40 BAB IV PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA THERMAL 4.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS (PLTG)

40 BAB IV PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA THERMAL 4.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS (PLTG) Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan kebutuhannya. Adapun kekurangan dari turbin gas adalah sifat korosif pada material yang digunakan untuk komponen-komponen turbinnya karena harus bekerja pada temperature tinggi dan adanya unsur kimia bahan bakar minyak yang korosif (sulfur, vanadium dll), tetapi dalam perkembangannya pengetahuan material yang terus berkembang hal tersebut mulai dapat dikurangi meskipun tidak dapat secara keseluruhan dihilangkan. Dengan tingkat efisiensi yang rendah hal ini merupakan salah satu dari kekurangan sebuah turbin gas juga dan pada perkembangannya untuk menaikkan efisiensi dapat diatur/diperbaiki temperature kerja siklus dengan menggunakan material turbin yang mampu bekerja pada temperature tinggi dan dapat juga untuk menaikkan efisiensinya dengan menggabungkan antara pembangkit turbin gas dengan pembangkit turbin uap dan hal ini biasa disebut dengan combined cycle. 4.1.1 Prinsip Kerja Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) mempunyai beberapa peralatan utama seperti : Turbin Gas(Gas Turbine), Kompresor (Compressor), Ruang Bakar (Combustor). Udara dengan tekanan atmosfir ditarik masuk ke dalam compressor melalui pintu, udara ditekan masuk ke dalam compressor. Udara ditekan masuk ke dalam ruang bakar dengan tekanan 250 Psi dicampur dengan bahan bakar dan di bakar dalam ruang bakar 41 dengan temperatur 2000 – 30000F. Gas hasil pembakaran yang merupakan energi termal dengan temperature dan tekanan yang tinggi yang suhunya kira-kira 9000C . Gambar 4.1 Pembangkit Listrik Tenaga Gas Dari energi panas yang dihasilkan inilah kemudian akan dimanfaatkan untuk memutar turbin dimana didalam sudu-sudu gerak dan sudu-sudu diam turbin, gas panas tersebut temperature dan tekanan mengalami penurunan dan proses ini biasa disebut dengan proses ekspansi. Selanjutnya energi mekanis yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk memutar generator hingga menghasilkan energi listrik. Adapun sebagai pendukung pusat listrik tenaga gas ini digunakan beberapa alat bantu (auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin gas berjalan dengan baik, seperti :        Sistem Pelumas Sistem Bahan Bakar Sistem Pendingin Sistem Udara Kontrol Sistem Hidrolik Sistem Udara Tekan Sistem Udara Pengkabutan 42 4.1.2 Masalah Operasi PLTG Dari segi operasi, unit PLTG tergolong unit yang masa start-nya pendek, yaitu antara 15-30 menit, dan kebanyakan dapat di-start tanpa pasokan daya dari luar (black start), yaitu menggunakan mesin diesel sebagai motor start. Dari segi pemeliharaan, unit PLTG mempunyai selang waktu pemeliharaan (time between overhaul) yang pendek, yaitu sekitar 4.000-5.000 jam operasi. Makin sering unit mengalami start-stop, makin pendek selang waktu pemeliharaannya. Walaupun jam operasi unit belum mencapai 4.000 jam, tetapi jika jumlah startnya telah mencapai 300 kali, maka unit PLTG tersebut harus mengalami pemeriksaan (inspeksi) dan pemeliharaan. Saat dilakukan pemeriksaan, hal-hal yang perlu mendapat perhatian khusus adalah bagian-bagian yang terkena aliran gas hasil pembakaran yang suhunya mencapai 1.300 0C, seperti: ruang bakar, saluran gas panas (hot gas path),dan sudu-sudu turbin. Bagian-bagian ini umumnya mengalami kerusakan (retak) sehingga perlu diperbaiki (dilas) atau diganti. Proses start-stop akan mempercepat proses kerusakan (keretakan) ini, karena proses start-stop menyebabkan proses pemuaian dan pengerutan yang tidak kecil. Hal ini disebabkan sewaktu unit dingin, suhunya sama dengan suhu ruangan (sekitar 300C sedangkan sewaktu operasi, akibat terkena gas hasil pernbakaran dengan suhu sekitar 1.3000C. Dari segi efisiensi pemakaian bahan bakar, unit PLTG tergolong unit termal yang efisiensinya paling rendah, yaitu berkisar antara 15-25%. Dalam perkembangan penggunaan unit PLTG di PLN, akhir-akhir ini digunakan unit turbin gas aero derivative, yaitu turbin gas pesawat terbang yang dimodifikasi menjadi turbin gas penggerak generator. 43 4.2 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU) 4.2.1 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang di hubungkan ke turbin dimana untuk memutar turbin diperlukan energi kinetik dari uap panas atau kering. Gambar 4.2 Prinsip kerja PLTG Dalam PLTU, energi primer yang dikonversikan menjadi energi listrik adalah bahan bakar. Baban bakar yang digunakan dapat berupa batubara (padat), minyak (cair), atau gas. Ada kalanya PLTU menggunakan kombinasi beberapa macam bahan bakar. Konversi energi tingkat pertama yang berlangsung dalam PLTU adalah konversi energi primer menjadi energi panas (kalor). Hal ini dilakukan dalam ruang bakar dari ketel uap PLTU. Energi panas ini kemudian dipindahkan ke dalam air yang ada dalam pipa ketel untuk menghasilkan uap yang dikumpulkan dalam drum dari ketel. Uap dari drum ketel dialirkan ke turbin uap. Dalam turbin uap, energi uap dikonversikan menjadi energi mekanis penggerak generator, dan akhirnya energy mekanik dari turbin uap ini dikonversikan menjadi energi listrik oleh generator. Komponen utama sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Uap Umumnya sebuah PLTU memiliki komponen utama antara lain : 1. Boiler/ketel uap berfungsi sebagai tempat pemanasan air menjadi uap air yang bertekanan untuk selanjutnya memutar turbin uap. 44 2. Turbin ialah mesin yang dijalankan oleh aliran air; uap atau angin yang dihubungkan dengan sebuah generator untuk menghasilkan energi listrik. Turbin uap ialah turbin yang menggunakan uap sebagai fluida kerja, di mana uap yang digunakan dihasilkan dari boiler. 3. Generator uap ialah suatu kombinasi antara sistem – sistem dan peralatan yang dipakai untuk perubahan energi kimia dari bahan bakar fosil menjadi energi termal dan pemindahan energi termal yang dihasilkan itu ke fluida kerja, biasanya air untuk dipakai pada proses-proses bertemperatur tinggi ataupun untuk perubahan parsial menjadi energi mekanis di dalam sebuah turbin 4. Kondensor adalah tempat yang berfungsi untuk mengembunkan uap dengan jalan mendinginkannya. Air pengembunan yang terjadi dalam kondensor disebut air kondensat yang kemudian disalurkan kembali ke dalam ketel uap dengan menggunakan sebuah pompa 5. Pompa berfungsi untuk mengalirkan air dari kondensor menuju ke Boiler. 6. Cerobong berfungsi sebagai tempat pelepasan exhausted steam (Uap terbuang) ke udara. Selain komponen di atas masih banyak komponen tambahan yang berfungsi untuk meningkatkan efesiensi kerja dari pembangkit tersebut, seperti superheater, reheater dan lain – lain. 4.2.2 Masalah Operasi PLTU Untuk men-start PLTU dari keadaan dingin sampai operasi dengan beban penuh, dibutuhkan waktu antara 6-8 jam. Jika PLTU yang telah beroperasi dihentikan, tetapi uapnya dijaga agar tetap panas dalam drum ketel dengan cara tetap menyalakan api secukupnya untuk menjaga suhu dan tekanan uap ada di sekitar nilai operasi (yaitu sekitar 5000 C dan sekitar 100 kg/cm 2) maka untuk mengoperasikannya kembali sampai beban penuh diperlukan waktu kira-kira 1 jam. Waktu yang lama untuk mengoperasikan PLTU tersebut di atas terutama diperlukan untuk menghasilkan uap dalam jumlah yang cukup untuk operasi (biasanya dinyatakan dalam ton per jam). Selain waktu yang diperlukan untuk menghasilkan uap, yang cukup untuk operasi, juga perlu diperhatikan masalah pemuaian bagian-bagian turbin. Sebelum di-start, suhu turbin adalah sama dengan suhu ruangan. 45 Pada waktu start, dialirkan uap dengan suhu sekitar 500 0C. Hal ini harus dilakukan secara bertahap agar jangan sampai terjadi pemuaian yang berlebihan dan tidak merata. Pemuaian yang berlebihan dapat menimbulkan tegangan mekanis (mechanical stress) yang berlebihan, sedangkan pemuaian yang tidak merata dapat menyebabkan bagian yang bergerak (berputar) bergesekan dengan bagian yang diam, misalnya antara. ,sudusudu jalan turbin dengan sudu-sudu tetap yang menempel pada rumah turbin. Apabila turbin sedang berbeban penuh kemudian terjadi gangguan yang menyebabkan pemutus tenaga, (PMT) generator yang digerakkan turbin trip, maka turbin kehilangan beban secara mendadak. Hal ini menyebabkan putaran turbin akan naik secara mendadak dan apabila hal ini tidak dihentikan, maka akan merusak bagian-bagian yang berputar pada turbin maupun pada generator, seperti: bantalan, sudu jalan turbin, dan kumparan arus searah yang ada pada rotor generator. Untuk mencegah hal ini, aliran uap ke turbin harus dihentikan, yaitu dengan cara menutup katup uap turbin. Pemberhentian aliran uap ke turbin dengan menutup katup uap turbin secara mendadak menyebabkan uap mengumpul dalam drum ketel sehingga tekanan uap dalam drum ketel naik dengan cepat dan akhirnya menyebabkan katup pengaman pada drum membuka dan uap dibuang ke udara. Bisa juga sebagian dari uap di by pass ke kondensor. Dengan cara by pass ini tidak terlalu banyak uap yang hilang sehingga sewaktu turbin akan dioperasikan kembali banyak waktu dapat dihemat untuk start. Tetapi sistem by pass memerlukan biaya investasi tambahan karena kondensor harus tahan suhu tinggi dan tekanan tinggi dari by pass. Dari uraian di atas tampak bahwa perubahan beban secara mendadak memerlukan pula langkah pengurangan produksi uap secara mendadak agar tidak terlalu banyak uap yang harus dibuang ke udara. Langkah pengurangan fluksi dilakukan dengan mematikan nyala api dalam ruang bakar ketel dan mengurangi pengisian air ketel ini bahwa walaupun nyala api dalam ruang bakar padam, masih cukup banyak panas yang tinggal dalam ruang bakar untuk menghasilkan uap sehingga pompa pengisi ketel harus tetap mengisi air ke dalam ketel untuk mencegah penurunan level air dalam drum yang tidak dikehendaki. Mengingat masalah-masalah tersebut di atas yang menyangkut masalah proses produksi uap dan masalah-masalah pemuaian yang terjadi dalam turbin, sebaiknya PLTU tidak dioperasikan dengan persentase perubahan-perubahan beban yang besar. 46 Efisiensi PLTU banyak dipengaruhi ukuran PLTU, karena ukuran PLTU menentukan ekonomis tidaknya penggunaan pemanas ulang dan pemanas awal. Efisiensi thermis dari PLTU berkisar pada angka 35-38%. 4.3 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS-UAP (PLTGU) PLTGU merupakan kombinasi PLTG dengan PLTU. Gas buang dari PLTG yang umumnya mempunyai suhu di atas 4000C, dimanfaatkan (dialirkan) ke dalam ketel uap PLTU untuk menghasilkan uap penggerak turbin uap. Dengan cara ini, umumnya didapat PLTU dengan daya sebesar 50% daya PLTG. Ketel uap yang digunakan untuk memanfaatkan gas buang PLTG mempunyai desain khusus untuk memanfaatkan gas buang di mana dalam bahasa Inggris disebut Heat Recovery Steam Generator (HRSG). 4.3.1 Prinsip Kerja Dalam operasinya, unit turbin gas dapat dioperasikan terlebih dahulu untuk menghasilkan daya listrik sementara gas buangnya berproses untuk menghasilkan uap dalam ketel pemanfaat gas buang. Kira-kira 6 (enam) jam kemudian, setelah uap dalam ketel uap cukup banyak, uap dialirkan ke turbin uap untuk menghasilkan daya listrik. Bagian-bagian penting dari PLTGU adalah : 1) Turbin gas 2) HRSG (Heat Recovery Steam Generator) 3) Turbin Uap dan alat-alat bantu lainnya Secara sederhana cara kerja PLTGU dapat dijelaskan dengan gambar 4.3. Gambar 4.3 Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) 47 Gambar 4.4 Skema sebuah Blok PLTGU yang terdiri dari 3 unit PLTG dan sebuah unit PLTU Keterangan : Header uap ; Pr : Poros;TG: Turbin Gas; KU :Ketel uap; GB: Gas Buang; Kd: Kondensor; HA : Header Air; TU: Turbin Uap; Generator; P : Pompa Karena daya yang dihasilkan turbin uap tergantung kepada banyaknya gas buang yang dihasilkan unit yaitu kira-kira menghasilkan 50% daya unit PLTG, maka dalam mengoperasikan PLTGU ini, pengaturan daya PLTGU dilakukan dengan mengatur daya unit PLTG, sedangkan unit PLTU mengikuti saja, menyesuaikan gan gas buang yang diterima dari unit PLTG-nya. Perlu diingat bahwa selang waktu untuk pemeliharaan unit PLTG lebih pendek daripada unit PLTU sehingga koordinasi pemeliharaan yang baik dalam suatu blok PLTGU agar daya keluar dari blok tidak terlalu banyak berubah sepanjang waktu. Ditinjau dari segi efisiensi pemakaian bahan bakar, PLTGU tergolong sebagai unit yang paling efisien dari unit-unit termal (bisa mencapai angka di atas 45%). 4.3.2 EFFISIENSI PLTGU Apabila : Effisiensi PLTG – Eta (GT) Maka untuk 1 (satu) satuan kalor bahan bakar, dapat dihasilkan energi listrik sebesar Eta (GT). Dengan mengabaikan rugi-rugi lain pada PLTG adalah 1 – Eta (GT). Apabila semua kalor tersebut dapat dipergunakan oleh siklus tenaga uap dan dimisalkan effisiensi siklus tenaga uap adalah effisiensi PLTU = Eta (ST). 48 Maka energi listrik yang dihasilkan pada siklus tenaga uap adalah Eta (GT) x (1-Eta (GT)), dan energi yang dihasilkan oleh siklus PLTGU adalah : Eta (COMBI) = Eta (GT) + Eta (ST) x (1 – Eta (GT)) = Eta (GT) + Eta – (Eta (GT) x Eta (ST)) Jadi Effisiensi PLTGU adalah : Eta (COMBI) = Eta (GT) + Eta (ST) – Eta (GT) x Eta (ST) Sebagai contoh : Effisiensi PLTG = Eta (GT) = 34% Effisiensi PLTU = Eta (ST) = 26% Maka Effisiensi PLTGU = 51% 4.3.3 HRSG (HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR) HRSG berfungsi untuk menangkap kalor yang diterima dari gas buang PLTG kemudian memberikan kalor tersebut kepada air sehingga menjadi uap yang digunakan untuk menggerakkan turbin uap dan generator. Seperti halnya Boiler, HRSG terdiri dari (lihat Gambar 4.5) Gambar Gambar 4.5 Diagram PLTGU dengan HRSG Single Pressure 4.3.4 KONDENSOR Faktor yang besar pengaruhnya terhadap effisiensi siklus tenaga uap adalah tekanan pada kondensor. Pengaruh tekanan kerja tersebut ditunjukkan pada gambar 12. Pada kurva atas ditunjukkan pengaruh tekanan kerja kondensor terhadap effisiensi semakin rendah tekanan kerja kondensor semakin tinggi effisiensi siklus (biasanya tekanan kerja kondensor diatas 0,04 bar). 49 Gambar 4.6 Kondensor 4.3.5 PLTGU DENGAN HRSG BERTEKANAN TINGGI Diagram pada gambar 16 menunjukkan proses PLTGU dengan HRSG bertekanan tunggal. Udara atmosfir ditekan pada compressor dan dicampur dengan bahan bakar kemudian terbakar dan menghasilkan temperatur tinggi (…… - 11000C) pada ruang bakar. Gas dengan tekanan dan temperatur tinggi tersebut dipergunakan untuk menggerakkan turbin gas dan generatorsehingga menghasilkan tenaga listrik. Gas buang yang keluar dari turbin gas masih bertemperatur tinggi dengan tekanan diatas tekanan atmosfir. Gas buang ini disalurkan ke HRSG dan pada HRSG tersebut terjadi perpindahan kalor dari gas buang ke air/uap. 4.3.6 PLTGU DENGAN HRSG BERTEKANAN GANDA Effisiensi thermal dapat ditingkatkan dengan merubah HRSG menjadi bertekanan ganda. HRSG bertekanan ganda dihubungkan dengan turbin uap bertekanan ganda seperti pada gambar 4.7. Gas buang turbin gas dimasukkan ke dalam HRSG yang mempunyai penukar panas bertekanan tinggi dan penukar panas bertekanan rendah untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi dan uap bertekanan rendah. Pada siklus ini kontribusi dari turbin uap tidak ditujukan untuk meningkatkan effisiensi akan tetapi dipergunakan untuk menjaga agar temperatur air masuk ke HRSG tidak terlalu rendah. Pertimbangan thermodinamis menginginkan agar air pengisi masuk ke HRSG dalam temperatur yang serendah-rendahnya agar gas buang keluar dari HRSG dalam temperatur serendah-rendahnya pula. Akan tetapi temperatur yang sangat rendah akan meningkatkan 50 laju koresi pada sisi dingin, sehingga untuk mencegahnya dicampurkan uap ekstraksi dari turbin uap. Gambar 4.7 Pembangkit daya Siklus Gabungan 4.4 CO GENERATION 4.4.1 Pengertian CoGeneration Cogeneration adalah nama baru untuk teknologi yang sudah dimanfaatkan sejak tahun 1800an. Dalam pengertian yang lebih luas, cogeneration adalah produksi yang bersamaan dari uap atau cairan panas lainnya dan gas bersama-sama dengan listrik dengan satu peralatan konversi energi. Perbedaan fundamental antara alat konversi energi konvesional dengan cogeneration adalah bahwa pada sistem konvesional hasil yang diproduksi hanya semata-mata listrik atau uap saja, sedang pada sistem cogeneration keduanya diproduksi sekaligus bersamaan dengan penghematan energi. Suatu peralatan cogeneration dalam memproduksi listrik dan uap dengan bahan bakar yang kurang 10 — 30% dari yang dibutuhkan suatu pembangkit energi konvensional. Pada awal tahun 1900-an, di Amerika Serikat, pembangkit listrik dan uap untuk industri dalam jumlah besar dihasilkan dan pembangkit cogeneration. Hal ini berubah, setelah pada tahun 1920-an tersedia jaringan listrik yang menawarkan biaya tenaga listrik yang relatif lebih murah. Hal tersebut memberikan intensif ekonomi kepada industri untuk meningggalkan fasilitas cogeneration. Kecendrungan ini tetap berlaku sampai saat ini. 51 Cogeneration adalah alternatif sumber energi yang dapat bertahan terus karena potensi penghematan energi yang dihasilkan. Konsep ini membutuhkan pengaturan kerja teknis, ekonomis dan kelembagaan antara industri, penyedia utilitas dan kota. 4.4.2 Sistem Konversi energi Terdapat banyak sekali peralatan konversi energi yang dapat dimanfaatkan sebagai bangunan cogeneration. Pertimbangan penting dan suatu sistem cogeneration adalah perbandingan tenaga listrik dan tenaga uap yang akan diproduksi. Angka ini hendaknya hampir sama dengan kebutuhan listrik dan uap dan pasar yang akan dilayani. Bilamana terdapat kelebihan dan energi yang tidak dapat dimanfaatkan, maka konsep cogeneration tidak bermanfaat dan tidak dapat diteruskan. Pertimbangan lain dari suatu sistem cogeneration adalah fleksibel pemanfaatkan berbagai jenis bahan bakar tersebut. Terdapat dua konsep cogeneration : topping cycle ( daur atas) dan bottoming cycle (daur bawah), Instalasi daur atas memanfaatkan peralatan konversi energi untuk pertamatama membangkitkan tenaga listrik dan kemudian memanfaatkan energi panas untuk pembuatan uap. Sistem konversi energi yang dimanfaatkan sistem daur atas, antara lain mesin disel, turbin gas, tenaga uap dan lain-lain. Suatu instalasi daur bawah tidak menggunakan peralatan energi, tetapi memanfaatkan panas terbuang untuk pembangkit tenaga listrik. Sistem konversi energi yang menggunakan daur bawah adalah pembangkit tenaga uap dan mesin organik Rankine. Setiap pasar energi dengan sistem cogeneration mempunyai rasio yang unik antara kebutuhan listrik dan kebutuhan uap, Untuk industri yang intensif, rasio yang umum adalah 50:1 (50 kW listrik untuk setiap seribu pon-pound uap). Banyak dari sistem konversi yang sebelumnya disebut mampu memberikan rasio yang lebih tinggi (misalnya memproduksi listrik yang berlebihan bila semua kebutuhan uap dapat dipenuhi dari sistem cogeneration). Hal ini merupakan pembanding yang penting dalam memilih peralatan cogeneration, karena setiap kelebihan tenaga listrik hendaknya dapat dijual kepada konsumen lokal, agar dihasilkan suatu skala ekonomi yang baik. Bilamanana hal tersebut tidak mungkin, proyek dapat menemui kesulitan ekonomi. Berbagai jenis sistem konversi energi, hubungannya dengan cogeneration, rasio listrik-uap, dan bahan bakar yang digunakan, akan dijelaskan secara singkat berikut ini. 52 4.4.3 Berbagai Sistem Konversi Energi Dengan Cogeneration 4.4.3.1 Mesin diesel Mesin disel adalah mesin pembakar dalam yang dimanfaatkan secara meluas dalam bidang transportasi, alat berat dan sebagai listrik untuk memenuhi kebutuhan puncak. Mesin jenis ini dapat dimanfaatkan sebagai alat cogeneration type daur atas, dimana mesin membangkitkan tenaga listrik dan dan gas buangan digunakan untuk memproses uap (Gambar 1).   Kapasitas mesin berkisar antas 0 sampai 25 MW Rasio listik — uap diperkirakan 400: 1, bilamana semua industri yang memelukan uap dihasilkan dan mesin disel, maka kebutuhan listrik yang berlebihan dapat  dimanfaatkan untuk keperluan utilitas lainnya. Mesin jenis ini memerlukan bahan bakar dalam bentuk cair, misalnya bahan bakar disel, etanol dan metanol. Gambar 4.8 Cogeneration diesel 4.4.3.2 Turbin gas Turbin gas digunakan sangat intensif di dalam kegiatan industri, mesin pesawat terbang dan sebagai pembangkit listik untuk memenuhi kebutuhan puncak,. Peralatan yang ada antara lain sebuah kompressor, ruang bakar dan turhin. Bahan bakar di bakar di dalam 53 ruang bakar yang kemudian memanaskan udara yang ditekan dan kompressor, ruang bakar dan turbin. Bahan bakar di bakar didalam ruang bakar yang kemudian memanaskan udara yang ditekan dari kompressor. Gas yang telah dipanaskan mengembang dan melalui turbin yang menghasilkan listrik. Proses ini dikenal sebagai daur Brayton, penamaan menggunakan penemunya, George Brayton. Dimanfaatkan sebagai peralatan cogeneration type daur atas, panas diambil dan gas buangan dan dimanfaatkan untuk memproses uap. (Lihat Gambar 2).   Kapasitas pembangkit berkisar antar 0,5 sampai 75 MW Rasio perbandingan listrik — uap adalah 200 1. sama halnya dengan pembangkit listrik disel, bilamanana kebutuhan uap dari industri dihasilkan melalui turbine gas, maka listrik yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan  utilitas industri dan permukiman disekitarya. Kekurangannya, ialah bahwa bahan bakar yang dibutuhkan adalah bahan bakar minyak, termasuk gas alam, gas sintetis dengan Blu rendah, etanol dan metanol. Gambar 4.9 Cogeneration Turbin Gas 4.4.3.3 Combined cycle Pembangkit jenis ini juga menggunakan turbin gas Brayton. Perbedaan dengan cogeneration sebelumnya ialah pemanfaatan panas dan buangan gas tidak untuk pembuatan yang langsung dimanfaatkan dalam bentuk uap, tetapi uap tadi digunakan 54 untuk pembangkitkan lagi tenaga listrik. Untuk keperluan tersebut, maka perlu tambahan bahan bakar untuk dicampur dengan gas yang kaya oksigen yang berasal dari pembuangan turbin gas pertama (Lihat Gambar 3).    Kapasitas jenis ini berkisar antar 1 sampai 150 MW Sistem ini menghasilkan rasio listrik uap sebesar 150: 1 Turbin gas membutuhkan gas dan bahan bakar cair. Untuk keperluan tambahan bahan bakar, berbagai sumber energi lain dapat dimanfaatkan, misalnya bahan bakar fosil, sampah, kayu, gambut dan lain-lain. Gambar 4.10 Cogeneration Combined Cycle 4.4.3.4 Tenaga Uap Pembangkit listrik tenga uap, merupakan pembangkit listrik yang paling banyak digunakan untuk beban dasar listrik perkotaan. Sistem ini juga dikenal dengan Rankine cycle, sesuai nama penemunya. Komponen utama pembangkit jenis ini adalah sebuah furnace, ketel, generation turbin dan kondensor (Gambar 4). Pemanasan mengakibatkan aliran air menjadi uap di dalam ketel. 55 Gambar 4.11 Cogeneration Pembangkit Listrik Konvensional Rangkine Kekuatan dari uap yang mengembang diarahkan untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik. Setelah melewati turbin, uap yang telah dimanfaatkan dikondensasikan kembali menjadi air dan dimanfaatkan kembali menjadi air dan dimanfaatkan kembali melalui ketel. Lebih 60% nilai energi dan bahan bakar dilepas ke atmosfir sebagai limbah panas pada saat kondensasi. Polusi panas yang potensil ini dapat dimanafaatkan sebagai sumber panas untuk cogeneration. Bila sistem cogeneration ini dimanfaatkan, maka turbin konvensional perlu diperbaiki. Ada dua metode yang dapat dilakukan dengan turbin ekstraksi (Ekstraction turbines,) dan turbin tekanan balik (Back-pressure turbines). Turbin Ekstraksi Semua uap yang berasal dan ketel masuk ke dalam turbin dengan suhu tinggi dan tekanan, sebagaimana di dalam pembangkit konvensional. Sebagian dan uap setelah energinya dimanfaatkan dalam proses pemutaran dan pembangkitan, diekstraksi melalui turbin. Uap yang diekstraksi dapat digunakan untuk panas, uap dan pemanas di sekitar lokasi, Uap yang tidak diektraksi dikondensasikan sebagaimana pada proses konvensional (lihat Gambar 4.12). 56 Gambar 4.12 Cogeneration Turbin Ekstraksi Turbin Tekanan Balik Uap yang melalui turbin dimanfaatkan sepenuhnya untuk memproses panas, uap atau pemanas di sekitar lokasi pembangkit. Konsep ini menghilangkan kebutuhan kondenser dan menghasilkan uap dalam jumlah yang besar dalam hubungan dengan listrik yang dihasilkan. Dengan alasan ini, turbin tekanan balik banyak diminati oleh industri.   Kapasitas pembangkit berkisar antara 1 sanipai 600 MW Rasio listrik terhadap uap adalah 45 sampai 75: 1. Rentan ini merupakan rentan umum dimana industri dapat bekerja intensif dengan sumber daya listrik yang besar. Juga dengan hasi uap dalam jumlah besar, energi tersebut dapat  dimanfaatkan dengan baik untuk pemanasan di daerah sekitar pembangkit. Bahan bakar yang digunakan fleksibel, temasuk bahan bakar padat, cair, gas, panas bumi, tenaga surya dan lain-lain. 57 Gambar 4.13 Cogeneration Turbin Tekanan Balik 4.4.3.5 Fuell Cells Suatu fuell cells mengkonversikan energi kimiawi dari suatu bahan bakar menjadi arus searah tanpa perantaraan pembakaran atau panas. Sistem ini terdiri dan prosesor, bagian pengolahan tenaga, dan pengaturan tenaga (Gambar x). Prosesor akan membuat bahan bakar padat, cair atau gas yang diperkaya dengan hydrogen yang dengan campuran udara (oxigen) menghasilkan tenaga listrik searah dan panas. Pengatur tenaga mengubah tenaga listrik arus searah menjadi arus bolak balik yang dapat disalurkan melalui jaringan. Inti dari sistem ini adalah fuel cells yang terdiri dan zat elektrolit asam fospor yang disusun diantara dua elektode, Hydrogen yang melewati satu elektrode, dan oksigen melalui bagian Iainnya. Dengan sebuah katalisator, hidrogen dan oksigen melalui reaksi kimia, akan menjadi air, panas dan arus listrik. Panas yang terbuang dapat dimanfaatkan sebagi panas untuk prosesor dan/atau untuk memproses panas dan uap dalam sistem cogeneration daur atas. Peralatan konversi tenaga konvensioil sangat efisien (sekitar 30 sampai 35%) pada kapasitas pembangkitannya, tetapi kurang efisien (sekitar 30 sampai 35%) pada kapasitas pembangkitannya, tetapi kurang efisien bila kapasitannya dikurangi. Oleh karena fuel cells terdiri dan banyak sel kecil yang bersifat individu, efisiensinya tidak tergantung pada ukutan. Suatu pembangkit yang kecil yang bersifat individu, efisiensinya tidak tergantung pada ukuran. Suatu pembangkit yang kecil dapat seefisien pembangkit yang 58 besar dengan angka efisien berkisar 38 sampai 45%. Fuel cells ukuran komersil belum tersedia. Sebuah pembangkit tenaga listrik kapasitas 4,5 MW baru merupakan percobaan, yang dibangun oleh DOE, Amerika Serikat.   Capasitas pembangkit akan berkisar 1 sampai 150 MW Rasio listrik-uap diperkirakan sebesar 300:1, tetapi sebagian uap yang dihasilkan dapat digunakan oleh prosesor. Jadi, dengan bersandar pada konsep cogeneration, maka pembangkit ml akan sesuai dimana kebutuhan listrik yang besar dan kebutuhan pemanasan yang rendah. Gambar 4.14 Cogeneration Fuel Cells 4.4.3.6 Steam Waste Boilers Pembangkit listrik jenis ini bekerja dengan prinsip yang sama dengan pembangkit Listrik tenaga uap Rankine. Perbedaaannya adalah sumber energi berasal dan panas yang terbuang (waste heat source,). Sebagai sistem cgeneration daur bawah, hasil utamanya adalah listrik .    Kapasitas pembangkit berkisar antar 0,5 MW sampai 10 MW Sumber panas yang sesuai berasal dan panas buangan yang berasal dan industri misalnya, pembakaran batu bata, tungku peleburan kaca dan lain-lain. Uap yang telah digunakan melalui turbin energi simpannnya mungkin terlalu rendah untuk dimanfaatkan seterusnya. 59 4.4.3.7 Potensi Pasar Penghematan energi dari cogeneration merupakan salah satu alternatif untuk penghematan energi. Untuk mencapai hal tersebut, diperlukan kerja sama yang baik antara pihak industri, penyedia energi dan pemerintah. Beberapa issu teknis, ekonomis dan kelembagaan akan mempengaruhi kerja sama tersebut agar upaya ini dapat berhasil dengan baik. Disisi industri, ketersediaan bahan bakar dan fleksibilitasnya, merupakan dua hal yang akan memungkinkan pemilihan cogeneration. Berbagai tawaran untuk industri dalam mempertimbangkan sistem ini, antara lain:  Industri dapat menghasilkan semua kebutuhan uapnya dan kebutuhan dasar listriknya. Kebutuhan listrik puncak dan cadangan, dapat dibeli dan penyedia   tenaga listrik setempat. Kelebihan tenaga listrik yang diproduksi untuk industri, dapat dijual kepada pengguna setempat. Semua kebutuhan tenaga listrik dan uap disediakan oleh industri Dengan berbagai ragam pilihan tersebut diatas, suatu kegiatan industri harus mengevaluasi sendiri tujuannya, kriteria investasi, dan sumber pembiayaan untuk dapat menentukan strategi dalam pemilihan cogeneration. Beberapa pertanyaan dasar yang perlu dikaji, antara lain:      Cogeneration belum merupakan teknologi yang sudah luas dikenal, dan oleh karena itu memerlukan pendidikan. Tanggung jawab manejemen akan bertambah, karena mereka akan mengelola sumber daya energi yang lebih rumit. Resiko pertambahan kebutuhan listrik dapat terjadi akibat tidak tersedianya sumber daya yang terpercaya. Peralatan cogeneration membutuhkan investasi modal yang lebih besar dan biaya operasi serta penawaran yang juga lebih besar. Daya terpasang cadangan yang disiapkan oleh penyedia energi harus dievaluasi kembali. 60  Kelebihan energi listrik yang dihasilkan oleh suatu industri mempunyai nilai lebih untuk penyedia tenaga listrik, apabila tersedia pada saat dibutuhkan, umumnya pada jam puncak dalam satu hari. Untuk mendapatkan manfaat kelebihan energi listrik yang tersedia, industri hendaknya bersedia menyesuaikan jam kerja, yaitu memaksimalkan pemakaian energi pada siang hari, dan meminimumkannya pada  malam hari. Untuk pemakaian sistem cogeneration yang lebih bermanfaat, kebutuhan uap seharusnya lebih besar dan 50.000 pon/jam, pemakaian tidak terlalu berfluktuasi, dan dengan faktor kapasitas sebesar 70% (atau berproduksi selama 6.000  jam/tahun). Penggunaan sistem cogeneration akan mengurangi emisi polusi udara. Hal ini akan lebih bermakna bilaman pada daerah dimana akan dibangan sistem cogeneration aturan standar buangan polusi lebih kecil dan daerah lainnya. . 61 62 63