2.1. Kajian Terdahulu
Berdasarkan hasil perhitungan, didapatkan perbandingan pengukuran dan model least square didapatkan error antara 0,001 – 8,22 %, sehingga metode tersebut dapat mewakili sistem. Pada grafik yang cenderung berbentuk eksponensial dapat didekati dengan model linier sebagian – sebagian. Konsumsi spesifik bahan bakar semakin menurun seiring dengan penambahan beban/ daya yang dibangkitkan. Dari perhitungan didapatkan, konsumsi bahan bakar bruto dan netto saat beban 80 MW adalah 0,28196667 liter/ kWh dan 0,30307647 liter/ kWh. Sebaliknya, saat beban 140 MW adalah 0,25578946 liter/ kWh dan 0,27050424 liter/ kWh.
Semakin besar daya yang dibangkitkan maka efisiensi termal semakin besar. Sebaliknya, tara kalor (heatrate) semakin menurun. Dari perhitungan didapatkan efisiensi termal bruto dan netto terbesar adalah 36,01 % dan 34,06 % saat beban 140 MW. Sedangkan, efisiensi termal bruto dan netto terkecil adalah 32,67 % dan 30,398 % saat beban 80 MW. Semakin besar daya yang dibangkitkan pembangkit, maka besarnya biaya penghematan dengan cara pergantian bahan bakar semakin besar. Biaya operasi bahan bakar terkecil per tahun adalah bahan bakar LNG.
2.2 Kajian Teori A. Siklus Rankine
Siklus Rankine adalah sebuah siklus yang mengkonversi energi panas menjadi kerja / energi gerak. Dikembangkan oleh William John Macquorn Rankine pada abad ke-19 dan sejak saat itu banyak diaplikasikan pada mesin-mesin uap. Saat ini, siklus rankine digunakan pada pembangkit-pembangkit listrik dan memproduksi 90% listrik dunia.
Gambar 2.1 Siklus Rankine
Gambar 2.2 Diagram Temperatur-Entalpi
Air menjadi fluida kerja siklus rankine dan mengalami siklus tertutup
(close-loop cycle) artinya secara konstan air pada akhir proses siklus masuk kembali
ke proses awal siklus. Pada siklus rankine, air ini mengalami empat proses sesuai dengan gambar di atas, yaitu:
1. Proses C-D: Fluida kerja / air dipompa dari tekanan rendah ke tinggi, dan pada proses ini fluida kerja masih berfase cair sehingga pompa tidak
proses kompresi-isentropik karena saat dipompa, secara ideal tidak ada perubahan entropi yang terjadi.
2. Proses D-F: Air bertekanan tinggi tersebut masuk ke boiler untuk mengalami proses selanjutnya, yaitu dipanaskan secara isobarik (tekanan konstan). Sumber panas didapatkan dari luar seperti pembakaran batubara, solar, atau juga reaksi nuklir. Di boiler air mengalami perubahan fase dari cair, campuran cair dan uap, serta 100% uap kering.
3. Proses F-G: Proses ini terjadi pada turbin uap. Uap air kering dari boiler masuk ke turbin dan mengalami proses ekspansi secara isentropik. Energi yang tersimpan di dalam uap air dikonversi menjadi energi gerak pada turbin.
4. Proses G-C: Uap air yang keluar dari turbin uap masuk ke kondensordan mengalami kondensasi secara isobarik. Uap air diubah fasenya menjadi cair kembali sehingga dapat digunakan kembali pada proses siklus.
Gambaran siklus melalui diagram T-S di atas adalah siklus rankine yang paling dasar dan sederhana. Pada penggunaannya ada beberapa modifikasi proses sehingga didapatkan efisiensi termal total yang lebih tinggi. Seperti penggunaan preheater atau pemanasan awal sebelum masuk boiler, dan juga penggunaan pemanasan ulang uap air yang keluar dari turbin pertama (high
pressure turbine) sehingga dapat digunakan lagi untuk masuk ke turbin
kedua (intermediate pressure turbine). Untuk lebih mudah memahaminya dapat kita lihat skema prosesnya pada gambar di bawah ini.
Pada gambaran di atas, air kondensat yang dipompa oleh pompa ekstraksi kondensat dari kondensor menuju ke deaerator/Feed Water Tank mengalami proses preheating. Dan air yang dipompa oleh Feed Water Pump dari Feed Water Tank menuju boiler juga melewati preheater.
Sumber panas yang digunakan oleh preheater tersebut berasal dari extraction steam yang diambil dari turbin uap pada
stage-stage tertentu.
Gambar 2.4 Diagram Temperatur-Entropi Untuk Modifikasi Siklus Rankine
Selain itu perbedaan yang lain dengan siklus rankine konvensional adalah adanya pemanasan kembali uap air yang keluar dari turbin pertama (High
Pressure Turbine) oleh boiler reheater untuk kembali mendapatkan fase
superheater dan hasilnya kembali dimasukkan ke turbin kedua (Intermediate Pressure Turbine).
Selain itu juga ada sistem bypass uap air untuk tidak dilewatkan ke turbin uap. Uap superheater yang keluar dari boiler tidak masuk ke turbin dan
di-boiler reheater di-bypass untuk masuk langsung ke kondensor. Fungsi dari sistem bypass ini adalah sebagai sistem proteksi apabila terjadi suatu masalah di siklus rankine tersebut sehingga dapat terhindar dari kerusakan yang parah. Dan juga digunakan pada saat proses penyalaan awal sistem siklus tersebut dan jua proses mematikannya.
B. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU)
Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) adalah pembangkit yang mengandalkan energikinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik.Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang dihubungkan ke turbinyang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering. Pembangkit listrik tenaga uapmenggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta MFOuntuk start up awal.
PLTU batubara, bahan bakar yang digunakan adalah batubara uap yang ter
-diri dari kelas sub bituminus danbituminus. Lignit juga mulai mendapat te-mpat sebagai bahan bakar pada PLTU belakangan ini, seiringdengan perke
-mbangan teknologi pembangkitan yang mampu mengakomodasi batubara berkualitas rendah.
Gamabar 2.5 skema PLTU bahan bakar batubara Pembakaran Lapisan Tetap
Metode lapisan tetap menggunakan stoker boiler untuk proses pembakarannya. Sebagai
bahan bakarnya adalah batubara dengan kadar abu yang tidak terlalu rendah dan berukuran maksimum sekitar 30mm. Selain itu, karena adanya pembatasan sebaran ukuran butiran batubara yang digunakan, maka perlu dilakukan pengurangan jumlah fine coal yang ikut tercampur ke dalam batubara tersebut.
Alasan tidak digunakannya batubara dengan kadar abu yang terlalu rendah adalah karena pada metode pembakaran ini, batubara dibakar di
atas lapisan abu tebal yang terbentuk di atas kisi api (traveling fire grate) pada stoker boiler.
Gambar 2.6 Stoker Boiler
Peningkatan efisiensi panas
Untuk lebih meningkatkan efisiensi panas, unit gasifikasi sebagian (partial gasifier) yang menggunakan teknologi gasifikasi lapisan mengambang (fluidized bed gasification) kemudian ditambahkan pada unit PFBC. Dengan kombinasi teknologi gasifikasi ini maka upaya peningkatan suhu gas pada pintu masuk (inlet) turbin gas memungkinkan untuk dilakukan.
Pada proses gasifikasi di partial gasifier tersebut, konversi karbon yang dicapai adalah sekitar 85%. Nilai ini dapat ditingkatkan menjadi 100% melalui kombinasi dengan pengoksidasi (oxidizer). Pengembangan lebih lanjut dari PFBC ini dinamakan dengan Advanced PFBC (A-PFBC), yang prinsip kerjanya ditampilkan pada gambar 10 di bawah ini. Efisiensi netto pembangkitan (net efficiency) yang dihasilkan pada A-PFBC ini sangat tinggi, dapat mencapai 46%.
Gambar 2.7 Prinsip kerja A-PFBC
C. Perhitungan Prakiraan Efisiensi Biaya Bahan Bakar PLTU Berbagai Bahan Bakar
Langkah – langkah untuk menghitung prakiraan efisiensi biaya bahan bakar PLTU berbagai bahan bakar adalah sebagai berikut:
Langkah pertama adalah menentukan entalpi air umpan masuk ekonomizer
(eco-inlet) dan entalpi uap panas lanjut keluar superheater. Nilai entalpi
keduanya dapat dicari menggunakan program ChemicalLogic SteamTab Companion dengan cara memasukkan parameter tekanan (dalam bar) dan suhu (dalam derajat celcius). Dengan menggunakan program ini, akan didapatkan entalpi dalam satuan kJ/ kg. Untuk keperluan perhitungan maka dilakukan konversi ke satuan kKal/ kg (catatan: 1 kJ = 0.2388 kKal).
Langkah kedua adalah menghitung jumlah kebutuhan kalor dengan menggunakan persamaan:
Efisiensi boiler didefinisikan sebagai perbandingan antara laju energi yang dibutuhkan air menjadi uap panas lanjut (superheated) dengan laju aliran energi bahan bakar.
Persamaan efisiensi boiler (pemanas) adalah:
η= kalor output x100 % kalor input
η Boiler = Quap Qbahan bakar Dimana : Quap = m x ∆h Maka ,
Dimana
:
Qbahan
bakar
: jumlah kebutuhan kalor (dalam kKal/
muap
jam)
: laju aliran massa uap (dalam kg/ jam)
hsup
erheater : entalpi spesifik superheater (dalam
kKal/ kg)
hair umpan masuk : entalpi spesifik air umpan masuk eco-
ηboil
er
inle
t (dalam kKal/kg)
: efisiensi boiler (dalam persen, %)
langkah selanjutnya adalah laju aliran massa bahan bakar:
o Qbahanbak ar m = (7) Dimana: LHVbahan bakar 0
: laju aliran massa bahan bakar (kg/jam)
m
Qbahan bakar : jumlah kebutuhan kalor (dalam kKal/jam) D. Metode Least Square
Metode Least Square menyatakan bahwa “ Jumlah kuadrat selisih dari nilai sebenarnya dengan nilai yang terhitung, dikalikan
merupakan metode estimasi parameter sistem yang meminimumkan fungsi kriteria, jumlah kuadrat kesalahan prediksi least square criterion ) adalah sebagai berikut:
Dimana :
dengan ε (t) : error/ kesalahan output y(j) : input sistem
y( j) : output sistem
Formula estimator least square diatas dapat dituliskan sebagai berikut:
Estimator parameter yang telah diturunkan diatas, lebih dikenal sebagai estimator banch.
Dimana untuk estimasi parameter pada saat t, θ t, diperlukan informasi yang meliputi sinyal pengukuran input-output.
