ii
MAKALAH MAKALAH
EFISIENSI DARI PEMBANGKIT LISTRIK
EFISIENSI DARI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
TENAGA
UAP (PLTU)
UAP (PLTU)
Untuk Memenuhi Persyaratan Tugas Mata Kuliah Manajemen Energi Progam Untuk Memenuhi Persyaratan Tugas Mata Kuliah Manajemen Energi Progam
Studi Teknik Elektro Studi Teknik Elektro
Disusun oleh : Disusun oleh : Agung Prasetyo Agung Prasetyo 141220000017 141220000017 Dosen Pengampu : Dosen Pengampu : Zaenal Arifin S.T., M.T. Zaenal Arifin S.T., M.T.
TEKNIK ELEKTRO
TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NAHDLATUL ULAMA
UNIVERSITAS ISLAM NAHDLATUL ULAMA
JEPARA
JEPARA
2016
2016
ii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i DAFTAR ISI ... ii BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Tujuan ... 2 1.3. Rumusan Masalah ... 2 BAB II PEMBAHASAN ... 3 2.1. Dasar Teori ... 3 2.2. Perhitungan Efisiensi ... 5 BAB III KESIMPULAN ... 8 DAFTAR PUSTAKA ... 91
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sejalan dengan berlangsungnya waktu, sumber daya manusia yang terus bertambah ini akan menyebabkan suatu peristiwa kebutuhan sumber daya alam yang semakin meningkat. Salah satu dari kebutuhan yang sangat penting di dunia ini adalah sumber energi listrik. Kebutuhan energi listrik semakin meningkat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, maka dari itu selain dengan pembangunan bidang kelistrikan yang harus dapat mengimbangi kebutuhan masyarakat juga wajib untuk pemanfaatan listrik secara efisien, baik dari segi penggunaan maupun proses pembangkitan energi listrik itu sendiri.
Di negara Indonesia sedang dalam proses pemenuhan kebutuhan dari pasokan listrik, sehingga para ilmuwan dan pihak pemerintah sedang menjalankan suatu solusi dimana akan memilih Pembangkit Listrik yang mempunyai nilai efisiensi tinggi guna untuk menghemat bahan bakar dan keuntungan ekonomis. Dalam pembangkitan energi listrik baik dari energi terbarukan maupun tak terbarukan harus memenuhi falsafah tiga E, yaitu Energi, Ekologi dan Ekonomi. Artinya di dalam disain, pemilihan lokasi, pembangunan dan pengoperasian pembangkit listrik harus dapat dibangkitkan energi yang besar dengan efisiensi yang tinggi, pembangunan maupun pengoperasiannya harus ekonomis atau murah, serta concern terhadap lingkungan yaitu mempunyai tingkat pencemaran terhadap lingkungan rendah. Tuntutan bahwa pembangkit harus mempunyai efisiensi daya yang besar mengakibatkan faktor efisiensi merupakan hal yang sangat penting dan selalu menjadi pembahasan utama di dalan setiap pembangkit
listrik. Hampir semua energi listrik yang dibangkitkan dalam skala besar di Indonesia dihasilkan melalui siklus uap. Uap dihasilkan dari pemanasan air di dalam boiler yang selanjutnya dipakai untuk memutar turbin generator sehingga dihasilkan listrik. Dalam pembangkit konvensional (non nuklir) panas diperoleh dengan membakar bahan bakar fosil seperti minyak, gas
2
dan batu bara. Efisiensi suatu PLTU biasanya sekitar 25 sampai 50%. Oleh sebab itu, banyak orang mengatakan bahwa PLTU mempunyai efisiensi yang rendah dan sebisa mungkin harus diganti dengan yang lebih baik. Akan tetapi sebenarnya pendapat ini ternyata tidak seratus persen benar. Oleh karena itu, dalam bab selanjutnya akan dibahas mengenai Keefisiennan suatu Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).
1.2. Tujuan
a. Meningkatkan pengetahuan tentang efisiensi suatu pembangkit PLTU, b. Menambah cara berfikir mahasiswa untuk menganalisis suatu
permasalahan.
c. Memperhitungkan untuk kedepannya efisiensi PLTU semakin bertambah besar.
1.3. Rumusan Masalah
Dalam penulisan makalah ini ada beberapa permasalahan yang perlu dibahas antara lain:
a. Bagaimana cara menghitung efisiensi di PLTU?
b. Apa yang menyebabkan PLTU efisiensinya lebih kecil dibanding Pembangkit lain?
c. Mengapa cara siklus Rankine tidak dapat diterapkan secara langsung pada PLTU?
3
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Dasar Teori
Perhitungan efisiensi dengan menggunakan siklus Rankine dimana efisiensi suatu pusat pembangkit listrik didefinisikan sebagai berikut:
()
()
Definisi ini berlaku untuk pembangkit apa saja. Sepertinya penggunaan rumus efisiensi ini sangat sederhana, tetapi dalam praktek ternyata ada beberapa masalah yang dihadapi. Masalah pertama, suatu pusat pembangkit memerlukan energi listrik dalam operasinya. Jika kita menggunakan energi listrik yang dihasilkan generator maka efisiensinya disebut efisiensi kotor ( gross efficiency). Jika dikurangi dengan energi listrik yang dipakai dalam pembangkit, efisiensi yang didapat disebut efiensi bersih (net efficiency).
Masalah kedua adalah menentukan energi masuk yang dipakai dalam perhitungan efisiensi. Pada pembangkit batu bara, banyak orang menggunakan kandungan energi kimia dari batu bara (kandungan energi yang bisa dikonversikan menjadi energi panas) yang bisa dibakar yang selanjutnya dikonversikan menjadi energi mekanik dan akhirnya menjadi energi listrik. Bagaimana jika batu baranya mengandung banyak air sehingga perlu banyak energi untuk mengeringkannya? Dalam kasus ini, besarnya panas yang bisa diubah menjadi energi listrik menjadi lebih kecil dibanding kandungan energi kimianya. Demikian pula jika proses pembakarannya tidak sempurna sehingga masih banyak energi yang
tersimpan di abu dan ikut terbang bersama gas buang. Untuk pembangkit nuklir, energi masuk biasanya adalah panas yang dihasilkan di reaktor.
Perhitungan efisiensi dengan menggunakan siklus Rankine ideal seperti yang telah dijelaskan tersebut di atas tidak dapat diterapkan secara langsung pada PLTU yang sebenarnya. Hal ini disebabkan karena :
4
1. Pengembangan siklus untuk perbaikan efisiensi ( superheat, reheat dan regeneratif ) dilakukan secara sendirisendiri atau terpisah satu sama lain. Padahal kenyataannya siklus PLTU sebenarnya yang ada di lapangan merupakann gabungan dari beberapa sistem.
2. Rugi-rugi yang ada di dalam siklus belum diperhitungkan. Misalnya rugi tekanan karena geseskan fluida kerja dengan pipa, termasuk pipa- pipa di dalam boiler, rugi hilang panas melalui dinding pipa, rugi pada gesekan dan kebocoran pada turbin, rugi pada pompa, rugi pada kondensor dan lainlain.
Dengan kenyataan tersebut di atas, maka efisiensi yang dihitung dengan menggunakan siklus Rankine ideal akan lebih besar dari efisiensi sistem yang sebenarnya. Perhitungan yang lengkap harus memperhitungankan semua alat bantu atau tambahan (auxiliary), ketidakidealan dari turbin, pompa-pompa, faktor gesekan fluida, faktor perpindahan kalor, faktor pembebanan dan sebagainya. Untuk itu perhitungan efisiensi suatu PLTU dihitung dengan cara lain yaitu dengan menggunakan metode heat rate (HR) atau laju kalor. HR didefinisikan sebagai besarnya kalor (Kcal) yang dibutuhkan untuk menghasilkan energi listrik sebesar satu KWH. Dalam PLTU, HR dapat berupa HR turbin maupun HR untuk seluruh sistem atau plant. Efisiensi kotor dihitung dari HR pada turbin generator, sedangkan
efisiensi bersih dari sistem atau seluruh plant dihitung dari daya keluar bersih dikurangi dengan seluruh daya yang digunakan untuk sistem bantu. Dengan definisi tersebut maka besarnya HR untuk turbin generator (THR ) adalah :
(
⁄
)
()
()
()
()
5
Dengan :
H : Q x h (kcal)
Q : Jumlah uap yang dipakai(kg/jam) h : entalpi dari uap (kcal/kg)
Efisiensi merupakan kebalikan dari HR, artinya semakin rendah HR semakain besar efisiensinya, sehingga
⁄
. Bila satuan energi panas (H) dalam BTU maka
⁄
, sedangkan apabila H dalam Kcal, maka
⁄
.Sedangkan HR dari plant adalah :
(
)
()
Dengan
adalah seluruh daya untuk keperluan alat bantu, dan
adalah efisiensi boiler. Besarnya efisiensi plant
adalah :
()
2.2. Perhitungan Efisiensi
Siklus termal PLTU minyak, gas dan batu bara pada prinsipnya adalah sama sehinga proses penaikan efisiensinya juga dilakukan dengan cara yang sama yaitu superheat, reheat dan regeneratif . Secara umum efisiensi dari PLTU adalah sekitar 35 %, sehingga sisanya sebesar 65 % terbuang sebagai polusi. Untuk menghitung efisiensi sebenarnya dari suatu plant instalasi pembangkit daya, berikut diberikan ilustrasi perhitungan efisiensi menggunakan metode HR. Contoh yang diambil adalah PLTU batu bara Suralaya dengan POG sebesar 50 MW listrik, yang diketahui bahwa pada suatu plant pembangkit daya terdapat banyak sekali peralatan tambahan, sehinga untuk menghitung efisiensinya tidak mudah. Dalam hal ini dihitung
atau efisiensi plant , melalui metode HR pada turbin atau (THR ) yang besarnya adalah :6
*
+( )
⁄
()
Dengan :
HT: energi panas masuk ke turbin
HB: energi panas yang telah terpakai dan kembali ke turbin HH: energi panas yang digunakan untuk heater
HS: energi panas yang ilang untuk pengaturan suhu uap masuk ke turbin HM: energi panas yang ditambahkan dari make up water
Energi panas H = Q x h dapat dihitung apabila diketahui suhu dan tekanan uap pada masingmasing peralatan sehingga dengan menggunakan tabel uap dapat diketahui besarnya entalpi (h). Maka nilai H dapat dicari dengan cara berikut :
( )
Jadi,
Karena POG adalah 50 MW, maka seperti persamaan 2.2 :
( )
⁄
()
7
Besarnya efisiensi turbin adalah :
Untuk menghitung besarnya PHR dari plant menurut rumus persamaaan 3 harus diketahui daya total yang digunakan untuk sistem bantu Paux dan efisiensi boiler.B yang masingmasing besarnya juga sangat tergantung dari sistem. Dalam hal ini diambil auxiliary power ratio ( Paux) sebesar 0,9 % seperti yang di asumsikan pada PLTGU. Sedangkan besarnya efisiensi boiler diambil sebesar 87,33 % seperti yang digaransi oleh PLTU Suralaya.
Dengan demikian maka menurut persamaan 2.3 :
(
)
(
)
Dan akhirnya efisiensi dari plant adalah :
8
BAB III
KESIMPULAN
Dari perhitungan dan pembahasan yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Perhitungan efisiensi suatu plant pembangkit listrik tidak mudah karena sangat tergantung dari keadaan dan peralatan dari pembangkit tersebut, sehingga perhitungan hanya dimungkinkan dengan metode heat rate (HR) atau laju kalor.
2.
Peningkatan efisiensi pada PLTU konvesional dilakukan dengan pengolahan uap yaitu proses superheat , reheat dan regeneratif . Disamping itu dapat juga dilakukan dengan pemanfaatan uap panas yang lebih optimal seperti pada PLTU Suralaya.
3.
Dari penjelasan bab sebelumnya dapat diketahui PLTU Suralaya nilai efesiensi turbin (T) sebesar
dan efesiensi dari pembangkit sebesar
.9
DAFTAR PUSTAKA
[1] Purwanto. Agustus 2009. “Perbandingan Perhitungan Efisiensi antara PLTU Konvensional dan PLTN”, Diklat Teknologi dan Perencanaan Energi, Pusat Pendidikan dan Latihan, Badan Tenaga Atom Nasional.
[2] Subaryadi dan Tarigan, G. M. Oktober 1988. “PLTU Minyak & Gas“, Diklat Teknologi dan Perencanaan Energi, Pusat Pendidikan dan Latihan, Badan Tenaga Atom Nasional.
[3] M. Eiwakil, Mohammad. 1992. Instalasi Pembangkit Daya, Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
[4] Purwanto. Oktober 1988. “Uraian Umum Pusat Listr ik Tenaga Uap (PLTU) Batu Bara”. Yogyakarta: Diklat Teknologi dan Perencanaan Energi, Pusat Pendidikan dan Latihan, Badan Tenaga Atom Nasional.
