Posted in Artikel

Teknologi PLTU Berbahan Bakar Batu Bara Berkalori Rendah dan Teknologi Pembangkit Listrik Supercritical serta Perbandingannya dengan PLTU Konvensional

Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik    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 terdiri dari kelas sub bituminus dan bituminus. Lignit juga mulai mendapat tempat sebagai bahan bakar pada PLTU belakangan ini, seiring dengan perkembangan teknologi pembangkitan yang mampu mengakomodasi batubara berkualitas rendah.

Cara kerja PLTU batubara, mula-mula batubara dari luar dialirkan ke penampung batubara dengan conveyor,kemudian dihancurkan menggunakan pulverized fuel coal. Tepung batubara halus kemudian dicampur dengan udara panas oleh forced draught .Dengan tekanan yang tinggi, campuran tersebut disemprotkan ke dalam boiler sehingga akan terbakar dengan cepat seperti semburan api. Kemudian air dialirkan ke atas melalui pipa yang ada di dinding boiler. Air dimasak menjadi uap kemudian uap dialirkan ke tabung boiler untuk memisahkan uap dari air yang terbawa. Selanjutnya uap dialirkan ke superheater untuk melipatgandakan suhu dan tekanan uap hingga mencapai suhu 570° C dan tekanan sekitar 200 bar yang meyebabkan pipa akan ikut berpijar menjadi merah.Untuk mengatur turbin agar mencapai set point, dilakukan dengan men-setting steam governor valve secara manual maupun otomatis. Uap keluaran dari turbin mempunyai suhu sedikit di atas titik didih, sehingga perlu dialirkan ke condenser agar menjadi air yang siap untuk dimasak ulang. Sedangkan air pendingin dari condenser akan di semprotkan kedalam cooling tower sehingga menimbulkan asap air pada cooling tower. Air yang sudah agak dingin dipompa balik ke condenser sebagai air pendingin ulang. Sedangkan gas buang dari boiler diisap oleh kipas pengisap agar melewati electrostatic precipitator untuk mengurangi polusi dan gas yang sudah disaring dibuang melalui cerobong.

1780724_573822139375816_2037466752_n
Skematik kerja PLTU Batubara

 Agar dapat menghasilkan listrik secara optimal dan efisien, maka suatu PLTU batubara didesain untuk menggunakan batubara dengan kadar air (moisture) dan nilai kalor (heating value) tertentu. Jika digunakan batubara dengan kadar air dan nilai kalor di bawah spesifikasi pembangkit, maka akan berpengaruh pada performa dan emisi yang dihasilkan. Artinya kapasitas dan efisiensi akan turun, sedangkan emisi CO2 dan SO2 naik.

 Klasifikasi Batubara

Batubara diklasifikasikan menjadi empat kategori umum, berdasarkan “ranking.” Mulai dari lignit, subbitumen, bitumen sampai antrasit, mencerminkan kandungan jenis batubara tersebut terhadap jumlah panas dan tekanan yang dihasilakan.

Kandungan karbon batubara merupakan penentu utama dari panas yang dihasilkan, tetapi faktor lain juga mempengaruhi jumlah energi yang terkandung per bobotnya. (Jumlah energi dalam batubara dinyatakan dalam British thermal unit per pon. BTU adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu satu pon air sebesar satu derajat Fahrenheit).

Antrasit

Antrasit adalah batubara dengan kadar karbon tertinggi, antara 86 sampai 98 persen, dan nilai panas yang dihasilakan hampir 15.000 BTU per pon. Paling sering digunakan pada alat pemanas rumah.

Bitumen

Bitumen digunakan terutama untuk menghasilkan listrik dan membuat kokas di industri baja. Pasar batubara yang tumbuh paling cepat untuk jenis ini, meskipun masih kecil, adalah yang memasok energi untuk proses industri. Bitumen memiliki kandungan karbon mulai 45 sampai 86 persen dan nilai panas 10.500 sampai 15.500 BTU per pon.

Subbitumen

Peringkat dibawah bitumen adalah subbitumen, batubara dengan kandungan karbon 35-45 persen dan nilai panas antara 8.300 hingga 13.000 BTU per pon. Meskipun nilai panasnya lebih rendah, batubara ini umumnya memiliki kandungan belerang yang lebih rendah daripada jenis lainnya, yang membuatnya disukai untuk dipakai karena hasil pembakarannya yang lebih bersih.

Lignit (Batu bara muda)

Lignit merupakan batubara geologis muda yang memiliki kandungan karbon terendah, 25-35 persen, dan nilai panas berkisar antara 4.000 dan 8.300 BTU per pon. Kadang-kadang disebut brown coal, jenis ini umumnya digunakan untuk pembangkit tenaga listrik.

Ciri dari batubara kelas rendah seperti lignit dan subbituminous adalah kandungan air yang cukup tinggi dibandingkan dengan batubara kelas di atasnya, yaitu  25 sampai 40 % pada batubara lignit , dan  15 sampai 30 % pada sub-bituminous. Kadar air tinggi batubara yang dipakai sebagai bahan bakar PLTU dapat mengakibatkan kesulitan fuel handling dan akan berpengaruh pada laju aliran kalor, laju aliran massa dari emisi gas buang, dan juga konsumsi air yang dibutuhkan untuk pendinginan evaporative.

Secara spesifik pemakaian batubara lignit dengan kelembaban 25 sd 40 % akan menyebabkan rendahnya heating value, Heat rate naik, stack flue gas dan stack loss meningkat, listrik pemakaian sendiri naik, effisiensi pembangkit turun, berkurangnya kapasitas mill, serta naiknya biaya pemeliharaan.

Dengan adanya permasalahan tersebut di atasa, maka diperlukan upaya untuk menaikkan nilai kalor bahan bakar batubara sehingga sesuai dengan spesifikasi yang diperlukan untuk memasok pembangkit. Salah satu upaya yang dapat dilaksanakan adalah dengan melakukan proses pengeringan batubara (coal drying) untuk mengurangi kandungan air agar nilai kalornya naik.

Menurut data dari Indonesia Coal Industri Outlook 2011, jumlah sumberdaya batubara indonesia adalah sebesar 104,94 milyar ton. Sedangkan TSK dan Sojits Corporation pada Workshop Clean Coal Technology 2011 menyampaikan bahwa komposisi sumberdaya batubara tersebut terdiri dari lignit 58,7 %, sub-bituminous 26,7 %, bituminous 14,3 %, dan antrasit sebesar 0,3 %.

Sedangkan menurut Bart Lucarelli pada  Cleaner Coal Workshop 19-21 August 2008 Ha Long City, Viet Nam , saat ini banyak perusahaan batubara Indonesia yang mengatakan bahwa  batubara  sub -bituminous mereka telah habis terjual. Dengan demikian akan banyak PLTU yang tidak dapat beroperasi secara optimal karena tidak tersedia batubara dengan nilai kalor dan kadar air sesuai dengan spesifikasi tersebut.

Namun mengingat banyaknya kerugian jika PLTU beroperasi dengan batubara yang nilai kalornya dibawah nilai kalor desain, maka alternatif yang cukup menarik adalah dengan teknologi  pengering batubara. Dengan demikian maka nilai kalor batubara dapat dinaikkan sampai nilai kalor desain boiler PLTU.

Teknologi Pengering Batubara

Secara internasional, meskipun penelitian telah sejak lama dilaksanakan, namun aplikasi pengering tersebut pada PLTU juga belum banyak dilakukan. Hal tersebut disebabkan pada masa yang lalu belum terjadi kelangkaan pada batubara kalori tinggi. Baru pada tahun-tahun terakhir dengan semakin banyaknya pembangkit dengan bahan bakar batubara, maka cadangan batubara kalori tinggi berkurang. Hal tersebutlah yang mendorong pengembangan teknologi pengering batubara untuk memanfaatkan batubara kalori rendah.

Saat ini beberapa teknologi Pengering Batubara yang tersedia adalah sebagai tabel berikut : (Bart Lucarelli, 2008)

Teknologi

Sumber Energi Primer

Company

Fluidized Bed Dryer Waste heat from power plant condenser (~50 °C), aux load for fans & pumps Great River Energy (USA)

Lehigh University (USA)Fluidized Bed DryerLow temperature steam from power plant turbine; aux. load for fans & pumpsRWE (WTA Process)

Alsthom PowerBinderlessBriquetterHeat from burning coal in furnace -flash dryerWhite Energy (Australia)PyrolysisSystemBoth heat and power from power plantEvergreen Energy (USA)UBC ProcessPower & Kerosene as Binder for briquettesKobe SteelMicrowave DryerPower –lots of it!CoalTek(USA)

AMTECH (USA)

Menurut Tim dari Lehigh University yang bersama-sama perusahaan Great River Energy mengembangkan Coal Drier dengan teknologi Fluidized Bed Drier di PLTU berkapasitas 550 MW di Coal Creek USA, pengeringan batubara tersebut menyebabkan peningkatan efisiensi boiler sebesar 3 %, menurunkan Net Unit Heat Rate 3,3 %,  menurunkan SO2 dan CO2 3,3 %, serta mengurangi jumlah make-up water cooling tower sebesar 2 x 105 galon per hari.

 1780724_573822139375816_2037466752_n

Sistem pengeringan batubara yang menggunakan kombinasi energy panas boiler dan condenser cooling water sebagai sumber panas

Alat Pengering batubara di Indonesia

Sampai saat ini belum banyak terdapat alat pengering batubara pada PLTU di Indonesia. Dari beberapa contoh yang dapat kami himpun, adalah sebagai berikut :

PLTU Simpang Belimbing di Muara Enim, Sumatra Selatan

PLTU Simpang Belimbing yang mulai beroperasi pada akhir tahun 2011 adalah PLTU milik Swasta dengan kapasitas 2 x 150 MW.  PLTU tersebut merupakan PLTU mulut tambang dengan bahan bakar batubara yang ditambang pada lokasi sekitar PLTU. Namun karena nilai kalor batubara tersebut tergolong rendah dan kadar air tinggi, maka pada PLTU tersebut dibangun alat pengering batubara. Dengan adanya alat pengering batubara tersebut maka nilai kalor batubara tersebut dapat ditingkatkan sehingga sesuai dengan spesifikasi teknis boiler.

 1780724_573822139375816_2037466752_n

PLTU Simpang Belimbing

PLTU Ombilin, Sawah lunto

Alat pengering batubara di PLTU Ombilin dimiliki oleh perusahaan swasta yang memasok batubara untuk PLTU. Perusahaan tersebut memiliki kuasa tambang batubara dengan nilai kalor sebesar (+ 3900 kkal/kg  yang tidak memenuhi spesifikasi batubara untuk PLTU Ombilin. Agar batubara tersebut dapat memenuhi syarat untuk PLTU Ombilin, maka perusahaan tersebut membeli alat pengering batubara dari China, yang dapat menaikkan nilai kalor batubara menjadi 5.400 kcal/ kg.  Dengan metoda upgrading tersebut, maka perusahaan tersebut dapat memasok batubara sebanyak 20.000 Ton/Bulan atau seperempat dari kebutuhan PLTU.

Alat yang beroperasi sejak bulan Juli 2012 tersebut merupakan jenis direct contact, dimana sumber panas bersinggungan langsung dengan batubara kalori rendah (Lignite, Sub Bituminus), sedangkan panas untuk pengeringan memakai gas buang (flue gas) dari pembakaran batubara di furnace.

 1780724_573822139375816_2037466752_n

Pengering batubara PLTU Ombilin

 

Kesimpulan

Pada dasarnya suatu PLTU haruslah beroperasi dengan bahan bakar batubara yang sesuai dengan desain boilernya. Dengan demikian prioritas utama yang harus dilaksanakan adalah mencari batubara yang sesuai dengan spesifikasinya. Meskipun harga batubara tersebut lebih mahal dibandingkan dengan harga batubara kalori rendah. Namun tetap akan lebih menguntungkan, karena jika PLTU mempergunakan bahan bakar dengan kalori rendah dan (atau) kadar air melebihi spesifikasinya maka akan menimbulkan kerugian kapasitas dan efisiensi turun, emisi CO2 dan SO2 naik, biaya pemeliharaan akan meningkat, demikian juga time between failure akan turun.

Namun jika batubara dengan nilai kalor dan kadar air yang sesuai desain tidak dapat diperoleh, maka langkah berikut yang bisa dilakukan adalah dengan teknologi pengering batubara. Teknologi tersebut akan menguntungkan dibandingkan dengan membangun PLTU dengan desain batubara dengan kalori lebih rendah. Karena PLTU dengan nilai kalori bahan bakar batubara yang lebih tinggi, maka kapasitas dan efisiensi pembangkit naik, harga pembangkit per MW lebih murah, serta biaya pemeliharaan akan rendah.

Mengingat saat ini belum banyak terdapat Coal Drier pada PLTU, baik di dunia maupun di Indonesia. Maka perlu dilakukan uji coba teknologi coal drier pada berbagai pembangkit, khususnya pada PLTU yang diperkirakan sulit mendapat batubara sesuai dengan desainnya. Teknologi dalam negri yang sudah ada, termasuk dengan kapasitas kecil dapat diterapkan pada berbagai PLTU skala kecil yang ada. Dengan demikian jika uji coba pada pembangkit berkapasitas kecil berjalan dengan baik, maka langkah berikutnya dapat dilakukan scale-up secara bertahap untuk PLTU dengan kapasitas yang lebih besar.

Teknologi Pembangkit Listrik Supercritical

 Kondisi superkritikal adalah kondisi pada suhu dan tekanan di atas titik kritikal termodinamika. Zat ini memiliki kemampuan unik untuk berdifusi melalui benda padat seperti gas, dan melarutkan benda seperti cairan. Dan dia juga dapat merubah kepadatannya bila mengubah sedikit suhu dan tekanannya. Sifat seperti ini membuatnya cocok sebagai pengganti pelarut organik dalam proses yang disebut Ekstraksi fluid superkritikal. Karbon dioksida dan air adalah fluida yang paling umum digunakan.

Ketika suhu dan tekanan dari uap aktif meningkat melebihi titik jenuh air, sifat dari uap akan berubah secara dramatis. Titik jenuh air berada pada 374 °C dan 221.2 bar (218 atm), dan  didefinisikan sebagai titik dimana komponen gas tidak dapat dicairkan kembali melalu penambahan tekanan. Di atas titik jenuhnya, air tidak mengalami fase perubahan menjadi uap air, namun menjadi air supercritical. Air supercritical tidak berbentuk gas atau air, namun berada pada dua fase tersebut. Air supercritical memiliki daya pelarut seperti air, namun sifat perpindahannya seperti gas.

 1780724_573822139375816_2037466752_n

Fase fluida

Pembangkit Listrik Superkritikal

Teknologi super-critical adalah teknologi baru yang memungkinkan emisi karbon dioksida dari pembangkit menjadi lebih rendah. Teknologi ini dianggap salah satu cara yang paling praktis baik untuk mengurangi emisi maupun menggunakan batubara dengan lebih efisien. Fasilitas pembakar batubara yang beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dapat meningkatkan efisiensi hingga 20% untuk Super-critical steam plants dan sebanyak 45% untuk Ultra Super-critical steam plants. Nilai ini menunjukkan peningkatan dari nilai kWh yang diproduksi per satu pon batubara yang dibakar dengan emisi yang lebih baik. Dengan penggunaan batubara yag lebih efisien, tingkat emisi dapat diturunkan dengan menggunakan teknologi kontrol emisi berikut:

  • Emisi NOx atau nitrogen oksida dapat diturunkan dengan menggunakan kombinasi low NOx burner dan catalytic reduction technology
  • Emsisi SOx dan NO2 dapat dikurangi dengan penangkapan partikel sulfur yaitu wet limestone-gypsum flue gas desuphurization. Emisi yang dihasilkan yaitu gypsum dapat digunakan untuk produk-produk rumah tangga.
  • Emisi partikel lain dapat dikurangi dengan menggunakan electrostatic precipitator.

 1780724_573822139375816_2037466752_n

Skema kerja pembangkit listrik superkritikal

 

Kesimpulan

Pada dasarnya suatu PLTU haruslah beroperasi dengan bahan bakar batubara yang sesuai dengan desain boilernya. Dengan demikian prioritas utama yang harus dilaksanakan adalah mencari batubara yang sesuai dengan spesifikasinya. Meskipun harga batubara tersebut lebih mahal dibandingkan dengan harga batubara kalori rendah. Namun tetap akan lebih menguntungkan, karena jika PLTU mempergunakan bahan bakar dengan kalori rendah dan (atau) kadar air melebihi spesifikasinya maka akan menimbulkan kerugian kapasitas dan efisiensi turun, emisi CO2 dan SO2 naik, biaya pemeliharaan akan meningkat, demikian juga time between failure akan turun.

Namun jika batubara dengan nilai kalor dan kadar air yang sesuai desain tidak dapat diperoleh, maka langkah berikut yang bisa dilakukan adalah dengan teknologi pengering batubara. Teknologi tersebut akan menguntungkan dibandingkan dengan membangun PLTU dengan desain batubara dengan kalori lebih rendah. Karena PLTU dengan nilai kalori bahan bakar batubara yang lebih tinggi, maka kapasitas dan efisiensi pembangkit naik, harga pembangkit per MW lebih murah, serta biaya pemeliharaan akan rendah.

Mengingat saat ini belum banyak terdapat Coal Drier pada PLTU, baik di dunia maupun di Indonesia. Maka perlu dilakukan uji coba teknologi coal drier pada berbagai pembangkit, khususnya pada PLTU yang diperkirakan sulit mendapat batubara sesuai dengan desainnya. Teknologi dalam negri yang sudah ada, termasuk dengan kapasitas kecil dapat diterapkan pada berbagai PLTU skala kecil yang ada. Dengan demikian jika uji coba pada pembangkit berkapasitas kecil berjalan dengan baik, maka langkah berikutnya dapat dilakukan scale-up secara bertahap untuk PLTU dengan kapasitas yang lebih besar.

Sebagai perbandingan, pembangkit konvensional batubara bisa menghasilkan energi yang cukup dari sepotong batubara berukuran bola golf untuk menerangi bohlam lampu 100 watt selama 75 menit. Pembangkit listrik teknologi baru akan menyalakan bohlam selama 90 menit dengan ukuran batubara yang sama; dan untuk teknologi yang lebih maju, teknologi efisiensi tinggi akan menjaga bola lampu tetap menyala untuk 140 menit atau lebih. Sebuah contoh yang sangat baik bagi teknologi ini dapat ditemukan di Unit 3 Genesee Generating Station (sekitar 70 km sebelah barat daya dari Edmonton, Alberta). Genesee unit 3 menggunakan turbin supercriticalsteam yang 18% lebih efisien dibandingkan pembangkit listrik batubara konvensional, yang berarti mereka menghasilkan listrik lebih tetapi menggunakan lebih sedikit batubara. Selain itu, dengan menambahkan pembakar rendah NOx, scrubber dan filter untuk secara signifikan mengurangi emisi, G3 adalah leader menuju pembangkit batubara bersih generasi berikutnya.

Oleh:
Pratama Doni fadhlillah dan Rayyan (Magatrika 2010)

Divisi Tenaga Magatrika

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s