A. Proses Pembangkitan Listrik Tenaga Angin
Suatu pembangkit listrik dari energi angin merupakan hasil dari penggabungan dari bebrapa turbin angin sehingga akhirnya dapat menghasilkan listrik.
listrik dengan kincir angin adalah sebagai berikut :
Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan didistribusikan ke rumah-rumah, kantor, sekolah, dan sebagainya.
Turbin untuk pemakaian umum berukuran 50-750 kilowatt. Sebuah turbin kecil,
kapasitas 50 kilowatt, digunakan untuk perumahan, piringan parabola, atau pemompaan air.
B. Proses Pembangkitan Listrik Tenaga Surya
Pembangkit listrik panas matahari menghasilkan listrik secara tidak langsung. Panas dari sinar matahari dikumpulkan dan digunakan untuk memanaskan cairan. Uap yang dihasilkan dari fluida dipanaskan generator yang menghasilkan listrik. Ini mirip dengan cara pembakaran bahan bakar fosil-pembangkit listrik bekerja kecuali uap yang dihasilkan oleh panas yang dikumpulkan bukan dari pembakaran bahan bakar fosil.
Sistem Energi Surya
Ada dua jenis sistem energi surya: pasif dan aktif. Sistem pasif tidak memerlukan peralatan, seperti ketika panas menumpuk di dalam mobil ketikadiparkir di bawah sinar matahari. Sedangkan sistem yang aktif memerlukan beberapa cara untuk menyerap dan mengumpulkan radiasi matahari dan kemudian menyimpannya.
Pembangkit listrik termal tenaga surya adalah sistem aktif. Ada beberapa kesamaan dasar dari beberapa jenis pembangkit tenaga surya yakni: Cermin memantulkan dan mengkonsentrasikan sinar matahari, dan penerima mengumpulkan energi matahari serta mengubahnya menjadi energi panas. Sebuah generator kemudian digunakan untuk menghasilkan listrik dari
Beberapa Bentuk Panel Surya: C.
Pembangkit tenaga Surya Berbentuk Parabola, sumber gambar:www.solarthermalmagazine.com
Pembangkit Tenaga Surya berbentuk Setengah Pipa, sumber gambar: www.solarthermalmagazine.com F. Jenis yang paling umum dari pembangkit listrik panas matahari, termasuk pembangkit di Gurun Mojave California, menggunakan desain berbentuk parabola untuk mengumpulkan radiasi matahari. Kolektor ini dikenal sebagai sistem konsentrator linear, dan terbesar mampu menghasilkan 80 megawatt listrik.
G.
Diagram Prinsip Kerja Sistem Tenaga Surya, sumber gambar: www.pre.ethz.ch I. #1. Cermin
J.
K. Cermin dibentuk seperti setengah pipa dan linear, berbentuk reflektor parabola ditutupi dengan lebih dari 900.000 cermin dari utara-selatan secara sejajar dan mempunyai poros putaran mengikuti matahari ketika bergerak dari timur ke barat di siang hari.
L.
M. Karena bentuknya, jenis pembangkit ini bisa mencapai suhu operasi sekitar 750 derajat F (400 derajat C), mengkonsentrasikan sinar matahari pada 30 sampai 100 kali intensitas normal perpindahan panas-cairan atau air/uap pipa. Cairan panas yang digunakan untuk menghasilkan uap, dan uap kemudian memutarkan turbin sebagai generator untuk menghasilkan listrik.
N.
O. #2. Menara/Tower P.
Menara listrik bergantung pada ribuan heliostats, yang besar, cermin datar matahari sebagai pelacakan, untuk fokus dan mengkonsentrasikan radiasi matahari ke penerima menara tunggal. Seperti halnya pada palung cermin parabola, transfer cairan panas atau uap dipanaskan dalam receiver (menara yang mampu mengkonsentrasikan energi matahari sebanyak 1.500 kali), kemudian diubah menjadi uap dan digunakan untuk
menghasilkan listrik dengan turbin dan Generator.
Desain menara listrik masih dalam pengembangan, akan tetapi suatu hari nanti bisa direalisasikan sebagai pembangkit listrik grid-connected memproduksi sekitar 200 megawatt listrik per tower.
Q.
R. Dibandingkan cermin parabola dan menara listrik, sistem mesin adalah produsen kecil (sekitar 3 sampai 25 kilowatt). Ada dua komponen utama: konsentrator surya dan unit konversi daya (mesin / genset). Mesin ini menunjuk dan melacak matahari dan mengumpulkan energi matahari,sserta mampu mengkonsentrasikan energi sekitar 2.000 kali. S.
T. Sebuah penerima termal, serangkaian tabung diisi dengan cairan pendingin (seperti hidrogen atau helium), berada di antara piring dan mesin. Hal ini bertujuan untuk menyerap energi surya terkonsentrasi dari piringan, kemudian mengkonversi panas dan mengirimkan panas ke mesin di mana berubah menjadi listrik.
U.
V. Penyimpanan Energi Panas
Sistem panas matahari adalah solusi energi terbarukan yang menjanjikan karena matahari adalah sumber daya yang melimpah. Kecuali dimalam hari. Atau saat matahari terhalang oleh awan. Sistem penyimpanan energi panas tekanan tinggi pada tangki penyimpanan cairan digunakan bersama dengan sistem panas matahari untuk memungkinkan pembangkit menyimpan energi potensial listrik. Penyimpanan off-peak adalah komponen penting untuk efektivitas pembangkit listrik panas matahari. Tiga teknologi TES (Thermal Energy Storage) primer telah diuji sejak 1980-an ketika pembangkit listrik termal pertama dibangun dengan sistem langsung dua-tangki, sistem tidak langsung
dua-tank dansistem termoklin tunggal-tank.
Dalam sistem langsung dua-tangki, energi panas matahari disimpan tepat di tempat yang sama dengan transfer cairan panas yang dikumpulkan. Cairan ini dibagi menjadi dua tank, satu tangki penyimpanan pada suhu rendah dan yang lain pada suhu tinggi.
W.
X. Cairan yang disimpan dalam tangki suhu rendah berjalan melalui kolektor surya pembangkit listrik di mana dipanaskan dan dikirim ke tangki suhu tinggi. Cairan disimpan pada suhu tinggi dikirim melalui penukar panas yang menghasilkan uap, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan listrik di generator. Dan setelah melalui penukar panas, cairan kemudian
kembali ke tangki suhu rendah.
Sebuah sistem tidak langsung dua-tangki berfungsi pada dasarnya sama dengan sistem langsung kecuali bekerja dengan berbagai jenis transfer panas cairan, biasanya dengan harga yang mahal atau tidak dimaksudkan untuk digunakan sebagai cairan penyimpanan. Untuk mengatasi hal ini, sistem tidak langsung melewati cairan suhu rendah melalui penukar panas tambahan.
Berbeda dengan sistem dua tangki, sistem termoklin tunggal-tank menyimpan energi panas sebagai padatan, biasanya berbentuk pasir silika. Di dalam sebuah tangki tunggal, bagian padat disimpan dari suhu rendah ke suhu tinggi, dalam gradien suhu, tergantung pada aliran cairan.
Z. Untuk tujuan penyimpanan, transfer cairan panas mengalir ke bagian atas tangki dan mendingin karena perjalanan ke bawah, keluar sebagai cairan suhu rendah. Untuk menghasilkan uap dan menghasilkan listrik, proses dibalik.
Sistem panas matahari yang menggunakan minyak mineral atau garam cair sebagai media transfer panas yang utama untuk TES, tapi sayangnya tanpa penelitian lebih lanjut, sistem yang berjalan di atas air/uap tidak dapat menyimpan energi panas.
Ide menggunakan bahan massa termal - bahan yang memiliki kapasitas untuk menyimpan panas - untuk menyimpan energi surya berlaku untuk lebih dari sekedar surya skala besar pembangkit listrik termal dan fasilitas penyimpanan. Idenya dapat bekerja dalam sesuatu yang lebih sederhana
seperti rumah kaca.
sumber daya lain) untuk daya pompa.
Cara Kerja Rumah Kaca Panas surya:
Dalam satu skenario, udara yang mengumpul di puncak atap rumah kaca ditarik melalui pipa dan di bawahlantai. Pada siang hari, udara ini panas dan menghangatkan tanah. Pada malam hari, udara dingin ditarik ke dalam pipa. Tanah hangat memanaskan udara dingin, yang pada gilirannya memanaskan rumah kaca. Atau, air kadang-kadang digunakan sebagai media transfer panas. Air dikumpulkan dan solar dipanaskan dalamtangki penyimpanan eksternal dan kemudian dipompa melalui pipa-pipa untuk menghangatkan rumah kaca.
# Cerobong Asap Tenaga Surya
Sama seperti rumah kaca panas matahari, cara untuk menerapkan teknologi panas matahari untuk kebutuhansehari-hari digunakan pula
untuk cerobong asap panas
matahari, atau cerobong termal yang memanfaatkanbahan massa termal.
Keuntungan & Kerugian Penggunaan energi surya
Keunggulan Panel Surya:
* Panel surya ramah lingkungan dan tidak memberikan kontribusi terhadap perubahan iklim seperti pada kasus penggunaan bahan bakar fosil karena panel surya tidak memancarkan gas rumah kaca yang berbahaya seperti karbon dioksida.
* Panel surya memanfaatkan energi matahari dan matahari adalah bentuk energi paling berlimpah yang tersedia di planet kita.
* Panel surya mudah dipasang dan memiliki biaya pemeliharaan yang sangat rendah karena tidak ada bagian yang bergerak. Panel surya tidak memberikan kontribusi terhadap polusi suara dan bekerja dengan sangat diam. Banyak negara di seluruh dunia menawarkan insentif yang menguntungkan bagi pemilik rumah yang
harus bersaing dengan bahan bakar fosil. Tidak diharuskan membeli semua panel surya yang diperlukan dalam waktu yang sama, tetapi dapat dibeli
secara bertahap yang berarti Anda tidak perlu melakukan investasi besar secara instan. Panel surya tidak kehilangan . banyak efisiensi dalam masa pakai mereka yang mencapai 20+ tahun.
* Masa pakainya yang panjang, mecapai 25-30 tahun, menggaransi penggunanya akan menghemat biaya energi dalam jangka panjang pula.
Kelemahan Panel Surya:
* Panel surya masih relatif mahal, bahkan meskipun setelah banyak mengalami penurunan harga. Harga panel rumah sedang saat ini sekitar Rp.200.000 – Rp.4.000.000/unit
* Panel surya masih perlu meningkatkan efisiensi secara signifikan karena banyak sinar matahari terbuang sia-sia dan berubah menjadi panas. Rata- rata panel surya saat ini mencapai efisiensi kurang dari 20%.
* Jika tidak terpasang dengan baik dapat terjadi over- heating pada panel surya. Panel surya terbuat dari beberapa bahan yang tidak ramah lingkungan.
* Daur ulang panel surya yang tak terpakai lagi dapat menyebabkan kerusakan lingkungan jika tidak dilakukan dengan hati-hati karena
silikon, selenium, kadmium . dan sulfur heksafluorida (merupakan gas rumah kaca), kesemuanya dapat ditemukan di panel surya dan bisa menjadi sumber pencemaran selama proses daur ulang
C. Pembangkit Listrik Energi Air
Gb 1. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air
Air sebagai bahan baku PLTA dapat diperoleh dari sungai secara langsung disalurkan untuk memutar turbin, atau dengan cara ditampung dahulu (bersamaan dengan air hujan) dengan menggunakan kolam tando atau waduk sebelum disalurkan untuk memutar turbin.
Daya listrik yang dibangkitkan dapat dihitung menggunakan pendekatan rumus :
P = 9,8 Q X H X ή t x ή g ( kW ) Dimana :
P = Daya yang dihasilkan (kW)
Q = Debit air dalam (m3/detik) H = Tinggi terjun (m)
ή t = Efisiensi turbin (%)
ή g = Efisiensi Generator (%)
Perencanaan pengoperasian PLTA yang dilakukan berdasarkan pada kondisi hydrologi yang meliputi :
Tahun Basah Sekali
Tahun Basah
Tahun Kering
Tahun Kering Sekali
Untuk mendapatkan hasil yang optimum dan memudahkan untuk perencanaan operasional tahunan, maka perencanaan operasi dilakukan berdasarkan pada kondisi hydrologi tahun normal dan tahun kering, yang kemudian dilakukan penyesuaian tiap bulan berdasarkan kondisi air masuk.
Indonesia hanya mengenal dua musim yaitu musim hujan biasa dimulai bulan Nopember s.d Maret dan musim kemarau pada bulan April s.d Oktober, sehingga kondisi ini dipergunakan untuk proses pengisian dan penggunaan air
Tipe Dan Jenis PLTA Berdasarkan Sumber Air dan Hidrologi PLTA Aliran sungai Langsung tanpa kolam tando
Aliran sungai dialirkan langsung melalui saluran terbuka atau tertutup dengan memasang di ujung saluran tersebut (ujung masuk air). Air dimasukkan melalui pipa pesat/saluran terbuka
Gb 2. PLTA dengan aliran sungai langsung Keterangan:
1. Sungai 7. Power house
2. Saringan 8. Bendung
3. Bak pengendapan pasir 9. Saluran pembersih
4. Pressure tunel 10. Saluran pengelak
5. Surge tank 11. Sungai
6. Penstock valve
PLTA Aliran sungai langsung dengan kolam tando
Air sungai dialirkan ke kolam melalui saluran terbuka atau tertutup dengan disaring terlebih dahulu dan ditampung di suatu kolam yang berfungsi untuk :
2. Mengendapkan lumpur
3. Sebagai reservoir
Air dari kolam tersebut dialirkan melalui pipa pesat menggerakkan turbin untuk membangkitkan tenaga listrik. Kolam tando dilengkapi dengan beberapa pintu air gunanya untuk pengisian / pengosongan bila kolam tando diadakan pemeliharaan.
Gb 3. PLTA dengan kolam Tando
PLTA Aliran sungai Langsung dengan waduk (Reservoir)
Gb 4. PLTA dengan waduk
PLTA aliran Danau
Sumber air dari PLTA ini adalah sebuah danau yang potensinya cukup besar. Untuk pengambilan air yang masuk ke PLTA dilaksanakan dengan:
1. Pembuatan bendungan yang berfungsi juga sebagai pelimpas yang berlokasi pada mulut sungai.
2. Perubahan duga muka air (DMA) + 4 meter
Gb 5. Lay Out PLTA Danau
PLTA Pasang surut
Air laut Pasang: Air laut memasuki teluk (sebagai kolam) melewati bangunan sentral, sehingga air laut mendorong sudu-sudu jalan (runner) dari turbin. Turbin memutarkan generator sehingga menghasilkan energi listrik. ama kelamaan kolam akan terisi oleh air laut sehingga permukaan air laut menjadi sama, berarti tenaga penggeraknya tidak ada dan turbin berhenti berputar.
Gb 6. (a) Keadaan pasang (b) Keadaan surut
PLTA pompa
PLTA pompa dibangun dan dioperasikan untuk PLTA beban puncak. Air waduk bagian atas dan air waduk bagian bawah diatur untuk operasi harian akan mingguan.
PLTA pompa digunakan untuk mengatur / menunjang beban puncak sistem. Danau bagian atas biasanya mempunyai kapasitas tampung yang besar tetapi mempunyai daerah tangkapan hujan yang sempit, sedangkan danau bagian bawah mempunyai daerah tangkapan hujan yang luas
1. Generator berfungsi sebagai motor
2. Turbin berdiri sendiri terpisah dari pompanya
Gb 7. PLTA Pompa
PLTA Kaskade
Pemanfaatan sungai, berarti sepanjang sungai dibangun beberapa PLTA, maka daerah PLTA itu disebut sistem Kaskade PLTA, dimana PLTA yang berada di bawah memanfaatkan air setelah digunakan oleh PLTA di atasnya.
Contoh : Kaskade PLTA S.Citarum ( Saguling, Cirata, dan Jati Luhur )
D. Pembangkit Listrik Energi Biogas
1. Biogas
Biogas adalah suatu jenis gas yang bisa dibakar, yang diproduksi melalui proses fermentasi anaerobik bahan organik seperti kotoran ternak dan manusia, biomassa limbah pertanian atau campuran keduanya, didalam suatu ruang pencerna (digester). Komposisi biogas yang dihasilkan dari fermentasi tersebut terbesar adalah gas Methan (CH4) dan gas karbondioksida (CO2). Gas methan (CH4) yang merupakan komponen utama biogas merupakan bahan bakar yang berguna karena mempunyai nilai kalor yang cukup tinggi,. Karena nilai kalor yang cukup tinggi itulah biogas dapat dipergunakan untuk keperluan sumber energi. Sistim produksi biogas juga mempunyai beberapa keuntungan seperti: (1) mengurangi pengaruh gas rumah kaca, (2) mengurangi polusi bau yang tidak sedap, (3) sebagai pupuk dan (4) produksi energi.
Untuk tulisan kali ini, ada baiknya kita bahas mengenai apa saja yang terkandung dalam biogas ini dan apa saja akibatnya terhadap sebuah system pembakitan listrik berbasis biogas ini. Adapun Biogas mengandung beberapa komponen yaitu :
CO2, sekitar 25% sampai 50% per volume, akibat yang ditimbulkan kandungan CO2 yaitu menurunkan nilai kalori, meningkatkan jumlah methane dan anti knock pada engine, menyebabkan korosi (kurangnya kandungan karbon acid)jika gas dalam keadaan basah, serta merusak alkali dalam baan bakar biogas ini.
H2S, sekitar 0 sampai 0,5%, akibat yang ditimbulkan kandungan H2S yaitu : mengakibatkan korosi pada peralatan dan system perpipaan (stress corrosion) oleh karena itu banyak produsen mesin menetapkan batas maksimal H2S yang terkandung hanya 0,05% saja.
NH3, sekitar 0-0,05%, emisi NOx setelah pembakaran merusak kandungan bahan bakar biogas ini, dan meningkatkan sifat anti-knock pada engine.
Uap air, sekitar 1-5%, dapat menyebabkan korosi, resiko pembekuan, pada peralatan, instrument, plant dan system perpipaan.
Debu/ Dust, sekitar >5µm, mengakibatkan terhalangnya nozzle, dan kandungan biogas. N2, sekitar 0-5%, akibat yang ditimbulkan yaitu mengurangi kandungan nilai kalori, dan meningkatkan anti-knock pada engine.
Siloxanes, sekitar 0-5mg m-3 , mengakibatkan terjadinya abrasive dan kerusakan pada mesin. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat tabel di bawah ini :
Main composition of biogas produced with biogas plants and added substrates
Kombinasi dari biomassa dan CO-substrat dapat membantu dalam menurunkan kadar CO2 yang dihasilkan selama proses fermentasi. Dengan FAF sebagai co-fermentasi, kandungan CO 2 adalah sekitar 35% – lebih rendah dari yang diperoleh dengan hanya fermentasi pupuk kandang cair (sekitar 40%). Jika jagung dan kotoran digunakan sebagai co – ferments CO2 sekitar 45%
3.
Sistem Produksi Biogas
Sistem produksi biogas dibedakan menurut cara pengisian bahan bakunya, yaitu pengisian curah dan pengisian kontinyu
a. Pengisian curah
ini terdiri dari dua komponen,yaitu tangki pencerna dan tangki pengumpul gas. Untuk memperoleh biogas yang banyak, sistem ini perlu dibuat dalam jumlah yang banyak agar kecukupan dan kontinyuitas hasil biogas tercapai.
b. Pengisian kontinyu
Yang dimaksud dengan pengisian kontinyu (SPK) adalah bahwa pengisian bahan baku kedalam tangki pencerna dilakukan secara kontinyu (setiap hari) tiga hingga empat minggu sejak pengisian awal, tanpa harus mengelurkan bahan yang sudah dicerna. Bahan baku segar yang diisikan setiap hari akan mendorong bahan isian yang sudah dicerna keluar dari tangki pencerna melalui pipa pengeluaran. Keluaran biasanya dimanfaatkan sebagai pupuk kompos bagi tanaman, sedang cairannya sebagai pupuk bagi pertumbuhan algae pada kolam ikan. Dengan SPK, gas bio dapat diproduksi setiap hari setelah tenggang 3 - 4 minggu sejak pengisian awal. Penambahan biogas ditunjukkan dengan semakin terdorongnya tangki penyimpan keatas (untuk tipe floating dome). Sedangkan untuk digester tipe fixed dome pernambahan biogas ditunjukkan oleh peningkatan tekanan pada manometer. Sampai pada tinggi tertentu yang dianggap cukup, biogas dapat dipakai seperlunya secara efisien.
4. Teknologi Biogas
Teknologi biogas adalah proses penguraian limbah ternak oleh bakteri anaerob (bakteri Aceton dan Metan) dalam suatu tangki pencerna (digester). Dari proses tersebut dihasilkan gas bio dan pupuk slurry. Bahan bangunan yang dipakai adalah material setempat, yang sebagian besar terdiri dari pasangan batu kali, pasangan batu bata, serta beton.
Bangunan yang diperlukan dalam proses bio digester adalah: a. Bak pemasukan (inlet)
b.Digester
Digester adalah bangunan ruangan (tandon) sebagai tangki pencerna untuk memproses limbah organik misalnya kotoran sapi, air kencing dan air, sebagai tempat bakteri anaerob menguraikan limbah isian tersebut selama waktu tertentu. Dari proses fermentasi limbah tersebut akan menghasilkan gas bio, serta slurry (sisa keluaran setelah di proses sebagai pupuk organik) yang siap pakai dengan unsur hara yang tinggi.
Gas bio adalah campuran gas yang terdiri dari bermacam-macam gas, antara lain : CH4 (methana) sebagai unsur utama , CO2, dan gas-gas lainnya yang kandungannya sangat sedikit. Dari proses permentasi limbah tersebut akan mengeluarkan sisa yang bernama slurry dimana slurry mengandung unsur-unsur : N, P, K, Ca, Mg, yang sangat dibutuhkan sebagai pupuk bagi tanaman.
c. Bak Pengeluaran
Bak Pelimpahan adalah bak sebagai tampungan limpahan slurry dari digester dan bila telah penuh menuju ke bak penampungan slurry.
d. Bak Penampung Slurry
Bak ini berfungsi sebagai tempat menampung slurry luapan dari Bak Pengeluaran. Slurry di Bak Penampungan digunakan untuk menyaring/memisahkan slurry cair untuk dikeringkan sehingga ringan pengangkutannya, mudah dikemas dalam plastik untuk dijual. Dalam keadaan basah/ cair kandungan unsur haranya sangat tinggi. Penggunaan pupuk dalam keadaan basah/cair sangat dianjurkan sehingga tidak perlu melalui penyaring ini.
e. Bak pengencer Slurry
Bak pengencer Slurry ini digunakan untuk menambah kandungan oksigen yaitu secara aerasi dan bisa diencerkan dengan tambahan air sehingga bisa dimanfaatkan untuk ternak lele.
5. Proses Terjadinya Gas Bio dan Manfaatnya.
6. Kaji Teoritik Sistem Konversi Energi
Sistem instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG) dapat dibuat skema sebagai berikut:
Gambar 1.
Bagan sistem instalasi pembangkit listrik dari biogas kotoran sapi.
Perubahan biogas menjadi energi listrik dilakukan dengan memasukkan gas dalam tabung penampungan kemudian masuk ke conversion kit yang berfungsi menurunkan tekanan gas dari tabung sesuai dengan tekanan operasional mesin dan mengatur debit gas yang bercampur dengan udara didalam mixer, dari mixer bahan bakar bersama dengan udara masuk kedalam mesin dan terjadilah pembakaran yang akan menghasilkan daya untuk menggerakkan generator yang menghasilkan energi listrik. Karakterisrik pembakaran yang terjadi pada mesin diesel berbeda dengan pembakaran pada mesin bensin.
Bahan bakar biogas membutuhkan rasio kompresi yang tinggi untuk proses pembakaran sebab biogas mempunyai titik nyala yang tinggi 645 0C – 750 0C dibandingkan titik nyala solar 220 0C, maka mesin diesel umumnya digunakan secaradualfuel dengan rasio kompresi sekitar 15 – 18. Proses pembakaran pada mesin dualfuel, bahan bakar biogas dan udara masuk ke ruang bakar pada saat langkah hisap dan kemudian dikompresikan didalam silinder seperti halnya udara dalam mesin diesel biasa. Bahan bakar solar dimasukkan lewat nosel pada saat mendekati akhir langkah kompresi, dekat titik mati atas (TMA) sehingga terjadi pembakaran.
Temperatur awal kompresi tidak boleh lebih dari 80 0C karena akan menyebabkan terjadinya knocking dan peristiwaknocking yang terjadi pada mesin dualfuel hampir sama dengan yang terjadi pada mesinbensin, yaitu terjadinya pembakaran yang lebih awal akibat tekanan yang tinggi dari mesin diesel. Hal inidisebabkan karena bahan bakar biogas masuk bersama-sama dengan udara ke ruang bakar, sehingga yangdikompresikan tidak hanya udara tapi juga biogas.
Gambar 2.
Grafik performance pada mesin
a) a sfc biogas dalam dualfuel, b sfc solar dalam mesin diesel, c sfc solar dalam dualfuel b) a mesin diesel dengan solar yang diritkan, b efisiensi mesin diesel, c efisiensi dualfuel b. Karakteristik pembakaran biogas di dalam mesin bensin
Mesin bensin dengan rasio kompresi yang hanya berkisar antara 6 – 9,5 tidak cukup untuk melakukanpembakaran biogas karena titik nyala biogas yang tinggi 645 0C - 750 0C, untuk itu dilakukan penambahan rasio kompresi mesin menjadi 10 – 12. Proses pembakaran biogas sama seperti pada mesin bensin normal, yaitu biogas dan udara masuk ke ruang bakar dan pada akhir langkah kompresi terjadi pembakaran, pembakaran ini terjadi karena bantuan loncatan bunga api dari busi.
Diagram performance mesin bensin dengan bahan bakar bensin dan biogas 1) daya, 2) torsi, 3) konsumsi bahan bakar spesifik
c. Pemilihan Mesin Penggerak
Berdasarkan hasil survey lapangan bahwa mesin yang dapat digunakan untuk mesin penggerak generator PLTBG adalah mesin diesel dan bensin. Di pasaran untuk mesin bensin harganya jauh lebih mahal dari mesin diesel dengan daya yang sama dan untuk daya yang besar hanya mesin diesel yang dapat digunakan sebab tidak adanya mesin bensin dengan daya besar di pasaran. Penggunaan kedua jenis mesin tersebut dalam kenyataannya menghasilkan efisiensi yang rendah sehingga perlu adanya modifikasi.
Modifikasi yang perlu dilakukan untuk mengubah mesin diesel menjadi mesin berbahan bakar biogas adalah dengan cara menambahkan conversion kit dan mixer. Fungsi conversion kit adalah untuk mengatur debit dan menurunkan tekanan aliran bahan bakar sesuai dengan tekanan operasional yang diinginkan sedangkan mixer berfungsi sebagai pencampur bahan bakar dengan udara. Pemasangan mixer terletak pada saluran masuk udara dan conversion kit terpasang antaramixer dan tabung gas (Gas holder). Sistem modifikasi ini menggunakan sistem dualfuel yaitu mesin menggunakan dua bahan bakar yang dilakukan secara bersamaan dengan komposisi 20% solar dan 80% biogas . Hal ini dilakukan karena titik nyala pembakaran biogas sangat tinggi yaitu sekitar 645°C-750°C.
Modifikasi mesin bensin hampir sama dengan mesin diesel yaitu dengan cara
menambah Conversion kit dan mixer. Perbedaannya adalah pada mesin bensin bahan bakar biogas dapat digunakan 100%, hal inidikarenakan adanya busi sehingga bahan bakar biogas akan cepat terbakar. Pemasangan mixer terletak antarasaringan udara dan karburator,
sedangkan Conversion kit terpasang antara mixer dan tabung gas (gas holder). Perkiraan biaya untuk pembelianConversion kit dan mixer yaitu sekitar Rp. 4.800.000,00 untukkondisi alat baru.
7. Perhitungan ekonomi PLTBG
Perhitungan ekonomi penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG) untuk peternakan sedang dan besar dengan pemakaian mesin diesel dan bensin , dan dibandingkan dengan keuntungan listrik yang dihasilkan yang disesuaikan dengan tarif dasar listrik PLN. Biaya investasi dari mesin diesel lebih kecil dari pada mesin bensin, sehingga mesin diesel lebih menguntungkan dari segi ekonomi. Di lain sisi dari aspek perawatan mesin diesel dan mesin bensin dapat dikatakan sebanding dan membutuhkan biaya yang relatif sama. Dilihat dari aspek operasi mesin diesel lebih mudah, mempunyai umur operasi yang lama dan menggunakan sedikit bahan bakar untuk penyediaan daya yang sama dibandingkan dengan mesin bensin. Hal ini dapat dijadikan alasan bahwa mesin diesel lebih menguntungkan sebagai mesin penggerak pada PLTBG.
Analisa ekonomi pembangkit listrik tenaga biogas dengan mesin penggerak dari mesin diesel untuk peternakan skala sedang, jika bunga investasi untuk kredit dari bank 19 % adalah : Total investasi = Rp. 7.300.000,00 + Rp. 7.300.000,00 x 19%
= Rp. 8.687.000,00 Umur teknis ekonomis 10 Tahun Depresiasi = Rp. 8.687.000,00 / 10
= Rp. 868.700,00
Cash flow = Keuntungan + Depresiasi- biaya operasional = Rp. 15.762.600,00 +Rp. 868.700,00 – Rp. 10.316.000,00 = Rp. 6.220.400,00
IRR(Initial Rate of Return) = 72 %
NPV (Net Present Value) = Rp. 15.726.618,00 BCR (Benefit Cost Ratio ) = 1,45
PB ( Pay back) = 1 tahun 5 bulan
Nilai rupiah yang dapat dihasilkan, sesuai harga listrik dari PLN, dari membangkitkan listrik dengan biogas pada peternakan besar dengan daya 15 kW (19 kVA) dalam satu tahun dengan penggunaan tiap hari 24 jam adalah Rp. 78.453.000,00. Jika bunga investasi untuk kredit dari bank 19 % maka analisa pembangkit listrik tenaga biogas untuk peternakan skala besar adalah
Total investasi = Rp. 56.300.000,00 + Rp. 56.300.000,00 x 19% = Rp. 66.997.000,00
Umur teknis ekonomis 10 Tahun Depresiasi = Rp. 66.997.000,00 / 10
= Rp. 6.699.700,00
Cash flow = Keuntungan + Depresiasi- biaya operasional
= Rp. 78.453.000,00 + Rp. 6.699.700,00 – Rp. 22.883.600,00 = Rp. 61.537.200,00
IRR(Initial Rate of Return) = 93 %
NPV (Net Present Value) = Rp. 170.743.335,00 BCR (Benefit Cost Ratio ) = 2,87
PB ( Pay back) = 1 tahun 1 bulan
8. Pengembangan Teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG)
