A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di PLTG unit pembangkit PT. Dian Swastatika Sentosa Tbk., yang berlokasi di Wisma Indah Kiat, Jl. Raya Serpong km 8 Tanggerang. Adapun penelitian ini dilakukan selama satu bulan dengan range waktu mulai dari 03 Maret – 03 April 2014.
B. Tahapan Peneltitian
Cara yang dilakukan dalam penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahapan yaitu:
1. Studi literatur
Pada penelitian ini dilakukan studi literatur mengenai sistem kogenerasi pada PLTG, proses skematik PLTG, komponen-komponen PLTG, siklus kerja turbin gas dan HRSG, serta analisis termal energi dan eksergi. 2. Survei lokasi
Survei lokasi dilakukan di PLTG unit pembangkit PT. Dian Swastatika Sentosa Tbk, yang berlokasi di Wisma Indah Kiat, Jl. Raya Serpong km 8 Tanggerang.
3. Pengumpulan data
39 yang ada di perusaahaan dalam kurun waktu tertentu. Data yang dimaksud diantaranya tentang laju aliran massa bahan bakar, daya pembangkitan listrik dan uap, temperatur pada setiap state dan data lainnya yang diperlukan dalam penyusunan laporan ini.
4. Analisa data
Data-data dari hasil pengamatan selanjutnya akan digunakan sebagai dasar untuk melakukan analisis terhadap kesetimbangan energi dan eksergi maksimum yang dapat dibangkitkan oleh sistem kogenerasi. Selanjutnya mengidentifikasi letak eksergi terbuang (losses) pada sistem, menghitung besar destruksi dan kehilangan eksergi, serta nilai efisiensi termal dan efisisensi eksergetik pada sistem kogenerasi PLTG ini.
5. Penulisan laporan.
Penulisan laporan adalah tahap akhir dari penelitian ini. C. Prosedur Pengolahan Data
Adapun langkah-langkah pengelohan data dalam penelitian ini dibagi menjadi dua bagian yaitu:
a. Analisa Energi b. Analisa Eksergi a. Analisa Energi
1. Menghitung efisiensi keluaran listrik
Efisiensi keluaran listrik dapat dihitung dengan menggunakan rumus: ɳe = ( Ec/Ef ) x 100% (3.1)
40 2. Kapasitas energi termal
Kapasitas energi termal dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
Etr = ̇ x h@Tc (3.2)
3. Efisiensi kogenerasi
Efisiensi kogenerasi dapat dihitung dengan menggunakan rumus: ɳco = ( Ec/ Etr)/Ef + Esu (3.3) 4. Kesetimbangan energi
Kesetimbangan energi sistem dinyatakan dengan sankey diagram. c. Analisa eksergi
1. Deskripsi sistem
Skematik insatalasi pembangkit Kogenerasi PLTG PT. Dian Swastatika Sentosa dan kondisi operasinya ditunjukkan pada gambar berikut ini.
Gambar 3.1. Skematik insatalasi pembangkit Kogenerasi PLTG PT. Dian Swastatika Sentosa
Ket:
: Gas
: Water
41 2. Laju massa bahan bakar, udara dan gas
Laju massa bahan bakar dapat dihitung dengan menggunakan rumus (Lindeburg, 2002):
̇ = . 3600. (3.4) Laju massa udara dapat dihitung dengan menggunakan rasio udara terhadap bahan bakar AFR dengan menggunakan persamaan stoikhiometrik jumlah udara berikut (Cangel, 2006) :
+ ( + 3,76 ) → + + (3.5)
Dengan demikian, laju massa gas hasil pembakaran dapat dihitung dengan persamaan berikut:
̇ud = x ̇ bb (3.6)
̇g = ̇ bb + ̇ud (3.7)
3. Menghitung kerja setiap komponen
Kerja dari setiap komponen dijabarkan sebagai berikut (Cangel, 2006): a. Kompresor ( ̇ Comp) ̇ comp= ̇ ud( h2 – h1 ) (3.8) b. Turbin gas ( ̇ GT) ̇ GT = ̇ g ( h4 – h5) (3.9) c. Pompa ( ̇ pump ) ̇ pump = ̇ w ( h9 – h8) (3.10)
42 4. Menghitung eksergi
Perhitungan eksergi meliputi perhitungan eksergi fisik ( ̇PH) dan eksergi kimia ( ̇CH) dari masing-masing state atau keadaan.
a. Eksergi fisik ( ̇PH) dari masing-masing state, digunakan persamaan (Bejan, 1996):
̇ = ̇ g [( hk – h0 ) – T0( sk – s0– R ln )] (3.11) ̇ = ̇ g ( hk – h0) – T0( sk – s0) (3.12) Persamaan (3.11) digunakan untuk menghitung eksergi dengan fluida berupa gas, sedangkan persamaan (3.12) digunakan untuk menghitung eksergi berupa fluida air dan uap.
Dimana ̇k adalah eksergi dengan state k dengan satuan kJ/s atau kW, hk entalpi pada state k dengan satuan (kJ/kg), h0 adalah entalpi pada temperatur lingkungan, Sk adalah entropi spesifik gas pada state k dengan satuan kJ/kg.K, s0 adalah entropi spesifik udara pada temperatur lingkungan, R adalah konstanta gas dengan nilai sebesar 0,287 kJ/kg.K, pk adalah tekanan pada state k, po adalah tekanan udara lingkungan, dan T0 adalah temperatur lingkungan.
b. Eksergi kimia ( ̇CH) dari masing-masing state, digunakan persamaan (Bejan, 1996):
̇ = ̇ , . (3.13) dimana,
43 Eksergi kimia, dalam aplikasinya digunakan untuk menghitung besar eksergi pada bahan bakar dan produk pembakaran. Berdasarkan persamaaan diatas, diketahui bahwa ̇ , merupakan laju aliran massa bahan bakar atau produk pembakaran, merupakan fraksi mol gas k dan
merupakan eksergi kimia standar suatu gas. Tabel 3.1 Eksergi dari masing-masing state
State Komponen Eksergi (EPH) Eksergi (ECH) Eksergi MW MW MW 1 Udara 2 Udara bertekanan 3 Metana
4 Gas Inlet Turbin
5 Gas Exhaust Turbin
6 Gas Exhaust HRSG
7 Gas Exhaust Ekonomizer
8 Feedwater
9 Feedwater bertekanan
10 High temp. Feedwater
11 Steam
12 Condensate water
Tabel 3.2 Eksergi fuel dan eksergi produk setiap komponen
Komponen Model Eksergi fuel Eksergi produk
44 Combustion chamber ̇2 + ̇3 ̇4 Turbin gas ̇4 ̇5 + ̇ GT - ̇ HRSG ̇5 + ̇10 ̇11 + ̇6 Ekonomizer ̇6 - ̇7 ̇10 + ̇7 Pompa ( ̇ Pump + ̇8) x 2 ̇9
45 5. Menghitung destruksi dan rasio destruksi eksergi
Destruksi eksergi atau eksergi yang dimusnahkan ( ̇ ) dapat dihitung dari selisih dari selisih eksergi bahan bakar ( ̇ ) dengan eksergi produk ( ̇ ).
̇ = ̇ − ̇ (3.14) Dengan demikian, rasio pemusnahan eksergi terhadap eksergi bahan bakar ,rasio pemusnahan eksergi perkomponen ̇ dapat ditabelkan sebagai berikut :
Tabel 3.3 Eksergi yang dimusnahkan atau destruksi eksergi dari masing-masing komponen sistem
Komponen Destruksi Eksergi ( ̇ ) Rate (MW) ̇ (%) (%) Kompresor Combustion chamber Turbin gas HRSG Ekonomizer Pompa
6. Menghitung efisiensi eksergetik sistem
Efisiensi eksergi dapat dihitung dari perbandingan antara eksergi bahan bakar (fuel) dengan eksergi produk. Dengan demikian untuk sistem diatas efisiensi eksergetik dapat dihitung berdasarkan persamaan (Bejan, 1996) : = ̇̇ (3.15)
46 7. Analisa perhitungan menggunakan EES software
Dalam menganalisa termodinamika menggunakan EES (Engineering Equation Software), adalah menenentukan terlebih dahulu fluida kerja yang bekerja pada sistem. Kemudian menuliskan algoritma program secara detail dan berurutan sesuai kode program yang berlaku. Setelah menyelesaikan perhitungan secara manual, selanjutnya membandingkan hasil perhitungan dengan hasil simulasi perhitungan dengan menggunakan software EES.
Tabel 3.4 Perbandingan hasil perhitungan
Parameter Metode Perhitungan Unit
Manual EES Software Kerja Tiap Komponen
Kerja Kompresor MW
Kerja Turbin Gas MW
Pompa MW
Eksergi
Efuel Eprod Efuel Eprod
Kompresor MW Combustion Chamber MW Turbin Gas MW HRSG MW Ekonomizer MW Pompa MW Destruksi eksergi (ED) Kompresor MW Combustion Chamber MW Turbin Gas MW
47
HRSG MW
Ekonomizer MW
Pompa MW
Efisiensi Eksergi Tiap Komponen
Kompresor % Combustion Chamber % Turbin Gas % HRSG % Ekonomizer % Pompa %
Efisiensi Eksergi Sistem
48 D. Diagram Alir Metodelogi Penelitian
Mulai
Masukkan variable input P, T, ̇
Menghitung ̇ , ̇ , ̇
Menghitungentalpi (h) dan entropi (s) pada setiap state
Menghitung kerja pada Kompresor, Turbin gas, dan Pompa
Menghitung eksergi setiap state
Menghitung destruksi atau pemusnahan eksergi tiap komponen
Menghitung rasio pemusnahan eksergi terhadap bahan bakar, dan rasio pemusnahan eksergi tiap komponen
Menghitung efisiensi eksergetik tiap komponen Menghitung efisiensi eksergetik seluruh sistem
Simpulan dan Saran Selesai
Membuat simulasi program perhitungan eksergi dengan
75
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dan analisa terhadap kajian energi dan eksergi pada sistem kogenerasi turbin gas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Efisiensi termal kogenerasi dipengaruhi oleh jumlah steam dan listrik
yang dihasilkan. Pada sistem kogenerasi ini efisiensi tertinggi sistem kogenerasi berada pada load turbin 3,0 MW.
2. Efisiensi eksergetik tertinggi terjadi di dalam kompresor yaitu sebesar 98,53 %, kemudian HRSG sebesar 52,74 %, sedangkan efisiensi eksergetik terendah terdapat pada combustor yaitu sebesar 33,23%.
3. Dengan analisis eksergi didapatkan bahwa lokasi destruksi eksergi yang paling tinggi terdapat pada combustor dengan nilai sebesar 8,77 MW atau berdasarkan rasio destruksi eksergi yaitu persentase destruksi berdasarkan eksergi bahan bakar masuk ke dalam sistem ialah 44,42 %. Sedangkan destruksi eksergi terendah terjadi pada ekonomizer yaitu sebesar 0,006 MW atau sebesar 0,03% dari .
4. Pemusnahan eksergi pada sistem ini disebabkan oleh tiga tiga jenis irreversibilitas utama yaitu reaksi pembakaran, perpindahan kalor dan gesekan.
76 5. Efisiensi eksergetik dari sistem secara keseluruhan adalah sebesar 15,1 %. Dapat dikatakan bahwa pemanfaatan sumber daya energi pada sistem ini kurang maksimal.
6. Berdasarkan hasil yang didapatkan, simpangan nilai atau simpangan yang dihasilkan dari perhitungan menggunakan program terhadap perhitungan manual, adalah sebesar 0,7 %
B. SARAN
Untuk meningkatkan performance dari sistem kogenerasi turbin gas PT. Dian Swatatika Sentosa dan untuk mendukung penelitian selanjutnya, maka penulis memberikan saran sebagai berikut:
1. Berdasarkan hasil analisa, perlu dilakukan pengoptimalisasian pada sistem, terutama pada combustor. Pengoptimalisasian dapat dilakukan dengan cara menambahkan preheater atau pra-pemanas udara untuk memanaskan udara dari kompresor,atau dengan menambahkan zeolit pada filter udara untuk mengurangi kadar air dalam udara. Sehingga proses pembakaran akan lebih sempurna.
2. Perlu dilakukan penelitian lanjutan terhadap pengoptimalisasian sistem dengan mempertimbangkan faktor ekonomi.
3. Untuk kedepannya perlu dilakukan inovasi terhadap pemrograman yang
dilakukan atau dapat memvariasikan jenis software yang digunakan, seperti mathlab, visual basic dan lain-lain.
DAFTAR PUSTAKA
Basri, Hasan M. 2011. Analisis Eksergi Siklus Kombinasi Gas-Uap Unit
PLTGU Inderalaya. Prosiding Seminar Nasional AVoER. Palembang
Bejan, Adrian. 1996. Thermal Design And Optimation. John Wiley & Son, Inc.
USA
Biro Perancangan, 2012. Perencanaan Kebutuhan Energi Sektor Industri
Dalam Rangka Akselerasi Industrialisasi. Kementrian Perindustrian Repulik Indonesia
Boedoyo, M. Sidik, dkk. 2012. Indonesia Energy Outlook 2012. Pusat
Teknologi Pengembangan Sumberdaya Energi. BPPT
Boyce, Meherwan P. 2002. Hanbook For Cogeneration And Combined Cycle
Power Plant . ASME. New York
BPPT. 2012. Teknologi Kogenerasi untuk Pembangkit Listrik. Teknologi
Energi Untuk Kelistrikan. BPPT
Cangel, Yunus A. 2006. Thermodynamic An Engineering Approach 5th Edition.
Moran, Michael J. 2006. Fundamental of Enginering Thermodiamics 5th Edition. John Wiley & Son, Ltd. England
Nugroho, Gunawan, dkk. 2012. Analisa Termoekonomi Pada Sistem Kombinasi
Turbin Gas–Uap PLTGU PT PJB Unit Pembangkitan Gresik. Jurnal
Teknik POMITS ITS.Surabaya
Setyoko, Bambang. 2006. Analisis Efisiensi performa HRSG Pada PLTGU.
Jurnal Traksi Teknik Mesin. UNDIP
Tambunan, Mangara, dkk. 2010. Perkembangan Konsumsi Dan Penyediaan
Energi Dalam Perekonomian Indonesia. Indonesian Journal of Agricurtural Economics (IJAE) IPB. Bogor
UNEP. 2006. Energy Efficiency Guide for Industry in Asia.
http://www.energyefficiencyasia.org di akses pada 02 Okteber 2013
jam 20.43 WIB
UNESCAP. 2000. Part 1 Overview of Kogenerasi and its Status in Asia.
http://www.unescap.org/esd/energy/publications/detail.asp?id=759 di