Makalah PLTU Batu Bara

makalah pltu batubara

disusun oleh : nama

kelompok

: abbie zalhafid ahmad faisal kamal delly ariansyah imroni mayoga robby alvianto

 jurusan / prodi

: pend.teknik mesin mesin s1 non reguler  reguler 

pendidikan teknik mesin 2011 fakultas teknik

universitas negeri jakarta

Pendahuluan A.Sejarah dasar PLTU dan BATUBARA Pada tahun 1831, setelah sebelas tahun melakukan percobaan, Michael Faraday dapat membuktikan prinsip pembangkitan listrik dengan induksi magnet. Dengan peragaan dijelaskan, bahwa bila kumparan atau penghantar memotong medan magnet yang berubah ubah akan terinduksi suatu tegangan listrik padanya. Kini rancangan semua mesin listrik adalah didasarkan pada buktinya tersebut. Kemudahan membangkitkan listrik secara induksi memunculkan perkembangan pembuatan dynamo dan pada tahun 1882 tersedia pasok listrik untuk publik di London. Pasokan ini diperoleh dari generator DC yang digerakkan dengan mesin bolak balik (reciprocating) yang dicatu dengan uap dari boiler  pembakaran manual. Sementara itu karena tuntutan permintaan kebutuhan rancangan unit pembangkit  juga berkembang dan kapasitasnya pun meningkat sehingga dibentuk organisasi untuk mengoperasikan system transmisi interkoneksi yang disebut pusat penyaluran dan pengatur beban. PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan, karena efisiensinya baik dan bahan bakarnya mudah didapat sehingga menghasilkan energy listrik yang ekonomis. PLTU merupakan mesin konversi energi yang merubah energy kimia dalam bahan bakar menjadi energy listrik. Penggunaan batubara memiliki sejarah yang panjang dan beragam. Beberapa ahli sejarah yakin bahwa batubara pertama kali digunakan secara komersial di Cina. Ada laporan yang menyatakan bahwa suatu tambang di timur laut Cina menyediakan batubara untuk mencairkan tembaga dan untuk mencetak uang logam sekitar tahun 1000 SM. Riwayat penambangan dan penggunaan batubara tidak dapat dipungkiri berkaitan dengan Revolusi Industri – produksi besi dan baja, transportasi kereta api dan kapal uap. Batubara juga digunakan untuk menghasilkan gas untuk lampu gas di banyak kota, yang disebut „kota gas‟. Proses pembentukan gas dengan menggunakan batubara ini menunjukkan pertumbuhan lampu gas di sepanjang daerah metropolitan pada awal abad ke-19, terutama di London. Penggunaan gas yang dihasilkan batubara untuk penerangan  jalan akhirnya digantikan oleh munculnya zaman listrik modern. Dengan perkembangan tenaga listrik pada abad ke-19, masa depan batubara sangat terkait dengan pembangkit listrik tenaga uap. Pusat pembangkit listrik tenaga uap yang pertama yang dikembangkan oleh Thomas Edison, mulai dioperasikan di Kota New York pada tahun 1882, yang mencatu daya untuk lampu-lampu rumah. Akhirnya pada tahun 1960-an, minyak akhirnya mengambil alih posisi batubara sebagai sumber energi utama dengan pertumbuhan yang pesat disektor transportasi. Batubara masih memainkan peran yang penting dalam kombinasi energy utama dunia, dimana memberikan kontribusi sebesar  23.5% dari kebutuhan energy utama dunia pada tahun 2002, 39% dari kebutuhan listrik dunia, lebih dari dua kali lipat sumber daya terbesar berikutnya, dan masukan penting sebesar 64% dari produksi baja dunia.

Cara Kerja PLTU Batubara 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. PLTU Batubara terbesar se-Asia Tenggara berkapasitas 2 x 1000 megawatt rencananya dibangun di Batang, Jawa Tengah dengan menggunakan teknologi terbaru dan pertama kali diterapkan Indonesia, yakni teknologi USC (Ultra Super Critical) dengan menggunakan peralatan penangkap sulfur (FGD) filter debu. Teknologi gasifikasi diklaim sebagai teknologi batubara yang bersih dan efisien. Diperkirakan di awal abad ke-21, PLTU-batubara dengan teknologi gasifikasi akan mengeluarkan 99 % lebih sedikit sulfur dioksida (SO2) dan abu terbang, serta 90 % kurang nitrogen oksida (NOx) dari PLTU-batubara masa kini. PLTU-batubara gasifikasi juga diperkirakan dapat menurunkan emisi karbon dioksida (CO2) dengan 35  – 40 %, menurunkan buangan padat dengan 40 – 50 % dan menghasilkan penghematan biaya daya 10 – 20 %. Karena memiliki cadangan batubara yang cukup besar, terutama yang berupa lignit, teknologi gasifikasi di masa mendatang menjadi sangat penting bagi Indonesia . Teknologi pencairan batubara masih banyak terganggu oleh biaya yang tinggi. Negara yang paling maju dalam bidang ini adalah Afrika Selatan yang memiliki beberapa pabrik batubara cair yakni “Sasol One” di Sasolburg, yang berproduksi sejak pertengahan 1950an, „Sasol Two‟ di kota Secunde yang berproduksi sejak tahun 1980, dan „Sasol Three‟, berproduksi sejak tahun 1982.Sayang, pembangkit listrik ini membuang energi dua kali lipat dari energi yang dihasilkan. Setiap 1000 megawatt yang dihasilkan dari pembangkit listrik bertenaga batubara akan mengemisikan 5,6 juta ton CO2 per tahun. CO2 merupakan salah satu penyebab utama global warming atau efek rumah kaca. Pakar energi Kadek Fendy Sutrisna menilai proses gasifikasi / batubara cair „belum‟ bisa mengurangi emisi gas karbondioksida dan „belum‟ bisa meningkatkan efisiensi bahan bakar. Walaupun PLTU dengan teknologi batubara bersih mampu mengurangi 90 % gas buangan dan abu terbangnya pada saat beroperasi, namun polutan selama proses pembuatan batubara cair /gas yang dihasilkan masih cukup tinggi.

Tipe Batubara Yang Digunakan PLTU batubara, bahan bakar yang digunakan adalah batubara uap yang terdiri dari kelas sub bituminus danbituminus. Lignit juga mulai mendapat tempat sebagai bahan bakar  pada PLTU belakangan ini, seiringdengan perkembangan teknologi pembangkitan yang ma mpu mengakomodasi batubara berkualitas rendah.

Skema PLTU Bahan Bakar Batubara

Pembakaran LapisanTetap Metode lapisan tetap menggunakan stoker boiler untuk proses pembakarannya. Sebagai bahan bakarnya adalah batubara dengan kadar abu yang tidak terlalu rendah dan berukuran maksimum sekitar 30mm. Selain itu, karena adanya pembatasan sebaran ukuran butiran batubara yang digunakan, maka perlu dilakukan pengurangan jumlah fine coal yang ikut tercampur kedalam batubara tersebut. Alasan tidak digunakannya batubara dengan kadar abu yang terlalu rendah adalah Karena pada metode pembakaran ini, batubara dibakar diatas lapisan abu tebal yang terbentuk di ataskisiapi (traveling fire grate) pada stoker boiler.

Gambar Stoker Boiler 

Pembakaran Batubara Serbuk (Pulverized Coal Combustion/PCC) Pada PCC, batubara diremuk dulu dengan menggunakan coal pulverizer (coal mill) sampai berukuran 200 mesh (diameter 74μm), kemudian bersama – sama dengan udara pembakaran disemprotkan ke boiler untuk dibakar. Pembakaran metode ini sensitive terhadap kualitas batubara yang digunakan, terutama sifat ketergerusan (grindability), sifat slagging, sifatfauling, dan kadar air (moisture content). Batubara yang disukai untuk boiler  PCC adalah yang memiliki sifat ketergerusan dengan HGI (Hardgrove Grindability Index) di atas 40 dan kadar air kurang dari 30%, sertarasio bahan bakar (fuel ratio) kurang dari 2. Pembakaran dengan metode PCC ini akan menghasilkan abu yang terdiri dari clinker ash sebanyak 15% dan sisanya berupa fly ash.

Gambar PCC Boiler 

Pembakaran Lapisan Mengambang (Fluidized Bed Combustion/FBC) Pada pembakaran dengan metode FBC, batubara diremuk terlebih dulu dengan menggunakan crusher sampai berukuran maksimum 25mm. Tidak seperti pembakaran menggunakan stoker yang menempatkan batubara diatas kisi api selama pembakaran atau metode PCC yang menyemprotkan campuran batubara dan udara pada saat pembakaran, butiran batubara dijaga agar dalam posisi mengambang, dengan cara melewatkan angin berkecepatan tertentu dari bagian bawah boiler.

Gambar Tipikal boiler FBC

PFBC Pada PFBC, selain dihasilkan panas yang digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk memutar turbin uap, dihasilkan pula gas hasil pembakaran yang memiliki tekanan tinggi yang dapat memutar turbin gas, sehingga PLTU yang menggunakan PFBC memiliki efisiensi pembangkitan yang lebih baik dibandingkan dengan AFBC karena mekanisme kombinasi (combined cycle) ini. Nilai efisiensi bruto pembangkitan (gross efficiency) dapat mencapai 43%.

Gambar Prinsip kerja PFBC

Peningkatan Efisiensi Panas Untuk lebih meningkatkan efisiensi panas, unit g as ifikasi sebagian (partial gasifier) yang menggunakan teknologi gas ifikasi lapisan mengambang (fluidized bed gasification) kemudian ditambahkan pada unit PFBC. Dengan kombinasi teknologi gas ifikasi ini maka upaya peningkatan suhu gas pada pintu masuk (inlet) turbin gas memungkinkan untuk dilakukan. Pada proses gas ifikasi di partial gas ifier tersebut, konversi karbon yang dicapai adalah sekitar 85%. Nilai ini dapat ditingkatkan menjadi 100% melalui kombinasi dengan pengoksidasi (oxidizer). Pengembangan lebih lanjut dari PFBC ini dinamakan dengan  Advanced PFBC (A-PFBC), yang prinsip kerjanya ditampilkan pada gambar 10 dibawah ini. Efisiensi netto pembangkitan (net efficiency) yang dihasilkan pada A-PFBC ini sangat tinggi, dapat mencapai 46%.

Gambar Prinsip Kerja A-PFBC

ICFBC Ruang pembakaran utama (primary combustion chamber) dan ruang pengambilan panas (heat recovery chamber) dipisahkan oleh dinding penghalang yang terpasang miring. Kemudian, karena pipa pemanas (heat exchange tube) tidak terpasang langsung pada ruang pembakaran utama, maka tidak ada kekhawatiran terhadap keausan pipa sehingga pasir silica digunakan sebagai pengganti batu kapur untuk media FBC. Batu kapur masih tetap digunakan sebagai bahan pereduksi SOx, hanya jumlahnya ditekan sesuai dengan keperluan saja.

Gambar ICFBC

IGCC Pada system ini terdapat alat gas ifikasi (gasifier) yang digunakan untuk menghasilkan gas, umumnya bertipe entrained flow. Yang tersedia di pasaran saat ini untuk tipe tersebut misalnya Chevron Texaco (lisensinya sekarang dimiliki GE Energy), E-Gas (lisensinya dulu dimiliki Dow, kemudian Destec, dan terakhir Conoco Phillips ), dan Shell. Prinsip kerja ketiga alat tersebut adalah sama, yaitu batubara dan oksigen berkadar tinggi dimasukkan kedalamnya kemudian dilakukan reaksi berupa oksidasi sebagian (partial oxidation) untuk menghasilkan gas sintetis (syngas), yang 85% lebih komposisinya terdiri dari H2 dan CO. Karena reaksi berlangsung pada suhu tinggi, abu pada batubara akan melebur dan membentuk slag dalam kondisi meleleh (glassy slag). Adapun panas yang ditimbulkan oleh proses gas ifikasi dapat digunakan untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi, yang selanjutnya dialirkan ke turbin uap.

Gambar Tipikal IGCC

Pembangkitan Kombinasi Dengan Gasifikasi Batubara Peningkatan efisiensi pembangkitan dengan mekanisme kombinasi melalui pemanfaatan gas sintetis hasil proses gas ifikasi seperti pada A-PFBC, selanjutnya mengarahkan teknologi pembangkitan untuk lebih mengintensifkan penggunaan teknologi gas ifikasi batubara ke dalam system pembangkitan. Upaya ini akhirnya menghasilkan system pembangkitan yang disebut dengan Integrated Coal G asification Combined Cycle (IGCC).