UJIAN AKHIR SEMESTER MATA KULIAH
SUMBER DAYA DAN KONVERSI ENERGI
Disusun Oleh : Yusuf Hartadi
NIM. 30000.4174.1000.1
MAGISTER ENERGI
SEKOLAH PASCA SARJANA UNIVERSITAS DIPONEGORO
Desember 2018
No 1.
Jelaskan bagaimana konversi dan penyaluran energi yang terjadi pada sistem yang ditunjukkan oleh maisng-masing gambar 1 hingga 3 secara terstruktur dan sistematis. Buat gambar ekuivalennya untuk menjelaskan mekanisme proses bentuk konversi energi dan mekanisme penyaluran energi yang terjadi untuk mendukung penjelasan anda
Gambar 1 Konversi energi
Furnace pada boiler membakar bahan bakar batubara (pelepasan energi), kalor yang dihasilkan merubah air di dalam boiler dari fasa cair menjadi steam (terjadi kenaikan entalphi). Energi yang terdefinisikan sebagai kenaikan entalphi yag terkandung di dalam steam superheater yang dihasilkan disalurkan ke turbin melewati piping system.
Superheater steam melewati main valve, masuk ke turbin, untuk menggerakkan turbin, selanjutnya shaft turbin yang ter couple dengan shaft generator berputar.
Terjadi konversi eneri konversi
energi dari energi mekanik menjadi eneri listrik 3 phase (3 phase terbentuk sesuai dengan tuype generatornya).
Didalam turbin terjadi penurunan entalphy steam, selanjutnya disalurkan ke condenser untuk dilepaskan kalornya (perubahan fase steam menjadi water).
Di dalam kondenser, steam yang telah berubah fasa menjadi water sebagai condensat water, dipompa menuju economizer. Ekonomizer adalah heat exchanger (alat penukat panas) untuk memnafaatkan kalor yang terbawa gas asap pembakaran batubara yang keluar dari boiler. Selanjutnya water yang sudah menerima kalor (sehingga suhunya naik tetapi masih pada fasa water saturated) menjadi umpan bagi boiler untuk dirubah menjadi superheater steam.
Terjadilah siklus tertutup dari water steam superheater steam water
Air heater merupakan heat exchanger yang memanfaatkan kalor terbuang setelah melewati economizer, untuk menaikkan suhu udara pembakaran batubara di dalam boiler.
Pemanfaatan kalor ini untuk meningkatkan efisiensi pembakaran batubara. Selanjutnya udara pembakaran setelah menjalankan tugasnya sebagai pemecah rantai carbon batubara, akan bercampur dengan debu hasil pembakaran dan masuk ke ash storage.
Gambar 2
Pada gambar 2 diatas, merupakan sistem pembangkit listrik hybrid dengan kombinasi antar pembangkitan kalor dari radiasi sinar matahari dan fossil fuel.
Bagian parabola pada gambar tersebut adalah kaca sebagai reflektor radiasi sinar matahari, yang diarahkan ke bagian pusat radiusnya. Sinar matahari yang dipusatkan pada satu garis akna menjadi panas yang tinggi. Terjadi konversi energi energi radiasi matahari menjadi energi panas.
Energi panas (kalor) tersebut mengalir ke arah pusat steel tubing (prinsip konduksi – heat transfer). Di dalam steel tubing dialirkan air yang bercampur dengan bahan additif sebagai boiling deterrent yang disebut dengan HTF (heat transfer fluid).
HTF ini mencapai suhu mendekati 400oC yang kemudian dialirkan ke dalam heat exchanger untuk membangkitkan high pressure superheated steam sebagai umoan turbin.
Boiler dengan pembakaran bahan bakar fossil menghasilkan steam konversi energi chemical menjadi kalor.
Steam yang dihasilkan dipanaskan ulang untuk menjadi super heater steam dengan pemanasan dari HTF. Super heater steam dialirkan ke turbine, memutar turbin yang tercouple dengan generator, menghasilkan listrik.
Konversi energi : kalor mekanis listrik.
Steam yang keluar dari turbin, dialirkan ke kondensor untuk pelepasan panas & merubah fase steam menjadi water, selanjutnya sebagai umpan boiler lagi.
Instalasi diatas adalah instalasi pembangkit listrik dengan sistem kombinasi PLTB dan PLTS.
Konversi energi :
1. PLTB gerakan angin memutar baling-baling, menghasilkan energi mekanis.
Energi mekanis tersebut memutar generator DC yang merupakan satu rangkaian dengan baling-baling. Generator DC menghasilkan listrik DC, disimpan di dalam batterey bank.
2. PLTS radiasi sinar matahari ditangkap oleh Photo Voltaik (PV) dan energi sinar matahari tersebut dirubah menjadi energi listrik dan disimpan di dalam batterey bank.
Rangkaian antara PLTB dan PLTS dengan batterey bank terdapat contoller, yang berfungsi untuk mengatur fungsi pengisian batterey dan pembebasan arus batterey ke beban.
Controller ini menggunakan teknologi PWM (Pulse Width Modulation).
Batterey bank menyimpan listrik DC dan dapat disalurkan ke beban yang membutuhkan listrik DC secara langsung. Jika bebannya listrik AC, maka harus melewati inverter untuk mengubah listrik DC menjadi listrik AC.
Gambar 3b dan 3c diatas menunjukkan kemampuan PLTB & PLTS dalam menerima input dinamis.
PLTS sumber energi sinar matahari tidak bisa stabil sepanjang tahun dan hanya berkerja pada saat siang hari. Posisi jatuh sinar matahari menentukan intensitas energi yang diterima. Pagi-siang-sore akan memberikan intensitas yang berbeda.
PV bekerja efektif pada range 500 W/m2 – 100W/m2.
PLTB Sumber energi angin yang diterima tidak stabil, kondisi angin tergantung dari kondisi lokasi, musim dan sistem distribusi angin secara global.
Kincir angin menghasilkan power mencapai efisiensi maksimal pada kecepatan 16,5 m/s Karena ketidakstabilan tersebut, maka digunakan controller dengan sistem kerja PWM.
Soal 2.
Mengacu pada gambar diatas, simbol Smax menunjukkan daya maksimum pada pukul 17-22 malam dan simbol S0 menunjukkan daya listrik minimum yang diperlukan beban diluar jam 17-22 malam.
Faktor daya untuk Smax dan S0 adalah 90%.
a) Kelebihan daya dan energi pada kurum waktu beban puncak yang dapat diberikan ke jaringan listrik lainnya diluar daya dan energi listrik yang dapat diambil dari jaringan 20KV melalui transformator 10MVA.
Daya dihasilkan oleh PLTU = 8MW / faktor daya 90% = 8.888,9 kVA Daya yang dihasilkan selain jaringan 20 kVA :
PLTB = 10 kW = 11,1 kVA
PLTS1 = 3 x 5 kW = 16,7 kVA dihasilkan pada siang hari PLTS2 = 3 x 2,5 kW = 8,3 kVA dihasilkan pada siang hari
PLTM = 10 kW = 11,1 kVA
Baterei = 30 kW = 33,3 kVA __________________________________+
= 80,5 kVA
Beban total pada saat beban puncak adalah Penerangan = 500 kVA
Industri = 2000 kVA Perkantoran = 2000 kVA Pertokoan = 1500 kVA Rumah tangga = 750 kVA ________________________ +
= 6750 kVA
Beban total pada saat diluar beban puncak adalah Penerangan = 250 kVA
Industri = 1000 kVA Perkantoran = 1000 kVA Pertokoan = 500 kVA Rumah tangga = 750 kVA ________________________ +
= 3750 kVA
a. Kelebihan daya yang bisa diambil pada kurun beban puncak (jam 17-22 malam) diluar daya dan energi listrik dari jaringan 20 kV melalui trafo 10 MVA adalah PLTB + PLTM + Baterei = 11,1 + 11,1 + 33,3 = 55,5 kVA
b. Kelebihan daya yang bisa diambil pada kurun waktu diluar beban puncak (jam 17- 22 malam) diluar daya dan energi listrik dari jaringan 20 kV melalui trafo 10 MVA adalah PLTB +PLTS1+PLTS2+ PLTM + Baterei = 11,1 + 16,7 + 8,3 + 11,1 + 33,3
= 80,5 kVA
c. Selain kelebihan daya dan energi yang mungkin terjadi ketika beban pucak dan diluar beban puncak disalurkan ke jaringan listrik lainya, berikut rekomendasi penyimpanan daya & energi :
Dari sistem jaringan diatas, dengan adanya PLTU sebagai sumber utama energi, maka kelebihan daya dan energi dapat disimpan dalam super capasitor.
Soal 3.
Mengacu pada kasus no 3 (gambar 4), berikut model yang sesuai : a. Untuk perencanaan energi dan perkiraan energi
Analisa awal :
- PLTU 24 nonstop, perlu storage bahan bakar yag besar agar supply bahan bakar lebih terjamin.
- PLTB 24 jam nonstop, laju aliran angin sesuai dengan musim angin muson barat dan angin muson timur.
- PLTS bekerja hanya di siang hari sekitar 8 jam, tidak mengenal musim - PLTM bekerja 24 jam nonstop, relatif tidak emngenal musim.
- Batterei bekerja tidan mengenal musim, dapat bekejra 24 jam nonstop, tetapi tergantung sumber daya yang dimasukkan ke dalam batterei.
Mengingat karakteristik dari masing-masing sumber daya tersebut, lebih tepat jika PLTS1 & PLTS2 dijadikan sebagi sumber energi untuk Batterei.
PLTS 1 = 3 x 5 kW, PLTS 2 = 3 x 2,5 kW, total 22,5 kW, maka energi ini dapat disimpan di dalam batterei dan sumber daya yang ada di batterei sendiri dapat digunakan pada saat malam hari dimana PLTS tidak dapat menghasilkan daya.
PLTB dan PLTM (10kW + 10 kW = 20 kW) dapat digunakan untuk mensupply beban lampu penerangan.
Disaat beban puncak (jam 17-22 malam), penerangan memerlukan beban 500 kVA (450 kW) dapat disupply oleh PLTB + PLTM + Batterei. Kekuranganya mengambil dari PLTU
b. Untuk optimasi energi
Optimasi energi dapat dilakukan dengan pemanfaatan sumber energi selain PLTu untuk bekerja dengan optimal.
- PLTS1 & PLTS2 bekerja untuk mensupply batterei.
- PLTB & PLTM bekerja utuk mensupply beban penerangan jalan.
- Kekurangan dari beban penerangan jalan dan beban lainya dipenuhi oleh PLTU - Pengaturan beban hanya pada PLTA akan lebih optimal dan fleksibel,
mengingat pengaturannya akan terpusat pada satu lokasi.
c. Untuk pengurangan emisi
Penguranga emisi dapat dilakukan dengan memaksimalkan sumber-sumber energi lain selainn PLTU.
PLTB, PLTS dan PLTM bekerja secara paralel, sesuai dengan karakteristik masing- masing.
Untuk penguranga emisi pada PLTU, dapat menggunakan sistem optimizatioan pada pembakaran bahan bakar.
Pengaturan excess air yang tepat dan prakondisi bahan bakar menentukan tingkat pengurangan emisi udara.
Penggantian bahan bakar dengan bahan yang lebih ramah lingkungan masih dimungkinkan, misalnya menggunakan bricket biomass atau biodiesel.
