Efisiensi PLTU batubara

Sumber energi di Indonesia ditandai dengan keterbatasan cadangan minyak bumi, cadangan gas alam yang mencukupi serta cadangan batubara yang melimpah. Sumber daya energi batubara diperkirakan sebesar 36,5 milyar ton, dengan sekitar 5,1 milyar ton dikategorikan sebagai cadangan terukur. Sumber daya ini sebagian besar berada di Kalimantan yaitu sebesar 61 %, di Sumatera sebesar 38 % dan sisanya tersebar di wilayah lain. Selama sepuluh tahun terakhir ini penggunaan batubara dalam negeri terus mengalami pertumbuhan sejalan dengan pertumbuhan perekonomian dan industrialisasi. Sektor tenaga listrik merupakan sektor yang mengkonsumsi batubara paling besar. Pada saat ini ada 30 % pembangkit listrik yang menggunakan bahan bakar batubara. Diperkirakan konsumsi batubara untuk pembangkit listrik akan mencapai dua kali lipat pada awal abad 21. Permasalahan utama dalam pemanfaatan batubara adalah gas buang hasil pembakaran yang menghasilkan polutan seperti SO₂, NO₂, dan abu terbang (fly ash). Pembakaran batubara juga menghasilkan CO₂ yang berperan dalam proses pemanasan global. Permasalahan tersebut sedang dicari pemecahannya melalui penelitian yang telah dan sedang dikembangkan saat ini.

Banyaknya pemakaian batu bara tentunya akan menentukan besarnya biaya pembangunan PLTU. Harga batu bara itu sendiri ditentukan oleh nilai panasnya (kcal/kg). Sedang nilai panas ditentukan oleh kandungan zat SO_x yaitu suatu zat yang beracun, jadi pada pembangkit harus dilengkapi alat penghisap SO_x. Hal inilah yang menyebabkan biaya PLTU batu bara lebih tinggi sampai 20% dari pada PLTU minyak bumi. Bila batu bara yang digunakan rendah kandungan SO_x-nya maka pembangkit tidak perlu dilengkapi oleh alat penghisap SO_x dengan demikian harga PLTU batu bara bisa lebih murah.

PLTU batubara di Indonesia yang pertama kali dibangun adalah di Suryalaya pada tahun1984 dengan kapasitas terpasang 4 x 400 MW. Sekarang PLTU Suralaya mempunyai 5-7 unit pembangkit dengan kapasitas total 3400 MW dan kebutuhan batubara 10,23 juta ton per tahun. Contoh perhitungan kasar efisiensi PLTU Suralaya:

· Kapasitas per hari (panas yang diubah menjadi listrik) = 3.400 MW

· Misal batubara yang digunakan berjenis bituminous yang mempunyai heating value 7555,3 kkal/kg

· Kebutuhan batu bara = 28.027,39 ton/hari = 1.167.087,9 kg/jam

· Panas dihasilkan= 1.167.087,9 kg/jam x 7533,3 kkal/kg = 8.823.139.153 kkal/jam = 10.293,6 MW

· Efisiensi = 3.400/10.293,6 x 100% = 33,03%

Ini sesuai dengan fakta bahwa kebanyakan steam power plant mempunyai efisiensi termal kurang dari 50% karena konversi energi termal menjadi energi mekanik sangat rendah sebagai akibat banyaknya panas yang hilang ke lingkungan ( hukum Termodinamika kedua).

Sistim Kerja PLTU Batu bara

1. Sistem pembakaran batubara bersih

Adapun prinsip kerja PLTU adalah batubara yang akan digunakan/dipakai dibakar di dalam boiler secara bertingkat. Hal ini dimaksudkan untuk memperoleh laju pembakaran yang rendah dan tanpa mengurangi suhu yang diperlukan sehingga diperoleh pembentukan NO_x yang rendah. Batubara sebelum dibakar digiling hingga menyerupai butir-butir beras, kemudian dimasukkan ke wadah (boiler) dengan cara disemprot, di mana dasar wadah itu berbentuk rangka panggangan yang berlubang. Pembakaran bisa terjadi dengan bantuan udara dari dasar yang ditiupkan ke atas dan kecepatan tiup udara diatur sedemikian rupa, akibatnya butir batabara agak terangkat sedikit tanpa terbawa sehingga terbentuklah lapisan butir-butir batubara yang mengambang. Selain mengambang butir batubara itu juga bergerak berarti hal ini menandakan terjadinya sirkulasi udara yang akan memberikan efek yang baik sehingga butir itu habis terbakar. Karena butir batu bara relatif mempunyai ukuran yang sama dan dengan jarak yang berdekatan akibatnya lapisan mengambang itu menjadi penghantar panas yang baik. Karena proses pembakaran suhunya rendah sehingga NO_x yang dihasilkan kadarnya menjadi rendah, dengan demikian sistim pembakaran ini bisa mengurangi polutan.

2. Proses terjadinya energi listrik

Pembakaran batubara ini akan menghasilkan uap dan gas buang yang panas. Gas buang itu berfungsi juga untuk memanaskan pipa boiler yang berada di atas lapisan mengambang. Sedangkan uap dialiri ke turbin yang akan menyebabkan turbin bergerak, tapi karena poros turbin digandeng/dikopel dengan poros generator akibatnya gerakan turbin itu akan menyebabkan pula gerakan generator sehingga dihasilkan energi listrik. Uap itu kemudian dialiri ke kondensor sehingga berubah menjadi air dan dengan bantuan pompa air itu dialiri ke boiler sebagai air pengisi. Pada waktu PLTU batubara beroperasi suhu pada kondensor naiknya begitu cepat, sehingga mengakibatkan kondensor menjadi panas. Sedang untuk mendinginkan kondensor bisa digunakan air, tapi harus dalam jumlah besar, hal inilah yang menyebabkan PLTU dibangun dekat dengan sumber air yang banyak seperti di tepi sungai atau tepi pantai.

3. Efisiensi

Bila pada PLTU batu bara tekanan kondensornya turun, maka daya gunanya meningkat. Biasanya tekanan kondensor berhubungan langsung atau berbanding lurus dengan besarnya suhu air pendingin. Jadi bila suhu itu rendah, maka tahanannya juga rendah dan pada suhu terendah akan dihasilkan/terjadi tekanan jenuh. Peningkatan daya guna bisa dilakukan dengan pemanasan ulang.

4. Pemanasan Ulang

Hal ini bisa dilakukan dengan membagi turbin menjadi dua bagian yaitu bagian tekanan tinggi (TT) dan bagian tekanan rendah (TR) yang berada pada satu poros. Dengan demikian pembangkit ini mempunyai susunan sebagai berikut : Boiler - TT - TR - Generator.

Cara kerjanya :

Uap dari boiler dimasukan/dialirkan ke bagian TT, setelah uap itu dipakai dialirkan kembali ke boiler untuk pemanasan ulang. Kemudian uap dari boiler itu dialirkan lagi ke turbin TR untuk dipakai sebagai penggerak generator. Dengan demikian jumlah energi yang bisa dimanfaatkan menjadi besar akibatnya daya guna atau efisiensi menjadi besar pula. Dari sini bisa disimpulkan bila turbin dibagi menjadi tiga bagian yaitu TT, TM, dan TR maka energi yang diperoleh juga besar, hal ini biasanya digunakan pada mesin dengan ukuran besar.

Meningkatnya suhu dan tekanan uap tentunya menyebabkan pertumbuhan PLTU menjadi lebih pesat (dalam praktik PLTU jarang beroperasi pada suhu di atas 600^oC dan tekanan di atas 10.000 kPa). Hal ini ditunjukkan dengan meningkatnya efisiensi dan keandalan, namun hal ini akan meningkatkan biaya pembuatan PLTU karena memerlukan bahan konstruksi yang lebih kuat dan lebih mahal.

5. Regenerative Cycle

Air dari kondenser tidak dipompa langsung ke turbin akan tetapi dipanaskan terlebih dahulu dengan uap yang diekstrak dari turbin yang biasanya dilakukan dalam beberapa stage sehingga suhu air masuk boiler meningkat.

6. Pembakaran Lapisan Mengenmbang Bertekanan

Proses pembakarannya menggunakan udara bertekanan atau dikompres berarti perpindahan panasnya meningkat akibatnya suhu uap dan gas buang juga meningkat. Gas buang yang panas ini setelah dibersihkan bisa dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin gas yang digandeng dengan generator sehingga dihasilkan energi listrik. Jadi energi listrik pada proses pembakaran ini dihasilkan oleh uap dan gas buang, hal inilah yang menyebabkan efisiensi pada pembakaran seperti ini meningkat. Selain dari itu turbin gas juga menghasilkan gas buang yang cukup panas yang bisa digunakan untuk memanaskan air yang keluar dari kondensor turbin uap yang selanjutnya dimasukkan ke boiler sedang gas yang sudah dingin di buang ke udara melalui cerobong. Dengan menggunakan pembakaran lapisan mengambang bertekanan, maka batubara yang bermutu rendah bisa dimanfaatkan untuk menjadi energi listrik yang ramah lingkungan.

Usaha yang dapat dilakukan untuk membuat PLTU batubara yang ramah lingkungan dapat menerapkan teknologi bersih batubara. Batubara yang dibakar di boiler akan menghasilkan energi listrik serta emisi seperti partikel SO_x, NO_x, dan CO₂. Emisi tersebut dapat dikurangi dengan menggunakan teknologi seperti denitrifikasi, desulfurisasi, electrostatic precipitator (penyaring debu), dan separator CO₂.

Upaya untuk meningkatkan pengelolaan limbah dapat dilakukan dengan metode mengubah atau memanfaatkan limbah menjadi produk baru yang lebih ekonomis. Pengelolaan yang dapat dilakukan di antaranya adalah sebagai berikut :

a. Mengolah Polutan menjadi Gipsum

Proses ini dimulai dengan pemisahan polutan yang dapat dilakukan menggunakan penyerap batu kapur atau Ca(OH)₂. Gas buang dari cerobong dimasukkan ke dalam fasilitas flue gas desulfurization (FGD) kemudian disemprotkan udara sehingga SO₂ dalam gas terbuang teroksidasi oleh oksigen menjadi SO₃. Gas buang selanjutnya didinginkan dengan air, sehingga SO₃ bereaksi dengan air membentuk asam sulfat (H₂SO₄). Asam sulfat selanjutnya bereaksi dengan Ca(OH)₂ sehingga diperoleh hasil pemisahan berupa gypsum. Gas buang yang keluar dari sistem FGD sudah terbebas dari oksida sulfur.

b. Mengolah Polutan menjadi Pupuk

Peralatan berteknologi tinggi lain yang kini mulai dipakai untuk mengolah polutan penyebab hujan asam adalah electron beam machine atau mesin berkas elektron (MBE). Proses pembersihan gas buang dilakukan dengan mendinginkan SO_x dan NO_x dengan semburan air. Ke dalam senyawa ini selanjutnya ditambahkan gas ammonia dan dialirkan ke dalam tabung pereaksi (vessel). Campuran senyawa yang mengalir dalam tabung pereaksi ini selanjutnya diirradiasi dengan berkas elektron. Gas-gas polutan akan berubah, SO_x akan menjadi SO₃ dan NO_x akan menjadi NO₃ karena mendapatkan tambahan energi dari elektron. Kedua senyawa tersebut bereaksi dengan air sehingga dihasilkan produk antara (intermediate product) berupa asam sulfat dan asam nitrat. Setelah 0,1 detik dari proses irradiasi, produk antara bereaksi dengan ammonia sehingga dihasilkan produk akhir berupa ammonium sulfat dan ammoniun nitrat. Kedua senyawa ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pupuk sulfat dan pupuk nitrogen.

DAFTAR PUSTAKA

1. Akhadi, M., 2001, “Meningkatkan Efisiensi PLTU Batubara” ELEKTRO INDONESIA Nomor 35, Tahun VI.

2. Megasari, K., Swantomo, D., Christina, M., 2008, “Penakaran Daur Hidup Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Batubara kapasitas 50 Mwatt”, Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-Batan.

3. Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbott, M.M., 2001, “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”, 6th ed., McGraw-Hill Book Company, Inc., New York.