1 STUDI PERBANDINGAN EFISIENSI KAPASITAS DAYA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MAGNET HIDRODINAMIK TERHADAP PLTU 100 MW DI CILEGON Indra D Permana Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Keputih Sukolilo Surabaya 60111 Abstrak Petumbuhan penduduk diseluruh dunia identik dengan pertumbuhan energi. Dengan berkurangnya sumber energi maka percepatan perekonomian tidak dapat tercipta. Yang terpenting dari energi listrik adalah percepatan perkembangan sumber energi listrik bagi kelangsungan hidup yang lebih baik. Kita ketahui bahwa sumber energi listrik yang berasal dari minyak bumi, batubara, nuklir, energi matahari, energi panas bumi, tenaga angin sampai dengan pemanfaatan tenaga fusi sebagai energi alternatif. Meski batubara termasuk sumber energi tak terbarukan, namun hasil penelitian menunjukkan bahwa Indonesia mempunyai cadangan batubara sekitar 50 miliar ton yang tersebar di Sumatera, Kalimantan, Jawa, Sulawesi dan Papua. Sekitar 85% diantaranya adalah untuk PLTU. Hal ini menunjukkan bahwa Indonesia memiliki cadangan batubara terbesar di Asia Tenggara. Akan tetapi pemanfaatan energi batu bara kurang maksimal karena sistem pembangkit Indonesia cenderung berorientasi pada PLTU, yang pada kenyataannya pembangkit tenaga uap batu bara hanyamemiliki efisisensi konversi yang tidak lebih dari 40 %. Disamping itu pengaruh limbah dari PLTU berupa karbon, SO 4, NO x sangat berbahaya bagi kelangsungan mahkluk hidup. Perlu adanya solusi dari permasalahan tersebut untuk melahirkan teknologi – teknologi yang tepat guna dalam mengurangi pemborosan energi. Sistem pembangkit listrik magnet hidrodinamik adalah salah satu teknologi terapan yang menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan pembangkit uap batu bara. Selain memiliki tingkat efisiensi daya yang lebih tinggi, teknologi MHD juga merupakan sistem combined cycle yang memiliki keandalan dalam membangkitkan energi listrik secara kontinyu yang bersih dan ramah lingkungan. 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Diversifikasi energi (bauran sumber energi) merupakan suatu konsep / strategi yang dapat dipergunakan sebagai alat untuk mencapai pembangunan energi dan ekonomi yang berkelanjutan. Kebijakan bauran energi menekankan bahwa Indonesia tidak boleh hanya tergantung pada sumber energi berbasis fosil, namun harus juga mengembangkan penggunaan energi terbarukan. Magnet hidrodinamik adalah salah satu teknologi alternatif yang menjanjikan sebagai salah satu sumber pembangkit energi listrik efisien dan bersih. Pembangkit listrik magnet hidrodinamik menggunakan energi kinetik gas plasma sebagai konduktornya yang memotong medan magnet. Berbeda dengan generator konvensional yang menggunakan putaran konduktor berupa rotor dalam proses pembangkitan energy listrik. Pembangkit listrik tenaga magnet hidro dinamik dapat memanfaatkan pembakaran batubara secara langsung tanpa proses pemurnian terlebih dulu. Hal ini yang membedakan pembangkit listrik hidrodinamik dengan pembangkit listrik tenaga uap konvensional. Hal ini dapat meningkatkan efisiensi pemakaian bahan bakar lebih dari 20 %. Selain itu pemanfaatan gas buang yang panas dari siklus terbuka pembangkit ini dapat di manfaatkan untuk menggerakkan turbin uap. Pembangkit magnet hidrodinamik yang merupakan jenis pembangkit listrik cogeneration yang ekonomis dan ramah lingkungan. 1.2 Perumusan Masalah Penggunaan energi batubara sebagai bahan dasar pembangkit listrik tenaga uap memiliki berbagai efek diantaranya : 1. Bagaimana peramalan beban dan konsumsi energi listrik sampai tahun 2025, kaitannya dengan neraca daya di kabupaten Cilegon propinsi Banten? 2. Berapakah biaya pembangkitan PLTU dan PLTMHD US$/kW dan harga energi US$/kWh ( BPP dan harga jual dengan memperhatikan daya beli masyarakat)? 3. Bagaimana perbandingan efisiensi biaya bahan bakar yang terpakai pada pengoperasian PLTU dan PLTMHD? 4. Bagaimana Pengaruh PLTU dan PLTMHD di Cilegon untuk pemenuhan kebutuhan energi listrik di propinsi Bnaten sampai dengan tahun 2025? 5. Bagaimana Kelayakan PLTU dan PLTMHD 100 MW untuk kebutuhan listrik di Cilegon ? 6. Bagaimana tingkat efisiensi dalam memproduksi energi listrik antara PLTU dan PLTMHD 100MW ? 7. Bagaimana dampak pembangunan PLTU dan PLTMHD terhadap aspek lingkungan ? 1.3 Batasan Masalah Karena ruang lingkup permasalahan yang sangat luas, maka dalam penulisan tugas akhir ini, permasalahan akan dibatasi pada : 1. Proses pembangkitan energi listrik tenaga magnet hidrodinamik dibahas secara spesifik. 2. Perbandingan efisiensi daya generator magnet hidrodinamik sebagai pembangkit energi listrik alternatif dengan pembangkit listrik tenaga uap Batu bara 3. Pembahasan mengenai perbandingan kelayakan pembangunan PLTMHD dan PLTU 100 MW di kabupaten Cilegon.
12
Embed
STUDI PERBANDINGAN EFISIENSI KAPASITAS DAYA PEMBANGKIT LISTRIK …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-12893-Paper.pdf · Batu bara yang langsung diambil dari bawah tanah, disebut
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
STUDI PERBANDINGAN EFISIENSI KAPASITAS DAYA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MAGNET
HIDRODINAMIK TERHADAP PLTU 100 MW DI CILEGON
Indra D Permana
Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS, Keputih Sukolilo Surabaya 60111
Abstrak
Petumbuhan penduduk diseluruh dunia identik
dengan pertumbuhan energi. Dengan berkurangnya
sumber energi maka percepatan perekonomian tidak
dapat tercipta. Yang terpenting dari energi listrik
adalah percepatan perkembangan sumber energi listrik
bagi kelangsungan hidup yang lebih baik. Kita ketahui
bahwa sumber energi listrik yang berasal dari minyak
bumi, batubara, nuklir, energi matahari, energi panas
bumi, tenaga angin sampai dengan pemanfaatan tenaga
fusi sebagai energi alternatif. Meski batubara termasuk
sumber energi tak terbarukan, namun hasil penelitian
menunjukkan bahwa Indonesia mempunyai cadangan
batubara sekitar 50 miliar ton yang tersebar di
Sumatera, Kalimantan, Jawa, Sulawesi dan Papua.
Sekitar 85% diantaranya adalah untuk PLTU. Hal ini
menunjukkan bahwa Indonesia memiliki cadangan
batubara terbesar di Asia Tenggara. Akan tetapi
pemanfaatan energi batu bara kurang maksimal karena
sistem pembangkit Indonesia cenderung berorientasi
pada PLTU, yang pada kenyataannya pembangkit
tenaga uap batu bara hanyamemiliki efisisensi konversi
yang tidak lebih dari 40 %. Disamping itu pengaruh
limbah dari PLTU berupa karbon, SO4, NOx sangat
berbahaya bagi kelangsungan mahkluk hidup. Perlu
adanya solusi dari permasalahan tersebut untuk
melahirkan teknologi – teknologi yang tepat guna
dalam mengurangi pemborosan energi.
Sistem pembangkit listrik magnet hidrodinamik
adalah salah satu teknologi terapan yang menawarkan
beberapa keunggulan dibandingkan pembangkit uap
batu bara. Selain memiliki tingkat efisiensi daya yang
lebih tinggi, teknologi MHD juga merupakan sistem
combined cycle yang memiliki keandalan dalam
membangkitkan energi listrik secara kontinyu yang
bersih dan ramah lingkungan.
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Diversifikasi energi (bauran sumber energi)
merupakan suatu konsep / strategi yang dapat
dipergunakan sebagai alat untuk mencapai
pembangunan energi dan ekonomi yang berkelanjutan.
Kebijakan bauran energi menekankan bahwa Indonesia
tidak boleh hanya tergantung pada sumber energi
berbasis fosil, namun harus juga mengembangkan
penggunaan energi terbarukan.
Magnet hidrodinamik adalah salah satu teknologi
alternatif yang menjanjikan sebagai salah satu sumber
pembangkit energi listrik efisien dan bersih.
Pembangkit listrik magnet hidrodinamik menggunakan
energi kinetik gas plasma sebagai konduktornya yang
memotong medan magnet. Berbeda dengan generator
konvensional yang menggunakan putaran konduktor
berupa rotor dalam proses pembangkitan energy listrik.
Pembangkit listrik tenaga magnet hidro dinamik dapat
memanfaatkan pembakaran batubara secara langsung
tanpa proses pemurnian terlebih dulu. Hal ini yang
membedakan pembangkit listrik hidrodinamik dengan
pembangkit listrik tenaga uap konvensional. Hal ini
dapat meningkatkan efisiensi pemakaian bahan bakar
lebih dari 20 %. Selain itu pemanfaatan gas buang yang
panas dari siklus terbuka pembangkit ini dapat di
manfaatkan untuk menggerakkan turbin uap.
Pembangkit magnet hidrodinamik yang merupakan
jenis pembangkit listrik cogeneration yang ekonomis
dan ramah lingkungan.
1.2 Perumusan Masalah
Penggunaan energi batubara sebagai bahan dasar
pembangkit listrik tenaga uap memiliki berbagai efek
diantaranya :
1. Bagaimana peramalan beban dan konsumsi energi
listrik sampai tahun 2025, kaitannya dengan neraca
daya di kabupaten Cilegon propinsi Banten?
2. Berapakah biaya pembangkitan PLTU dan
PLTMHD US$/kW dan harga energi US$/kWh (
BPP dan harga jual dengan memperhatikan daya
beli masyarakat)?
3. Bagaimana perbandingan efisiensi biaya bahan
bakar yang terpakai pada pengoperasian PLTU dan
PLTMHD?
4. Bagaimana Pengaruh PLTU dan PLTMHD di
Cilegon untuk pemenuhan kebutuhan energi listrik
di propinsi Bnaten sampai dengan tahun 2025?
5. Bagaimana Kelayakan PLTU dan PLTMHD 100
MW untuk kebutuhan listrik di Cilegon ?
6. Bagaimana tingkat efisiensi dalam memproduksi
energi listrik antara PLTU dan PLTMHD 100MW ?
7. Bagaimana dampak pembangunan PLTU dan
PLTMHD terhadap aspek lingkungan ?
1.3 Batasan Masalah
Karena ruang lingkup permasalahan yang sangat luas,
maka dalam penulisan tugas akhir ini, permasalahan
akan dibatasi pada :
1. Proses pembangkitan energi listrik tenaga magnet
hidrodinamik dibahas secara spesifik.
2. Perbandingan efisiensi daya generator magnet
hidrodinamik sebagai pembangkit energi listrik
alternatif dengan pembangkit listrik tenaga uap
Batu bara
3. Pembahasan mengenai perbandingan kelayakan
pembangunan PLTMHD dan PLTU 100 MW di
kabupaten Cilegon.
2
1.4 Tujuan
Tujuan dari penulisan ini adalah melakukan
perbandingan perencaanaan pembangunan pembangkit
energi listrik magnet hidrodinamik terhadap PLTU
sebagai sumber energi listrik mutual yang memiliki
efisiensi tinggi pada proses pembangkitannya dan
sebagai upaya dalam menciptakan teknologi
pengolahan batu bara yang bersih dan ramah terhadap
lingkungan.
1.5 Relevansi
Dari hasil pembahasan perencanaan pembangkit
tenaga magnet hidrodinamik ini di harapkan dapat
mengurangi pemborosan dalam proses pembangkitan
energi di masa – masa mendatang. Pembangkit tersebut
juga dapat memberikan konstribusi dalam pemanfaatan
dan pengembangan teknologi magnet hidrodinamik
yang dapat menekan jumlah pemakaian batu bara
sebagai bahan dasar pembangkitan sehingga
infrastruktur pembiayaannya jauh lebih terkendali.
Pemanfaatan sumber energi terbarukan memiliki
potensi yang luar biasa dalam menunjang peningkatan
teknologi pembangkitan yang andal dan memiliki
efisiensi tinggi
2. TEORI PENUNJANG
2.1 Batubara
Batu bara adalah sisa tumbuhan dari jaman
prasejarah yang berubah bentuk yang awalnya
berakumulasi dirawa dan lahan gambut. Penimbunan
lanau dan sedimen lainnya, bersama dengan pergeseran
kerak bumi (dikenal sebagai pergeseran tektonik)
mengubur rawa dan gambut yang seringkali sampai ke
kedalaman yang sangat dalam. Dengan penimbunan
tersebut, material tumbuhan tersebut terkena suhu dan
tekanan yang tinggi. Suhu dan tekanan yang tinggi
tersebut menyebabkan tumbuhan tersebut mengalami
proses perubahan fisika dan kimiawi dan mengubah
tumbuhan tersebut menjadi gambut dan kemudian batu
bara. Pembentukan batubara dimulai sejak
Carboniferous Period (Periode Pembentukan Karbon
atau Batu Bara)– dikenal sebagai zaman batu bara
pertama – yang berlangsung antara 360 juta sampai
290 juta tahun yang lalu. Mutu dari setiap endapan batu
bara ditentukan oleh suhu dan tekanan serta lama
waktu pembentukan, yang disebut sebagai ‗maturitas
organik‘.
2.2 Pembangkit Tenaga Listrik
Secara umum pembangkitan tenaga listrik dapat
diklasifikasikan menjadi dua kelompok, yaitu :.
Berdasarkan metode pembangkitannya, dapat
dibedakan menjadi:
a. Metode pembangitan dengan konversi langsung
(direct energy conversion), yaitu terbangkitnya
energi listrik (dari energi primer) terjadi secara
langsung, tanpa keterlibatan bentuk energi lain
sebagai antara (medium)
b. Metode pembangkitan dengan konversi tak
langsung (indirect energy conversion), yaitu
terbangkitnya energi listrik (dari energi primer)
berlangsung dengan cara melibatkan suatu bentuk
energi lain. Bila energi lain yang berfungsi sebagai
medium ini tidak ada, maka tidak akan terbangkit
energi listrik.
Berdasarkan proses pembangkitannya, dapat dibedakan
menjadi :
a. Pembangkit non thermal, yaitu pembangkit yang
dalam pengoperasiannya tanpa melalui proses
thermal atau pemanasan.
b. Pembangkit thermal, yaitu pembangkit yang dalam
pengoperasiannya melalui proses thermal atau
pembakaran.
2.3 Pengolahan Batubara
Batu bara yang langsung diambil dari bawah
tanah, disebut batu bara tertambang run-of-mine
(ROM), seringkali memiliki kandungan campuran yang
tidak diinginkan seperti batu dan lumpur dan berbentuk
pecahan dengan berbagai ukuran. Namun demikian
pengguna batu bara membutuhkan batu bara dengan
mutu yang konsisten. Pengolahan batu bara – juga
disebut pencucian batu bara (―coal benification‖ atau
―coal washing‖) mengarah pada penanganan batu bara
tertambang (ROM Coal) untuk menjamin mutu yang
konsisten dan kesesuaian dengan kebutuhan pengguna
akhir tertentu.
2.4 Proses Terjadinya Energi Listrik Pada PLTU
Pembakaran batu bara ini akan menghasilkan uap
dan gas buang yang panas. Gas buang itu berfungsi
juga untuk memanaskan pipa boiler yang berada di atas
lapisan mengambang. Gas buang selanjutnya dialiri ke
pembersih yang di dalamnya terdapat alat pengendap
abu setelah gas itu bersih lalu dibuang ke udara melalui
cerobong. Sedangkan uap dialiri ke turbin yang akan
menyebabkan turbin bergerak, tapi karena poros turbin
digandeng/dikopel dengan poros generator akibatnya
gerakan turbin itu akan menyebabkan pula gerakan
generator sehingga dihasilkan energi listrik. Uap itu
kemudian dialiri ke kondensor sehingga berubah
menjadi air dan dengan bantuan pompa air itu dialiri ke
boiler sebagai air pengisi.
PLTU ini dilengkapi dengan presipitator elektro
static yaitu suatu alat untuk mengendalikan partikel
yang akan keluar cerobong dan alat pengolahan abu
batu bara. Sedang uap yang sudah dipakai kemudian
didinginkan dalam kondensor sehingga dihasilkan air
yang dialirkan ke dalam boiler. Pada waktu PLTU
batubara beroperasi suhu pada kondensor naiknya
begitu cepat, sehingga mengakibatkan kondensor
menjadi panas. Sedang untuk mendinginkan kondensor
bisa digunakan air, tapi harus dalam jumlah besar, hal
inilah yang menyebabkan PLTU dibangun dekat
dengan sumber air yang banyak seperti di tepi sungai
atau tepi pantai.
2.5 Proses Terjadinya Energi Listrik Pada
PLTMHD
Di bawah kondisi tekanan tinggi, listrik dihasilkan
dari proses gasifikasi senyawa gas melalui pembakaran
3
bahan bakar fosil. Sebagian besar sistem MHD
menggunakan batu bara atau gas alam sebagai bahan
bakar fosil. Namun, gas inert seperti argon dan helium
yang juga digunakan dalam beberapa sistem
MHD. Gas ini dinjeksikan kedalam channel /duct
melalui nozzel dengan kecepatan tinggi 1000-2000
m/s. Magnetohydrodynamic generator tidak
menciptakan muatan listrik, terciptanya listrik karena
adanya muatan listrik yang melekat saat proses ionisasi
gas berlangsung. Dengan analogi, memikirkan sebuah
pompa air yang memungkinkan air melewati tetapi
bukan merupakan sumber air. Konduktivitas fluida
dapat ditingkatkan dengan mengadopsi berbagai
metode.
Jika gas memasuki saluran channel tersusun dari
medan magnet superkonduktor. Intensitas magnet yang
dapat di hasilkan di dalam saluran tersebut biasanya
antara 3-5 Tesla. Saat gas melewati saluran, sebuah
gaya gerak listrik terjadi dalam ruang magnet ( channel
). Menurut hukum Faraday tentang induksi
elektromagnetik arus / tegangan (EMF) adalah bila
sebuah kumparan induksi / kawat digerak-gerakkan di
dalam medan magnet maka akan terjadi perubahan
fluks magnet per satuan waktu. Namun yang
membedakannya di dalam sistem MHD tidak
menggunakan kumparan induksi / kawat sebagai
konduktor melainkan berupa fluida gas.
Seperti yang disebutkan sebelumnya sistem MHD
terdiri dari saluran / saluran yang merupakan
penghubung ke sirkuit eksternal yang pada akhirnya
akan membiarkan listrik mengalir ke beban melalui
sebuah elektrode. Elektroda adalah pelat, batang atau
kawat yang bertindak sebagai konduktor terhadap
aliran listrik. Mereka bertindak sebagai penghubung ke
sirkuit eksternal. Rangkaian eksternal dihubungkan ke
elektroda dan catu daya listrik ditransfer ke jalan yang
diinginkan.
2.6 Metode Peramalan Kebutuhan Listrik
Peramalan kebutuhan listrik adalah untuk mengetahui
akan kebutuhan listrik di tahun yang akan dating dapat
dilakukan dengan berbagai cara antara lain dengan
metode regresi dan metode DKL 3.01
2.6.1 Metode Regresi
Dalam Metode Regresi Linier Berganda
diperlukan faktor/parameter yang akan dijadikan acuan
dalam perhitungan. Dalam peramalan kebutuhan energi
listrik parameter-parameter yang dipakai adalh sebagai