Prospek Turbin Gas Kedepan
-
Upload
gigih-prasetiyo -
Category
Documents
-
view
61 -
download
11
description
Transcript of Prospek Turbin Gas Kedepan
3.14
Prospek Turbin Gas Kedepan
Gigih Prasetiyo 4212100099
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111
1. Introduction
Pada saat ini krisis keuangan global mempengaruhi industri pembangkit tenaga listrik dalam banyak hal khusunya di Indonesia, terlebih lagi pada tahun 2015 nanti pemerintah berencanan menaikkan tarif listrik bagi pelanggan industry besar secara bertahap. Tentunya nanti akan semakin berkurang apabila pembangkit tenaga listrik saat ini masih bergantung pada solar dan batubara. Saat ini produksi gas alam menigkat sebesar 82 % dalam sepuluh tahun akhir, terutama untuk memenuhi kebutuhan pembangkit listrik yang semakin lama semakin meningkat.
2. Isu-isu kebutuhan gas turbin.
Dalam dinamika perkembangan dunia yang semakin lama semakin maju, membuat kebutuhan masyarakat semakin meningkat, dampaknya pun signifikan. Kebutuhan hidup manusia akan listrik semakin lama semakin meningkat hal ini dengan dibuktikannya barang-barang elektronik yang semakin menjamur sampai menembus masyarakat. Khusunya di Indonesia sebagai salah satu negara konsumen barang elektronik tak lepas dari kebutuhan akan listrik. Namun suplai listrik di dalam negeri belum cukup untuk memenuhi kebutuhan listrik di seluruh Indonesia. Hal ini dikarenakan terbatasnya bahan bakar yang digunakan selama ini seperti solar. Jika tidak segera diantisipasi maka semakin lama semakin kita tidak dapat merasakan manfaat dari listrik. Sebenarnya di negara maju sudah mendirikan beberapa pembangkit listrik yang lebih maju dalam hal pengembangan teknologi. Untuk itu kita perlu belajar dari negara-negara tersebut untuk mengimplementasikan sistem pembangkit listrik meggunakan turbin gas dengan dikombinasikan teknologi canggih saat ini. Namun masih ada beberapa kendala mengenai hal tersebut terkait isu-isu kedepan yakni :
Ketahanan Energi
Bahan bakar altenatif
Performa sistem turbin gas
Efisiensi dari turbin gas
Polusi udara yang dihasilkan dari turbin gas
Kebisingan dan dampak terhadap air.
Turbin Uap
2
Ketahanan Energi Ketahanan energi adalah hubungan antara keamanan nasional dan ketersediaan sumber daya alam untuk konsumsi energi. Akses ke energi murah telah menjadi penting untuk fungsi ekonomi modern. Namun, tidak meratanya distribusi pasokan energi antar negara telah menyebabkan kerentanan yang signifikan. Bahan bakar alternatif
Penyebaran teknologi terbarukan biasanya meningkatkan keragaman sumber listrik , memberikan kontribusi untuk fleksibilitas sistem dan ketahanan terhadap guncangan pusat. Untuk negara-negara di mana tumbuh ketergantungan pada gas yang diimpor adalah masalah ketahanan energi yang signifikan, teknologi terbarukan dapat memberikan alternatif sumber tenaga listrik serta menggusur permintaan listrik melalui produksi panas langsung. Biofuel terbarukan untuk transportasi merupakan sumber utama diversifikasi dari produk minyak bumi. Sebagai sumber daya yang telah begitu penting untuk kelangsungan hidup di dunia untuk hari ini mulai menurun dalam jumlah, negara akan mulai menyadari bahwa kebutuhan untuk sumber bahan bakar terbarukan akan sama pentingnya seperti biasa. Dengan produksi jenis baru energi, termasuk matahari, panas bumi, hidro-listrik, biofuel dan tenaga angin. Dengan jumlah matahari yang hits dunia dalam satu jam ada energi yang cukup untuk menyalakan dunia selama satu tahun. Dengan penambahan panel surya di seluruh dunia tekanan sedikit kurang diambil dari kebutuhan untuk memproduksi lebih banyak minyak. Polusi udara yang dihasilkan turbin gas Ketika membangun proyek industri gas turbin ada beberapa masalah yang ditimbulkan mengenai polusi udara, berikut polusi udara yang dihasilkan turbin gas meliputi
Nitrogen Oxides (NOX)
Carbon Monoxide (CO)
Volatile Organic Compounds (VOC)
Particulate Matter (PM)
Sulfir Dioxide (SO2)
Sulfuric Acid (H2SO4)
Ammonia
Formaldehyde
Prospek Turbin Gas Kedepan
3
Namun dalam pengembangan proyek industri turbin gas hal tersebut bisa ditangani dengan metode-metode saat ini. Dan telah dikeluarkannya regulasi untuk mengurangi polusi-polusi udara yang bisa merusak lingkungan.
Polusi Udara Metode penanganan Batas emisi
NOX Dry Low-NOX Combustor Se;ective Catalytic Reduction
3,5 ppmdv @15 % O2
CO Oxidation Catalyst 4,0 ppmdv @ 15% O2
SO2 0,003% sulfur in natural gas 4,5 lbs /h
PM Natura Gas Fuel 30,5 lbs/h
VOC Oxydation Catalyst 1,2 ppmdv @15 % O2
H2SO4 0,003% sulfur in natural gas 2,8lbs/h
NH3 - 10 ppmdv
Tabel 1 Metode kontrol polusi udara turbin gas Perkembangan Industri Turbin Gas Kedepan Turbin gas telah mengalami perubahan yang cepat dalam hal peningkatan ukuran dan efisiensi listrik dan termal, fleksibilitas bahan bakar, keandalan dan ketersediaan dan ramah lingkungan. Selain katering untuk panas dan tenaga aplikasi gabungan untuk industri,
Turbin Uap
4
turbin gas juga menemukan permintaan di sektor utilitas. Sebagian besar pembangunan diperkirakan akan berlangsung dalam bentuk gabungan pembangkit listrik siklus. Dimana beberapa tipe industri dari gas turbine terbagi sebagai berikut :
Simple Cycle
New Gas Combine Cycle
Combine cyle repowering
Utility Coal Gasifications
Large Industrial Cogeneration
Oilsands Gasification
Pipeline Compression, LNG
Small Industrial Cogeneration
Municipal District Energy
Micro-T Distributed Power and Heat
Waste Heat Recovery
Process Off Gas Recovery, Biofuel
2.1 Simple Cycle
Simple Cycle Combustion Turbine adalah tipe dari gas turbin yang banyak digunakan pada industry power. Prinsip kerja yang dilakukan yaitu mengkuti Siklus Brayton yang hanya menggunakan satu daya siklus. Untuk aplikasi pembangkit listrik ini biaya investasi lebih murah daripada tipe gas turbin lainnya yaitu US $ 500/550/kW, kekurangan dari simple cycle ini yaitu mempunyai efisiensi termal yang rendah.
Gambar 1 Simple Cycle Industries
2.2 New Gas Combine Cycle
Prospek Turbin Gas Kedepan
5
New gas combine cycle adalah system siklus gabungan dimana pada system tersebut terdiri dari satu turbin gas, satu turbin uap, satu generator dan satu heat recovery steam generator, dengan turbin gas dan turbin uap digabungkan ke generator tunggal dalam susunan tandem poros tunggal. Untuk lebih jelasnya terdapat pada konsep gambar. Secara umum combine cycle ini memiliki efisiensi 50 %. Kebanyakan unit combine cycle memiliki puncak efisiensi steady state sebesar 55-59%. Namun dalam perkembangannya perusahaan Siemens AG pada Mei 2011 telah mengumumkan bahwa produksi combine cycle buatannya sudah mencapai efisiensi bersih 60,75 %.
Gambar 2 Sistem new gas combine cycle
¶(14pt) 2.3. Combine Cycle Repowering ¶(6pt)
Combine Cycle Repowering adalah suatu system turbin gas dimana daya sisa yang dihasilkan turbin gas digunakan lagi untuk memutar generator. Dalam kasus ini beberapa peneliti membuat system combine cycle repowering terbagi menjadi 2 yaitu:
Fully Fired Combined Cycle Repowering Desain konsep dari fully fired combined cycle repowering yaitu turbin gas dipasang kemudian disambungkan dengan boiler kemudian dari boiler dihubungkan ke turbin uap yang disambungkan dengan generator. Untuk visualisai bisa dilihat pada gambar. Dari dibuatnya fully fired combine cycle repowering ini dapat meningkatkan efisiensi sekitar 10 %.
Turbin Uap
6
Gambar 3 process fully fired combine cycle repowering
Heat Recovery Combined Cycle Repowering
Desain konsep dari heat recovery combined cycle repowering yaitu boiler yang telah dipasang, diganti dengan highly efficient gas turbine dan heat recovery steam generator. Untuk visualisasinya bisa dilihat pada gambar. Dari dibuatnya heat recovery combined cycle repowering ini dapat meningkatkan efisiensi sebesar 33
Gambar 4 Process heat recovery combine cycle repowering
Prospek Turbin Gas Kedepan
7
2.4 Utility Coal Gasification ¶(6pt)
Teknologi yang menggunakan gasifier untuk mengubah batubara dan bahan bakar berbasis karbon lainnya menjadi gas gas-sintesis (syngas). Kemudian menghilangkan kotoran dari syngas sebelum dibakar. Beberapa polutan tersebut, seperti belerang, dapat diubah menjadi produk sampingan dapat digunakan kembali. Hal ini menyebabkan emisi yang lebih rendah sulfur dioksida, partikulat, dan merkuri. Dengan peralatan proses tambahan, karbon dalam syngas bisa digeser ke hidrogen melalui reaksi pergeseran air-gas, sehingga hampir karbon bahan bakar gratis. Karbon dioksida yang dihasilkan dari reaksi pergeseran dapat dikompresi dan disimpan. Kelebihan panas dari pembakaran primer dan syngas dipecat generasi kemudian diteruskan ke siklus uap, mirip dengan turbin gas siklus gabungan. Hal ini menyebabkan peningkatan efisiensi dibandingkan dengan batubara bubuk konvensional. Masalah utama bagi utility coal gasification adalah biaya modal yang tinggi, diatas $ 3.593 / kW.
Gambar 5 Process Utility Coal Gasification
Turbin Uap
8
Gambar 6 Coal gasification industries
2.5 Large Industrial Cogeneration ¶(6pt)
Secara definisi Cogeneration adalah produksi simultan energy listrik dan panas dari bahan bakar tunggal. Dengan menggunakan output dan limbah dari suatu proses sebagian masukan untuk proses lainnya, system kogenerasi memiliki potensi untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar, mengurangi biaya energy, mengurami gas rumah kaca, dan mengurangi rilis ozon chlorofluorocarbons dari unit pendingin udara. Manfaat kogenerasi dimaksimalkan ketika produksi listrik maksimal dan kebutuhan beban termal. Jika output termal yang dibutuhkan lebih besar dari yang diperlukan, energy panas berlebih yang dihasilkan bisa digunakan untuk menghasilkan listrik lebih banyak. Untuk mengintegrasikan sumber energy didistribusikan ke jaringan listrik, mungkin memerlukan transmisi dan system distribusi, banyak pihak yang harus bekerja sama dalam pengembangan dan pengopearsian fasilitas industry kogenerasi ini termasuk pembangkit listrik.
Prospek Turbin Gas Kedepan
9
Gambar 7 Industrial Cogeneration
Gambar 8 Process Industrial Cogeneration
Turbin Uap
10
2.5 Oil Sands Gasifications
Oilsands Gasification adalah system turbin gas yang memanfaatkan sumber minyak yang di daratan sebagai bahan bakar untuk pemutar turbin gas. Definisi dari oil sands itu adalah sebuah minyak yang dihasilkan dari penambangan pasir yang didalamnya terdapat kandungan-kandungan minyak bumi. Sampai saat ini Negara yang mempunya cadangan oil sands yang terbesar yaitu dari Kanada, Kazakhstan, dan Rusia. cadangan oilsands akhir-akhir ini sudah termasuk cadangan minyak dunia.
Gambar 9 Industrial Oilsands Gasification
Prospek Turbin Gas Kedepan
11
Gambar 10 Process Oilsands Gasification
2.7 LNG
Liquefied Natural Gas adalah gas alam (metanan-CH4) yang didinginkan sampai suhu minus 160 derajat celcius pada tekanan atmosfer yang membuatnya menjadi zat cair. Dalam kandungannya liquefied natural gas setiap 1 kWH energy gas mengandung 446 gram CO2, 20-37% nitrogen oksida serta 57 % karbon dioksida dibandingkan dengan batu bara. Dalam kurun waktu 2001-2002, keseluruhan perdagangan LNG meningkat 13,7 m3 (6,3 juta ton) menjadi 246,6 juta m3 atau 5,9%. Permintaan LNG dunia cenderung meningkat dalam dua dasawarsa terakhir. Penyebab utamanya adalah karena LNG membutuhkan biaya transportasi yang lebih kecil dibandingkna dengan pendistribusian dalam bentuk gas. Pasar LNG dunia dikelompokkan ke dalam dua pasar utama yakni pasar Atlantik dan pasar Pasifik. Untuk wilayah Pasifik saja, pasar LNG yang didominasi oleh tiga Negara yakni Jepang, Taiwan, dan Korea. Saat ini semakin menigkatnya kebutuhan LNG yang signifikan, dan hal ini tentunya merupakan tantangan bagi Indonesia yang saat ini masih menjadi Negara pengekspor LNG terbesar di dunia. Pemerintah Indonesia telah mengeluarkan undang-undang nomor 22 Tahun 2001 yang dasarnya memberi peluang yang lebih besar bagi industry minyak gas dan bumi untuk meningkatkan ekplorasi dan eksploitasi.
Turbin Uap
12
No Negara Kapasitas Ekspor
MTPY (Million Ton Per Year)
Presentase (%)
1 Indonesia 26,45 23,42
2 Aljazair 20,53 18,18
3 Malaysia 14,95 13,24
4 Qatar 13,73 12,16
5 Australia 7,37 6,52
6 Brunei 6,82 6,04
7 Oman 6,33 5,60
8 Nigeria 5,84 5,17
9 Abu Dhabi 5,11 4,53
10 AS 1,33 1,17
11 Libya 0,5 0,44
Total Ekspor LNG Dunia 112,94 100,00
Tabel 2 Daftar kapasitas negara pengekspor LNG
No Negara Kapasitas Impor
MTPY (Million Ton Per Year)
Presentase (%)
1 Jepang 54,25 48,03
2 Korea 17,84 15,80
3 Perancis 10,57 9,36
4 Spanyol 10,26 9,09
5 AS 4,83 4,28
6 Taiwan 5,36 4,75
7 Turki 3,70 3,28
8 Belgia 2,72 2,41
9 Italia 2,55 2,26
10 Yunani 0,38 0,34
Total Impor LNG Dunia 112,94 100,00
Tabel 3 Daftar kapasitas negara pengimpor LNG
Prospek Turbin Gas Kedepan
13
Gambar 11 Proses LNG
Gambar 12 Industri LNG
Turbin Uap
14
2.8 District Energy
Distrik Energi adalah pendekatan yang diakui untuk memenuhi pemanasan, pendinginan dan kebutuhan air panas domestik bangunan, yang juga dapat mendukung persyaratan proses pemanasan industri lokal. Distrik energi berfungsi untuk mengelola kebutuhan termal konsumen energy pada tingkat bangunan dan di tingkat masyarakat. Sebagai sistem manajemen, distrik energi dapat membantu mengakomodasi dan memenuhi energi yang berbeda tuntutan bangunan dan industri yang menggunakan energi dalam jumlah yang berbeda. Dengan menghubungkan bangunan dan kegiatan industri bersama-sama melalui jaringan termal, distrik energi agregat kebutuhan energi yang berbeda-beda menjadi beban termal stabil yang dapat dikelola secara efisien. Distrik energi tidak harus bingung dengan pembangkit energy teknologi, karena tidak ada energi yang dihasilkan. Distrik energi menyediakan media yang memungkinkan untuk transfer energi. Media yang digunakan untuk energi transportasi dari pemasok energi untuk konsumen energi dapat uap, air panas atau air dingin. Sebuah sistem distrik energi dapat dirancang dengan energi pusat, serangkaian mini plant (kombinasi dari beberapa sistem yang lebih kecil), atau beberapa plant dihubungkan dengan pipa yang menyediakan ruang pemanas, air panas
Gambar 13 Distric Energy
Prospek Turbin Gas Kedepan
15
2.6 Micro Distributed Power Heat
mikro-CHP merupakan perluasan dari ide kogenerasi untuk single / multi- untuk kebutuhan rumah atau bangunan kantor kecil di kisaran 0,3 - 50 kW. Mikro-CHP memiliki efisiensi yang lebih tinggi karena tidak memiliki kerugian energi 8-10% saat mengangkut listrik jarak jauh dan kehilangan energi 10-15% pada perpindahan panas jarak jauh karena perbedaan antara pembawa energi panas (air) dan dingin lingkungan eksternal.
Dalam sistem CHP terutama dalam persoalan menghasilkan listrik dan panas sebagai produk sampingan; sistem mikro-CHP di rumah atau bangunan komersial kecil dikendalikan oleh panas-permintaan yang memberikan listrik sebagai produk sampingan. Ketika digunakan terutama untuk panas dalam keadaan berfluktuasi permintaan listrik, sistem mikro-CHP sering akan menghasilkan listrik lebih banyak daripada yang permintaan kebutuhan listrik.
Sebuah sistem mikro-CHP adalah mesin panas kecil (PLTU) yang menyediakan semua kekuatan untuk bangunan individu; pemanasan, ventilasi, dan pendingin udara, energi mekanik dan listrik. Ini adalah versi skala yang lebih kecil dari skema cogeneration yang telah digunakan dengan pembangkit tenaga listrik skala besar. Tujuannya adalah untuk memanfaatkan lebih banyak energi dalam bahan bakar. Alasan untuk menggunakan sistem tersebut adalah mesin panas yang mempunyai fungsi seperti pembangkit listrik tenaga uap yang menghasilkan tenaga listrik yang dibutuhkan untuk kehidupan modern dengan pembakaran bahan bakar, tidak sangat efisien. Karena teorema Carnot, mesin panas tidak bisa 100% efisien; tidak dapat mengkonversi mendekati semua panas dalam bahan bakar terbakar ke dalam bentuk yang berguna seperti listrik. Jadi mesin panas selalu menghasilkan surplus suhu rendah limbah panas, yang disebut "panas sekunder" atau "kelas rendah panas". Tanaman modern terbatas pada efisiensi sekitar 33-60% paling banyak, jadi 40-67% dari energi habis sebagai limbah panas. Di masa lalu energi ini biasanya terbuang ke lingkungan. Sistem kogenerasi, dibangun dalam beberapa tahun terakhir di negara-negara dingin iklim, memanfaatkan limbah panas yang dihasilkan oleh pembangkit listrik besar untuk pemanasan, pipa air hangat dari pabrik ke bangunan di masyarakat sekitar.
Gambar 14 Micro distributed power plant
Turbin Uap
16
2.6 Biofuel Gas Turbine
Biofuel gas turbine adalah turbin gas yang menggunakan bahan bakar biomassa. Biomassa ini bisa terdiri dari beberapa material yang hidup seperti pohon, akar, rumput, tanaman. Dalam perkembangannya biomassa ini bisa diubah ke dalam bentuk bahan bakar dengan beberapa tahapan yaitu :
Thermal conversion
Biological conversion
Mechanical conversion
Thermal conversion
Dalam proses thermal conversion masih ada beberapa tahapan lagi yang dibagi didalamnya yaitu :
1. Pyrolisis of biomass 2. Gasification 3. Combustion
Biological conversion
Dalam proses biological conversion masih ada beberapa tahapan lagi yang dibagi didalamnya yaitu :
1. Fermentation 2. Digestion
Mechanical Conversion
Minyak sayur langsung dapat diekstraksi dari biji minyak penggilingan ans / atau menekan. Minyak ini dapat dibakar karena mereka atau dikonversi menjadi FAME dengan esterifikasi atau hydrotreated ke HVO. Proses kimia yang saat ini prosedur yang lebih umum untuk mengekstrak minyak dari bahan tanaman karena merupakan metode yang lebih efisien.
Prospek Turbin Gas Kedepan
17
Gambar 15 Proses Biofuel Turbin Gas
Gambar 16 Industri Biofuel Gas Turbin
Turbin Uap
18
2.7 Waste Heat Recovery
Waste heat recovey adalah system turbin gas yang memanfaatkan pemulihan energi penukar panas yang pulih panas dari panas aliran dengan potensi kandungan energi tinggi, seperti gas buang panas dari generator diesel atau uap dari menara atau bahkan air limbah dari proses pendinginan yang berbeda pendinginan seperti pendinginan baja. Dibandingkan dengan turbin gas siklus sederhana, biaya yang lebih tinggi membangun pabrik combined cycle tidak selalu diimbangi dengan efisiensi yang lebih tinggi, terutama untuk plant ukuran kecil dan menengah. Kebutuhan untuk menggabungkan efisiensi tinggi siklus dikombinasikan dengan biaya rendah siklus sederhana telah meningkatkan minat dalam teknologi baru yang memungkinkan pemanfaatan kembali limbah panas internal dari turbin gas. Panas internal dapat dipulihkan melalui cairan kerja (bahan bakar, udara) atau cairan tambahan (biasanya air).
Gambar 17 Proses Waste Heat Recovery
Prospek Turbin Gas Kedepan
19
Gambar 18 Industri Waste Heat Recovery
Kesimpulan
Pada saat ini krisis keuangan global mempengaruhi industri pembangkit tenaga listrik dalam banyak hal khusunya di Indonesia, terlebih lagi pada tahun 2015 nanti pemerintah berencanan menaikkan tarif listrik bagi pelanggan industry besar secara bertahap. Tentunya nanti akan semakin berkurang apabila pembangkit tenaga listrik saat ini masih bergantung pada solar dan batubara. Untuk itu perlu adanya suatu kemajuan dalam proses pembangunan kelistrikan di Indonesia dalam pembangunan industri gas turbine. Dimana beberapa tipe industri dari gas turbine terbagi sebagai berikut :
Simple Cycle
New Gas Combine Cycle
Combine cyle repowering
Utility Coal Gasifications
Large Industrial Cogeneration
Oilsands Gasification
Pipeline Compression, LNG
Small Industrial Cogeneration
Municipal District Energy
Micro-T Distributed Power and Heat
Waste Heat Recovery
Process Off Gas Recovery, Biofuel
Turbin Uap
20
Daftar Pustaka
Bureau of Energy Efficiency, Ministry of Power, India. Energy Efficiency in Thermal Utilities. 2004
California Energy Commission. Kogenerasi Handbook. 1982 National Productivity Council. Assessing Kogenerasi potential in Indian Industries. 2002 Marsudi Djiteng, “Operasi Sistem Tenaga Listrik”, Penerbit Graha Ilmu, Yogyakarta, 2006. Miller, R. H. and James H. Malinowski. Power System Operation. Singapore: McGraw-Hill
International Editions, 1994. RM. Wilson, Steam Turbine Generator Design and Manufacture, Westinghouse Nuclear Power
Training Program, October 1994. Carapelluci Roberto, The Recovery of Exhaust Heat from Gas Turbines, University of L’Aquila
Italy. 2012