PENGARUH ALAT PENGENDALI EMISI DAN TEKNOLOGI PEMBANGKIT
TERHADAP EMISI SOX NOX PADA PLTU SISTEM JAWA-BALI
THE EFFECT OF EMISSION CONTROL AND POWER PLANT TECHNOLOGIES
TO SOX NOX EMISSION ON JAWA-BALI COAL-FIRED POWER PLANT SYSTEM
Ragil Darmawan, Adolf Leopold, I Made Agus DS
Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan dan Konservasi Energi Kementerian ESDM
Email : [email protected]
ABSTRACT
National energy consumption reflects the economic level of a nation, currently Indonesia is still at 788 kWh/capita. To become a developed country, the government set a target by 2025 to reach 2500 kWh/capita. The use of coal as an energy source still dominates, at the same time the government is committed to reducing emissions and effects of global warming. This study aims to provide an overview of SOx and NOx emissions projection based on Business as Usual (BAU) and National Energy Policy (KEN) scenarios, as well as to examine the effect of emission controller and generation technology on SOx and NOx emissions value at Jawa-Bali Coal-Fired Power Plant System. The variables to be studied are the influence of COD year, existing technology, the use of controlling units, and boiler technology to SOx and NOx emissions. Energy modeling using Long-range Energy Alternatives Planning (LEAP) software with Engineering Oriented Model approach. Emissions trends in 2015 based on COD year in Jawa Bali show that over time COD, SOx and NOx emissions is decreasing, this is because the use of efficient technology in reducing emissions. The use of FGD reduces SOx emissions by 70.83%, while the coal blending method reduces emissions of 24.85% of regular power plants. NOx emission generated from low NOx burner power plant is 34.47% smaller than conventional power plants. The use of super critical boiler technology with higher efficiency leads to reduced fuel usage which ultimately reduces emissions as a function of coal consumption. Emissions from super-critical power plants decreased 86.52% for SOx and 35.94% for NOx from sub-critical power plant emissions. LEAP modeling shows significant differences, where the emission scenario of KEN with the addition of USC power plant is 52.27% for SOx and 48.19% for NOx, less than BAU until 2050. It can be concluded that with the use of emission control and advanced technology, SOx and NOx emissions can be reduced. This for consideration in the selection of technology for future power plant development.
Keywords : SOx NOx Emissions, Ultra Super Critical, Jawa-Bali Power Plant, LEAP
ABSTRAK
Konsumsi energi nasional mencerminkan tingkat ekonomi suatu bangsa, dan Indonesia masih di angka 788 kWh/kapita. Untuk menjadi negara maju, pemerintah menetapkan target pada tahun 2025 mencapai 2500 kWh/kapita. Penggunaan batubara sebagai sumber energi masih mendominasi, di saat yang sama pemerintah berkomitmen untuk menurunkan emisi dan efek pemanasan global. Studi ini bertujuan memberikan gambaran proyeksi emisi SOx dan NOx berdasarkan kondisi Business as Usual (BAU) dan skenario Kebijakan Energi Nasional (KEN), serta melihat pengaruh penggunaan pengendali emisi dan teknologi pembangkitan terhadap nilai emisi SOx dan NOx pada PLTU Batubara Sistem Jawa-Bali. Variabel yang akan dikaji adalah pengaruh tahun COD PLTU, teknologi existing, penggunaan alat pengendali, teknologi boiler terhadap emisi SOx dan NOx PLTU. Pemodelan energi menggunakan perangkat lunak Long-range Energy
Alternatives Planning (LEAP) dengan pendekatan Engineering Oriented Model. Tren emisi pada tahun 2015 berdasarkan
tahun COD PLTU di Jawa Bali menunjukkan bahwa seiring waktu COD, emisi SOx dan NOx mengalami penurunan, hal ini dikarenakan penggunaan teknologi yang lebih efisien dalam mengurangi emisi. Penggunaan FGD menurunkan emisi SOx sebesar 70,83%, sedangkan metode coal blending menurunkan emisi 24,85% dari PLTU biasa. Emisi NOx yang dihasilkan dari PLTU low NOx burner lebih kecil 34,47% dari PLTU konvensional. Penggunaan teknologi boiler super critical dengan efisiensi yang lebih tinggi menyebabkan penggunaan bahan bakar semakin berkurang yang pada akhirnya menurunkan emisi yang dihasilkan sebagai fungsi pemakaian batubara. Emisi dari PLTU super critical turun 86,52% untuk SOx dan 35,94% untuk NOx dari emisi PLTU sub critical. Pemodelan LEAP menunjukkan perbedaan yang signifikan, dimana emisi skenario KEN dengan penambahan PLTU USC rata-rata 52,27% untuk SOx dan 48,19% untuk NOx, lebih kecil dari BAU sampai tahun 2050. Dapat disimpulkan bahwa dengan penggunaan alat pengendali emisi dan teknologi pembangkit yang lebih mutakhir, emisi SOx dan NOx dapat diturunkan. Hal ini dapat dijadikan pertimbangan dalam pemilihan teknologi untuk pembangunan pembangkit dimasa mendatang.
Kata Kunci : Emisi SOx NOx, Ultra Super Critical, Pembangkit Jawa Bali, LEAP 1. PENDAHULUAN
Pertumbuhan konsumsi energi rata-rata 7% pertahun belum diimbangi dengan suplai energi yang cukup. Saat ini konsumsi energi masih di angka 788 kWh per kapita, sementara rata-rata di ASEAN sudah diatas 3000 kWh perkapita (IEA, 2014). Konsumsi energi nasional mencerminkan tingkat ekonomi suatu bangsa, sehingga untuk menjadi negara maju pemerintah menetapkan target pemanfaatan listrik per kapita pada tahun 2025 mencapai 2500 kWh dan pada tahun 2050 mencapai 7000 kWh (PP No. 79 2014). Pada tahun 2015, Rasio Elektrifikasi baru mencapai 88.30% (Statistik Ketenagalistrikan DJK, 2016).
Kebijakan Energi Nasional menyebutkan bahwa kontribusi energi dari batubara masih mendominasi kebutuhan energi nasional yaitu sebesar 30% pada tahun 2025. Penggunaan batubara sebagai bahan bakar pembangkit listrik masih
mendominasi pembangkit listrik di Indonesia, hal ini disebabkan PLTU Batubara masih merupakan sistem pembangkit yang lebih murah, selain itu cadangan batubara Indonesia masih cukup besar. Pada saat yang sama, Indonesia telah meratifikasi protokol Kyoto dan menyepakati keputuan CoP Perancis yang berarti pemerintah harus melakukan usaha untuk menurunkan tingkat emisi dan pemanasan global.
Dalam rangkaian sistem operasi pembangkitan tenaga listrik, disamping menghasilkan energi listrik juga dihasilkan bahan buangan (limbah) baik padat, cair, gas maupun panas. PLTU melalui cerobong akan mengeluarkan partikulat, gas (CO2, SOx, NOx) dan panas. Polutan ini dapat menyebabkan korosi pada material, iritasi saluran pernafasan
dan berbagai macam efek pada tumbuh-tumbuhan. Untuk membatasi polusi sisa pembakaran yang keluar dari PLTU, maka dibutuhkan pemasangan alat pengendali emisi.
Penggunaan batubara sebagai bahan bakar utama pada boiler tidak akan pernah lepas dari permasalahan emisi SO2. Sekalipun yang digunakan adalah batubara dengan kualitas terbaik (kandungan sulfur rendah), emisi sulfur dioksida
pasti akan terbentuk. Alat pengendali emisi yang dapat mengurangi kadar SOx adalah Flue Gas Desulphurization(FGD). Penggunaan batubara yang kandungan sulfurnya sekitar 0,4%, maka PLTU tidak memerlukan peralatan desulfurisasi seperti pada PLTU Cirebon. Emisi SOx yang keluar dari cerobong masih dibawah standar emisi yang diijinkan yaitu sekitar 750 mg/Nm3 (PermenLH, 2008).
Burner adalah sebuah komponen proses pembakaran pada boiler yang berfungsi untuk mencampurkan udara
dengan bahan bakar dan memasukkannya ke dalam furnace boiler. Nitrogen di dalam batubara menyumbang 80% NOx dari
keseluruhan produksi NOx, dengan 60 – 90% terbentuk pada saat awal proses (inisiasi) pembakaran. Zona inisiasi
pembakaran terjadi pada burner, sehingga penggunaan burner yang rendah NOx akan secara signifikan menurunkan
produksi NOx. Polusi NOx dapat dibatasi teknik abatement yang baik. PLTU dibatasi dalam pengeluaran emisi NOx maksimal
150 mg/Nm3 rata-rata dalam 24 Jam (PermenLH, 2008).
PLTU yang beroperasi di Indonesia masih menggunakan teknologi konvensional atau sub critical dimana efisiensi pembakaran sebesar 80 – 90% dan efiiensi total 38 – 40% pada sub critical modern (Cahyadi, 2011). Pada tahun 2016, hanya terdapat dua PLTU yang menggunakan tenologi super critical dan pada tahun 2019 akan COD PLTU dengan teknologi ultra
super critical. Teknologi yang lebih mutakhir memungkinkan efisiensi pembangkit semakin meningkat, yang pada akhirnya
akan mengurangi emisi yang dihasilkan dari pembangkit. Dalam skenario KEN yang telah ditetapkan, untuk memenuhi kebutuhan energi pembangunan pembangkit diharapkan menggunakan teknologi paling mutakhir, selain untuk meningkatkan produksi juga demi usaha menurunkan emisi yang ditimbulkan. Studi ini bertujuan memberikan gambaran proyeksi emisi SOx dan NOx berdasarkan kondisi BAU dan skenario KEN, serta melihat pengaruh penggunaan teknologi pengendali emisi dan pembakaran terhadap nilai emisi SOx dan NOx pada PLTU Batubara Sistem Jawa-Bali.
2. METODE
Penelitian ini dibatasi pada lingkup PLTU yang beroperasi di sistem distribusi Jawa-Bali. Data primer yang digunakan mencakup hasil pengukuran secara langsung di PLTU, sedangkan data sekunder meliputi data hasil monitoring lingkungan dari PLTU Jawa-Bali, PLN dan DJK KESDM, serta data yang berkaitan dengan teknologi dan juga regulasi/kebijakan. Data Kebijakan akan digunakan sebagai dasar pemodelan energi menggunakan perangkat lunak
Long-range Energy Alternatives Planning (LEAP) dengan pendekatan End-Use Project atau Engineering Oriented Model. LEAP
menggunakan data ekonomi makro seperti pertumbuhan GDP, pertumbuhan populasi dan data konsumsi energi. Data tersebut di-skenariokan dengan menambah pembangkit berteknologi mutakhir untuk menambah kapasitas dan mengurangi emisi yang ditimbulkan. Skenario ini sesuai dengan Kebijakan Energi Nasional yang telah ditetapkan oleh pemerintah. Kemudian hasil ini dibandingkan dengan kondisi saat ini atau Bussiness as Usual (BAU) untuk melihat perbedaan emisi yang dihasilkan. Variabel yang akan dikaji adalah pengaruh tahun COD PLTU, teknologi existing, penggunaan alat pengendali, teknologi boiler terhadap emisi SOx dan NOx yang dihasilkan dari PLTU.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dengan menggunakan software LEAP, dapat diproyeksikan kebutuhan energi dari batubara beserta skenario penambahan PLTU dengan teknologi yang lebih mutakhir yaitu PLTU Ultra Super Critical. Hasil dari pemodelan tersebut dapat dilihat dari grafik dibawah ini:
Grafik diatas menunjukkan proyeksi kebutuhan energi dari batubara dimana pada tahun 2019 dilakukan penambahan PLTU USC. Pertimbangan penggunaan teknologi ultra super critical diantaranya: menambah kapasitas pembangkit; penggunaan teknologi yang memiliki efisien tinggi; penggunaan bahan bakar yang lebih hemat; intensitas emisi yang dihasilkan lebih rendah dan limbah buangan yang dihasilkan lebih sedikit. Penambahan PLTU USC ini sangat mempengaruhi jumlah pembangkit, karena pada umumnya PLTU ini berkapasitas besar jadi dapat mencukupi kebutuhan lebih besar dan lebih menghemat penggunaan lahan. Dengan efisiensi yang lebih tinggi, penggunaan batubara semakin kecil sehingga limbah (fly ash dan bottom ash) dan emisi yang dihasilkan (CO2, SOx dan NOx) semakin berkurang. Efisiensi
total PLTU sub critical sebesar 38.6%, super critical sebesar 44.6% dan ultra super critical mencapai 51%. (Manyam K, 2015). Dari hasil pengolahan data PLTU sistem Jawa Bali, menunjukkan bahwa emisi SOx dan NOx mengalami penurunan seiring waktu COD PLTU. Hal ini dikarenakan seiring waktu, teknologi pengendali emisi dan teknologi pembangkit yang digunakan semakin mutakhir. Penggunaan alat pengendali emisi dan teknologi boiler terbukti menurunkan emisi yang dihasilkan, sehingga penerapan teknologi yang lebih efisien harus dijadikan pertimbangan dalam pembangunan PLTU dimasa mendatang. Grafik dibawah ini menunjukkan tren emisi SOx, NOx pada tahun 2015 berdasarkan tahun COD PLTU di Jawa Bali:
Gambar 2. Produksi SOx dan NOx
Gambar 2 diatas menunjukkan seiring waktu COD PLTU, emisi SOx dan NOx mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan penggunaan teknologi yang lebih efisien dalam mengurangi emisi. Teknologi pengendali emisi yang digunakan PLTU sistem Jawa-Bali yaitu FGD (dengan air laut atau limestone slurry) dan coal blending untuk menurunkan SOx, sedangkan low NOx burner digunakan untuk menurunkan emisi NOx. Sedangkan Gambar 3 di bawah ini menunjukkan intensitas emisi SOx dan NOx pada PLTU Sistem Jawa-Bali.
Gambar 3. Intensitas Emisi SOx dan NOx pada PLTU Sistem Jawa-Bali
Perbedaan emisi yang dihasilkan dari PLTU dengan treatment yang berbeda dapat dilihat dari Gambar 4 di bawah. Dapat dilihat bahwa dengan menggunakan alat pengendali FGD, emisi SOx dapat diturunkan 70,83% dari emisi PLTU tanpa alat pengendali. Sedangkan treatment menggunakan coal blending menurunkan emisi 24,85% dari PLTU tanpa alat pengendali. Hal ini juga membuktikan bahwa saat ini, FGD menjadi treatment paling efektif dalam menurunkan emisi SOx. Sementara penggunaan low NOx burner menurunkan emisi NOx sebesar 67,53% dari PLTU tanpa pengendali.
Gambar 4. Perbandingan Treatment SOx NOx
Selain penggunaan teknologi pengendali emisi, penggunaan teknologi boiler super critical juga berpengaruh terhadap emisi yang dihasilkan. Dengan efisiensi yang lebih tinggi, penggunaan bahan bakar akan semakin berkurang yang pada akhirnya menurunkan emisi yang dihasilkan sebagai fungsi pemakaian batubara(Wang, 2010). Teknologi boiler super
critical terbukti mampu menurunkan emisi SOx dan NOx, bahkan PLTU super critical ini tanpa menggunakan alat pengendali
SOx atau FGD. Emisi yang dihasilkan turun 86,52% untuk SOx dan 35,94% untuk NOx dari PLTU sub critical. Perbedaan emisi yang dihasilkan dari PLTU sub critical dan super critical dapat dilihat pada gambar 5 di bawah ini.
Gambar 5. Perbedaan Emisi PLTU Sub Critical dan Super Critical
Saat ini PLTU yang menggunakan teknologi super critical masih sedikit yaitu PLTU Cirebon dan PLTU Paiton 3, sedangkan PLTU Ultra Super Critical (USC) baru akan beroperasi pada tahun 2019. Grafik di atas menunjukkan bahwa teknologi boiler pembangkit juga sangat berpengaruh mengurangi emisi disamping penggunaan alat pengendali emisi. Untuk selanjutnya teknologi ultra super critical (USC) yang sedang dibangun (PLTU Batang) diharapkan dapat menurunkan emisi secara signifikan dibanding teknologi konvensional.
Software LEAP digunakan untuk menunjukkan perbandingan penggunaan teknologi konvensional dengan penambahan PLTU ultra super critical (USC). Proyeksi ini dilakukan sampai tahun 2050 dengan pendekatan Engineering
Oriented Model yang menggunakan asumsi ekonomi makro seperti Gross Domestic Product (GDP) dan pertumbuhan
ekonomi, pertumbuhan populasi, kebutuhan energi masyarakat nasional serta skenario KEN yang telah ditetapkan pemerintah (LEAP, 2015). Perhitungan emisi berdasarkan Intergovermental Panel for Climate Change (IPCC) 2006 dari
Gambar 6. Proyeksi Emisi SOx dan NOx sampai tahun 2050
Grafik diatas menunjukkan perbedaan yang signifikan emisi SOx dan NOx yang dihasilkan apabila hanya menggunakan teknologi pembangkit konvensional sesuai skenario Bussiness as Usual (BAU) dengan panambahan PLTU USC sesuai skenario Kebijakan Energi Nasional (KEN). Perbedaan emisi SOx yaitu rentang 16,82% pada tahun 2019 sampai 78,88% pada tahun 2050 dengan rata-rata perbedaan 52,27% lebih kecil dari BAU. Sedangkan perbedaan emisi NOx yaitu rentang 15,22% pada tahun 2019 sampai 72,63% pada tahun 2050 dengan rata-rata perbedaaan 48,19% lebih kecil dari BAU. Penambahan PLTU ultra super critical pada tahun 2019 secara signifikan mengurangi emisi yang dihasilkan, padahal kapasitas PLTU USC hanya 4,68% dari kapasitas total pembangkit listrik batubara pada tahun 2019 dan 40,34% pada tahun 2050.
4. KESIMPULAN
Dapat disimpulkan bahwa dengan penggunaan alat pengendali emisi dan teknologi pembangkit yang lebih mutakhir, emisi SOx dan NOx dapat diturunkan. Hal ini dapat dijadikan pertimbangan dalam pemilihan teknologi untuk pembangunan pembangkit dimasa mendatang. Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik, pembangunan pembangkit diharapkan menggunakan boiler super atau ultra super critical dengan memasang alat pengendali baik SOx maupun NOx guna mengantisipasi pasokan batubara dengan kandungan sulfur yang bervariasi.
5. UCAPAN TERIMAKASIH
Terimakasih kepada PLTU Cirebon, PLTU Tanjung Jati B, PLTU Paiton 5&6, PLN Pusat dan Dirjen Ketenagalistrikan Kementerian ESDM serta pihak-pihak yang telah membantu dalam penyediaan data dan penyusunan tulisan ini.
6. DAFTAR PUSTAKA
Cahyadi. 2011. Kajian Teknis Pembangkit Listrik Berbahan Bakar Fossil. JITE Vol. 1 No. 12 Edisi Februari 2011 : 21-32 Dewayana, K. 2014. Proyeksi Kebutuhan dan Penyediaan Energi Listrik di Jawa Tengah Menggunakan Perangkat Lunak
LEAP. Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. Semarang.
Direktorat Jenderal Ketenagalistrikan Kementeriam ESDM. 2016. Statistik Ketenagalistrikan 2015. Kementerian ESDM International Energy Agency (IEA). 2014. Electric power consumption (kWh per capita)
IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change. (1996). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Vol 3:
Reference Manual. Intergovernmental Panel on Climate Change. Genewa Swiss.
LEAP, Long-range Energy Alternatives Planning System. 2005. User Guide for LEAP 2005. Stockholm Environment Institute (SEI). Boston Center, Tellus Institute. USA.
Manyam, KNS & Shah A. (2015). Study of Sub Critical, Super Critical and Ultra Super Critical Thermal Power Plant. International Journal of Advance Engineering and Research Development.Vol2 p-ISSN(P): 2348-6406
Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No. 21 Tahun 2008 tentang Baku Mutu Emisi Sumber Tidak Bergerak Bagi Usaha dan/atau Kegiatan Pembangkit Tenaga Listrik Termal
Peraturan Pemerintah No.79 Tahun 2014 tentang Kebijakan Energi Nasional
Wang, X. dkk. 2010. Experimental Study on Boiler Performance and NOx Emission for Coal-Fired Boilers of High Capacity. The Second China Energy Scientist Forum
TANYA JAWAB :
1. Dr. Ing. Sudarno, ST, MSC (Prodi Teknik Lingkungan UNDIP)
Kemajuan negara bisa dilihat dari intensitas energi. Bagaimana menurut Anda? Jawaban :
Elastisitas energi adalah perbandingan laju pertumbuhan konsumsi energi terhadap laju ekonomi. Laju pertumbuhan konsumsi energi ini yang diformulasikan menjadi konsumsi energi per kapita (kwh per kapita). Angka elastisitas dijaga agar dengan naiknya konsumsi energi perkapita diharapkan laju ekonomi (GDP) naik pula sehingga negara semakin maju.
2. Ir. Ahmad Gusyairi (BPPT)
Untuk mendapatkan emisi SOx yang rendah, berapa kandungan sulfur dalam batubara yang boleh digunakan? Jawaban :
Kandungan sulfur dalam batubara untuk tiap PLTU di Indonesia berbeda-beda, untuk menghasilkan emisi dibawah baku mutu (750mg/Nm3) dengan kondisi tanpa alat pengendali (SOx removal) kandungan sulfur maksimal 0,15 % berat (PLTU Cirebon – Super critical boiler). Bagi PLTU yang memiliki unit SOx removal, kandungan maksimum sulfur 0,8 – 1,0% berat, karena meskipun efisiensi SOx removal dapat mencapai 80% lebih kalau kandungan sulfur terlalu tinggi akan menyebabkan performa SOx removal cepat turun dan menyebabkan carry over material sulfur.
