahaan perusahaan listrik listrik dengan menunda-nunda menunda-nunda izin. Elliott menceritakan menceritakan proses proses penundaan penundaan yang diamatinya. “Diperlukan 60 hari untuk melakukan studi penyambungan system baru dengan jaringan listrik milik perusahaan listrik, lalu 60 hari untuk mempresentasikan hasil studi ke perusahaan listrik, dan 90 hari untuk dibutuhkan perusahaan listrik untuk menilai hasil studi, jika mereka punya pertanyaan, dibutuhkan 30 hari. Jika dijumlahkan, bisa memakan waktu satu, dua atau tiga tahun.
23
BAB VI PENUTUP
4.1
Kesimpulan
Pembangkit Pembangkit listrik koderensi bukan hanya menghasilkan menghasilkan uap, juga menghasilkan menghasilkan listrik, sehingga sangat tepat dimanfaatkan di industri yang masih belum memanfaatkan gas buangnya. Sesuai dengan peruntukannya selain bahan bakar fosil yang semakin lama semakin berkurang sehingga perlu adanya penggati system pembangkit listrik yang sudah ada munuju system pembangkit yang lebih hemat, efesien dan ramah lingkungan. Sistem kogenerasi menawarkan itu dengan bahan bakar dari gas alam ataupun biogas dan bahan terbarukan lainya sebagai sumber bahan bakar. Selain efesien gas uap hasil pemanasan juga bias digunakan lagi. Tingkat efesiensinya system kogenerasi juga lebih tinggi jika dibandingkan dengan system konvensional yang lain
4.2
Saran
Dari pembahasan diatas saran-saran yang dapat penulis sampaikan yaitu: Diharapkan kepada semua komponen pembuat kebijakan agar dapat mengetahui tentang perlunya dipikirkan alternative system kogenerasi
24
25
DAFTAR PUSTAKA
Suprianta.2008. Kaji Suprianta.2008. Kajian an Teknologi Teknologi Reaktor Reaktor Kogenerasi Kogenerasi Sebagai Pendukung Pendukung Energi Terbarukan. Available
from
URL:
http://www.batan.go.id/ptrkn/file/Epsilon/vol_12_04/5.Piping.pdf . Diakses tanggal 15 Mei 2010
Anonym .2010. .2010. Pembangkit Listrik Paling Efesien Dengan Kogenerasi. Available from URL: http://www.alpensteel.com/article/53-101-energi-terbarukan--renewableenergy/2722--pembangkit-listrik-paling-efisien-dengan-cogeneration.html Diakses tanggal 15 Mei 2010
Artikel : Deni almanda . 2010. COGENERATOR :Alat Untuk Mengoptimalkan Bahan-bakar Pembangkit Konvensional .
26
27
