TUGAS RESUME POWER PLANT BATUBARA (K2512019)

Disusun Oleh:

ARGA HARTANTYADHI PRATAMA

K2512019

Pembangkit Listrik Tenaga Bahan Bakar Fosil

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil adalah pembangkit listrik yang membakar bahan bakar fosil seperti batubara, gas alam, atau minyak bumi untuk memproduksilistrik. Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil didesain untuk produksi skala besar yang berlangsung terus menerus. Di banyak negara, pembangkit listrik jenis ini memproduksi sebagian besar energi listrik yang digunakan.

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil selalu memiliki mesin rotasi yang mengubah panas dari pembakaran menjadi energi mekanik yang lalu mengoperasikan generator listrik. Penggerak utamanya mungkin adalah uap, gas bertekanan tinggi, atau mesin siklus dari mesin pembakaran dalam.

Hasil sampingan dari mesin pembakaran dalam harus dipertimbangkan dalam desain mesin dan operasinya. Panas yang terbuang karena efisiensi yang terbatas dari siklus energi, ketika tidak direcovery sebagai pemanas ruangan, akan dibuang ke atmosfer. Gas sisa hasil pembakaran dibuang ke atmosfer; mengandung karbon dioksida dan uap air, juga substansi lain seperti nitrogen, nitrogen dioksida, sulfur dioksida, dan abu ringan (khusus batu bara) dan mungkin merkuri. Abu padat dari pembakaran batu bara juga harus dibuang, meski saat ini abu padat sisa pembakaran batu bara dapat didaur ulang sebagai bahan bangunan.

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil adalah peyumbang utama gas rumah kaca dan berkontribusi besar terhadap pemanasan global. Batu bara menghasilkan gas rumah kaca sedikitnya tiga kali lebih banyak dari gas alam.

Konsep Dasar

Pada pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil, energi kimia yang tersimpan dalam bahan bakar fosil (batu bara, gas alam, minyak bumi) dan oksigen dari udara dikonversikan menjadi energi termal, energi mekanis, lalu energi listrik untuk penggunaan berkelanjutan dan distribusi secara luas.

Gambar 1: Power Plant Batubara

Konversi Energi Kimia Menjadi Panas

Pembakaran sempurna dari bahan bakar fosil menggunakan oksigen untuk menginisiasi pembakaran. , di mana koefisien stoikiometri x dan y bergantung pada tipe bahan bakar. Persamaan yang lebi simpel lagi adalah:

Sisa pembakaran seperti nitrogen dan sulfur dioksida, datang dari bahan bakar yang tidak murni karena terdapat campuran yang tidak diharapkan (pengotor) dari bahan bakar tersebut.

Konversi Panas Menjadi Energi Mekanis

Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa setiap siklus tertutup hanya bisa mengkonversi sebagian panas yang diproduksi menjadi kerja. Sisa panas harus dipindahkan ke reservoir yang lebih dingin, menjadi panas yang terbuang. Sebagian panas yang terbuang adalah sama atau lebih besar dari rasio temperatur mutlak reservoir dingin dan reservoir panas. Meningkatkan temperatur reservoir panas dapat meningkatkan efisiensi mesin. panas yang terbuang tidak dapat dimanfaatkan menjadi energi mekanis. Namun dapat dimanfaatkan untuk menghangatkan bangunan, memproduksi air panas, atau memanaskan material dalam skala industri.

Efek Lingkungan

Pembakaran batu bara dapat memicu hujan asam dan polusi udara, dan telah dihubungkan dengan pemanasan global karena komposisi kimia dari batu bara dan sulitnya memindahkan pengotor dari bahan bakar padat ini untuk pembakaran. Hujan asam disebabkan oleh emisi nitrogen oksida dan sulfur dioksida ke udara. Emisi tersebut bereaksi dengan uap air di atmosfer, menciptakan bahan asam (asam sulfur, asam nitrit) yang jatuh sebagai hujan.

Karbon Dioksida

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil bertanggung jawab penuh terhadap sebagian besar dari emisi karbon dioksida di seluruh dunia, dan 41% dari seluruh emisi karbon dioksida yang dihasilkan oleh manusia. Karbon dioksida diproduksi secara alami oleh alam emlalui letusan gunung berapi, pemecahan biologis, atau respirasi organisme hidup. Karbon dioksida diserap oleh tanaman melalui fotosintesis atau perairan, misanya lautan. Peningkatan kadar karbon dioksida di atmosfer memicu perubahan iklim termasuk pemanasan global.

Partikulat

Masalah lainnya dari pembakaran bahan bakar fosil adalah emisi partikulat yang menjadi ancaman serius bagi kesehatan. Pembangkit listrik bahan bakar fosil memindahkan partikulat dari gas sisa hasil pembakaran dengan baghouse filter atau electrostatic precipitator. Materi partikulat terdiri yang utama adalah abu ringan, namun ada juga sulfat dannitrat. Abu ringan mengandung bahan yang tidak dapat terbakar yang tersisa setelah pembakaran. Ukuran partikulat bervariasi dari yang berukuran lebih besar dari 2,5 mikrometer hingga yang berukuran lebih kecil dari 0.1 mikrometer. Semakin kecil ukuran, semakin sulit dihilangkan. Terdapat beberapa metode untuk menghilangkan emisi partikulat agar tidak mencemari atmosfer:

Baghouse filter, yang mengumpulkan partikel abu

Electrostatic precipitator, yang menggunakan tegangan tinggi untuk menghasilkan medan listrik untuk menangkap partikel abu

cyclone collector, menggunakan prinsip sentrifugasi untuk menangkap partikel

PLTU Batubara

Pembangkit Listrik dari bahan bakar batubara (=PLTU) jika tidak dikelola dengan baik dan benar dapat mendatangkan bencana bagi manusia dan lingkungan; terutama polusi oleh asap dari hasil pembakaran batubara dalam tungku pembangkit listrik tenaga uap. Sebagai contoh kasus di Amerika Serikat, data Earth Policy Institute di Washington DC menyebutkan bahwa karena pencemaran udara oleh Pembangkit Listrik Tenaga Batubara, rata-rata pertahun telah menyebabkan 23.600 kasus kematian, 554.000 kasus asma, 16.200 kasus bronkitis kronis, dan 38.200 kasus serangan jantung.

Di Indonesia, meskipun berdasarkan Undang-Undang No. 23/1997 tentang Pengelolaan Lingkungan Hidup setiap Pembangkit Listrik Tenaga Batubara (=PLTU) diwajibkan untuk memakai ‘scrubbers’ (flue-gas desulphurizer) untuk mengurangi kadar polutan yang dikeluarkannya, namun pembangkit listrik tenaga batubara di negeri ini tetap memegang peranan penting dalam hal pencemaran udara secara keseluruhan. 

Gambar 2: PLTU Batubara

Pembangkit Listrik Tenaga Uap, sebuah pembangkit listrik bertenagareaktor air didih uap.

Pembangkit Listrik Tenaga Uap Batubara adalah salah satu jenis instalasi pembangkit tenaga listrik dimana tenaga listrik didapat dari mesin turbin yang diputar oleh uap yang dihasilkan melalui pembakaran batubara.

Siklus di PLTU dapat dibedakan menjadi :

1. Siklus Udara, sebagai campuran bahan bakar
2. Siklus Air, sebagai media untuk menghasilkan uap air (steam)
3. Siklus Batubara, sebagai bahan bakar

Siklus Udara

Udara sebagai campuran bahan bakar masuk ke dalam Boiler melalui PA Fan, FD Fan dan ID Fan. PA Fan mengalirkan udara awal masuk boiler dalam kondisi hangat, karena udara di PA Fan telah dipanaskan dahulu oleh sisa panas pembakaran di Economizer.

PLTU batubara adalah sumber utama dari listrik dunia saat ini. Sekitar 60% listrik dunia bergantung pada batubara, hal ini dikarenakan PLTU batubara bisa menyediakan listrik dengan harga yang murah. Kelemahan utama dari PLTU batubara adalah pencemaran emisi karbonnya sangat tinggi, paling tinggi dibanding bahan bakar lain.

Beberapa polutan utama yang dihasilkan oleh Pembangkit Listrik Tenaga Batubara, sebagai berikut:

• Pembangkit Listrik Tenaga Batubara menghasilkan gas SOx yang dikenal sebagai sumber gangguan paru-paru dan berbagai penyakit pernafasan;
• Pembangkit Listrik Tenaga Batubara menghasilkan gas NOx, yang bersama dengan gas SOx adalah penyebab dari fenomena "hujan asam". Fenomena ini diperkirakan dapat membawa dampak buruk bagi peternakan dan pertanian;
• Pembangkit Listrik Tenaga Batubara menghasilkan gas COx yang membentuk lapisan yang menyelubungi permukaan bumi dan menimbulkan efek rumah kaca ‘green-house effect’ yang pada akhirnya menyebabkan pergeseran cuaca/pemanasan global;
• Pembangkit Listrik Tenaga Batubara menyebabkan pencemaran logam-logam berat seperti Pb, Hg ,Ar, Ni, Se dan lain-lain, dengan kadar jauh di atas normal;
• Pembangkit Listrik Tenaga Batubara menghasilkan partikel-partikel debu yang juga mengadung unsur-unsur radioaktif  yang sangat berbahaya bagi kesehatan. Partikelradioaktif tersebut umumnya bercampur dengan berbagai unsur lainnya, termasuk isotop radioaktif seperti uranium dan thorium. Unsur-unsur tersebut berasal dari hasil pembusukan produk, radium dan radon. Akibat pembakaran, beberapa partikel radioaktif ringan, seperti gas radon menguap dan tinggal (menumpuk) di atmosfir, namun sebagian besar masih berada di sekitar pembangkit listrik dalam bentuk  limbah-abu batubara. Karena itu, Oak Ridge National Laboratory di Amerika Serikat  memperkirakan bahwa jumlah paparan radiasi dari orang yang tinggal dekat pembangkit listrik tenaga batu bara lebih tinggi beberapa kali daripada orang yang tinggal dengan jarak yang sama dengan reaktor nuklir;
• sebagai kondensator dari siklus uap air primer, pembangkit listrik tenaga batubara juga memanfaatkan air dari sumber yang berdekatan dengan lokasinya. Oleh karena itu, polusi air yang disebabkan oleh generator (lebih-kurang dua pertiga dari panas yang dihasilkan oleh bahan bakar) terpaksa dilepas ke lingkungan melalui sikius pendingin, sehingga air yang keluar dari siklus sekunder ini akan mengalami kenaikan suhu yang dapat menggangu kesetimbangan ekosistim dari organisme yang hidup di sumber air tersebut. Dampak negatif ini bahkan akan semakin bertambah dengan adanya bahan-bahan kimia pemurni air yang dicampurkan sebelum air tersebut masuk ke siklus pendingin.

Gambar 3: Diagram Proses Power Plant Batu Bara

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 ke dalam batubara tersebut. Alasan tidak digunakannya batubara dengan kadar abu yang terlalu rendah adalah karena pada metode pembakaran ini, batubara dibakar di atas lapisan abu tebal yang terbentuk di atas kisi api (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 sensitif terhadap kualitas batubara yang digunakan, terutama sifat ketergerusan (grindability), sifat slagging, sifat fauling, 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%, serta rasio bahan bakar (fuel ratio) kurang dari 2. Pembakaran dengan metode PCC ini akan menghasilkan abu yang terdiri diri 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 di atas 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 gasifikasi sebagian (partial gasifier) yang menggunakan teknologi gasifikasi lapisan mengambang (fluidized bed gasification) kemudian ditambahkan pada unit PFBC. Dengan kombinasi teknologi gasifikasi ini maka upaya peningkatan suhu gas pada pintu masuk (inlet) turbin gas memungkinkan untuk dilakukan.

Pada proses gasifikasi di partial gasifier 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 di bawah 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 silika 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 sistem ini terdapat alat gasifikasi (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 gasifikasi 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 gasifikasi seperti pada A-PFBC, selanjutnya mengarahkan teknologi pembangkitan untuk lebih mengintensifkan penggunaan teknologi gasifikasi batubara ke dalam sistem pembangkitan. Upaya ini akhirnya menghasilkan sistem pembangkitan yang disebut dengan Integrated Coal GasificationCombined Cycle (IGCC).

Referensi

Everett Bowman Woodruff, Herbert B. Lammers, Thomas F. Lammers. 2004. Steam plant operation. McGraw-Hill

http://id.wikipedia.org/wiki/

http://godamaiku.blogspot.com/2013/04/pembangkit-listrik-tenaga-uap-pltu.html

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEj4Ly7EiaGoFaUSzylorxRTcpCVxJ1YHzUNMfuXDx39anz8lg6Bvk8cWJ9dUI9nbtSZT0CPZ98lH0vTvg99PKgVXYJAaXKkZkYEg5st1WndreLMfMc15Cc1_dH-GRn_IS2BGr6PO852JM8q/s1600/coal2.jpg

https://imambudiraharjo.files.wordpress.com/2009/03/gambar-42.jpg

https://www.google.com/search?q=pembangkit+listrik+tenaga+batu+bara&es_sm=93&biw=1366&bih=653&source=lnms&sa=X&ei=ohoFVfll15C4BLL0gMAE&ved=0CAYQ_AUoAA&dpr=1#q=pengertian+pembangkit+listrik+tenaga+batu+bara

National Research Council (U.S.). Physics Survey Committee, National Academy of Sciences (U.S.). Committee on Science and Public Policy. 1972. Physics in perspective. National Academy Science