08_ANALISIS KONSUMSI BAHAN BAKAR

SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
ANALISIS KONSUMSI BAHAN BAKAR PADA PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA UAP
(STUDI KASUS DI PT. INDONESIA POWER SEMARANG)
Bambang Winardi
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro,
Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
Email : [email protected]
ABSTRACT Power plant system consists of generation, transmission, and distribution. One of
power plants is steam generator. The main components in steam generator are boiler, steam
turbine, condenser and synchronous generator. Rankine cycle is used for steam generator
teoritically. Steam generator usually is used for handling basic load, because starting time is too
long round about 6 – 8 hours.
In generation, the biggest operation cost is the cost of fuel consumption. The cost of fuel oil
expensively causing the cost of electric power product is also expensive. Spesific fuel comsumption
(SFC) is often used for getting the performance of efficiency of generation unit. Therefore, it’s
important to understand specific fuel consumption.
One of the effort which done is by replacing main fuel of power plant. The result of analysis
showed that the influences of increase of unit generated (load) cause the decrease of specific fuel
consumption, the decrease of heat rate, the increase of thermal efficiency, and the increase of
mass rate flow. The mass rate flow of HSD is the smallest, meanwhile coal is the biggest. Beside
that, the increase of unit generated causes the fuel cost saving from replacement more bigger.
Keywords :steam generator, rankine cycle, specific fuel consumption, thermal efficiency, cost
saving
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi
ketersediaan listrik di Indonesia, antara lain
ketersediaan energi primer, harga bahan bakar,
teknologi, dan budaya masyarakat. Sedangkan, usaha
– usaha yang dapat dilakukan guna mendapatkan
biaya operasi yang ekonomis adalah dengan
pergantian pemakaian bahan bakar, pengoptimalan
efisiensi dan pemeliharaan pembangkit yang sudah
ada. Dari beberapa usaha tersebut diatas pergantian
pemakaian bahan bakar merupakan alternatif yang
dapat ditempuh untuk dilakukan. Hal ini disebabkan
distribusi bahan bakar untuk suatu PLTU mencapai 75
% dari total biaya operasi. Harga bahan bakar minyak
yang mahal, mengharuskan PT PLN mengkaji ulang
semua Pembangkit Listrik Tenaga termal yang
menggunakan minyak sebagai bahan bakar utama
pembangkit uapnya. Selain itu, besarnya subsidi
pemerintah ke PT. PLN dalam penyediaan listrik setiap
tahunnya terutama pembangkit listrik berbahan bakar
minyak. Oleh karena itu, perlunya pergantian bahan
bakar sehingga biaya produksi energi listrik lebih
ekonomis.
II. DASAR TEORI
2.1 Perhitungan Konsumsi Spesifik Bahan
Bakar, Heatrate (Tara Kalor) ,dan
Efisiensi Termal
Gambar 1 Bagan batasan pengukuran
Berdasarkan SPLN No. 80 tahun 1989,
persamaan yang digunakan untuk menghitung
konsumsi spesifik bahan bakar adalah sebagai
berikut:
1. Pemakaian bahan bakar spesifik brutto
( SFC B )
SFC
B
=
Q
……(1)
f
kWh
B
2. Pemakaian bahan bakar netto ( SFC N )
SFC N =
Qf
kWh B − kWh PS
……(2)
Sedangkan, persamaan yang digunakan
untuk menghitung tara kalor (heat rate) sebagai
berikut:
A1-34
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
1. Tara kalor brutto ( HR B )
M f x LHV
…..(3)
kWh B
2. Tara kalor netto ( HR N )
HR N =
M f x LHV
Sedangkan, persamaan guna
efisiensi termal adalah sebagai berikut:
η th =
…..(4)
kWh B − kWh PS
menghitung
859,845
Tara kalor
………(5)
Besarnya efisiensi termal tergantung beban,
makin tinggi beban makin besar efisiensinya. Efisiensi
termal unit ( η th ) adalah presentase keluaran energi
terhadap masukan kalor.
2.2 Perhitungan Prakiraan Efisiensi Biaya Bahan
Bakar PLTU Berbagai Bahan Bakar
Langkah – langkah untuk menghitung
prakiraan efisiensi biaya bahan bakar PLTU berbagai
bahan bakar adalah sebagai berikut:
Efisiensi
boiler
didefinisikan
sebagai
perbandingan antara laju energi yang dibutuhkan air
menjadi uap panas lanjut (superheated) dengan laju
aliran energi bahan bakar.
Persamaan efisiensi boiler (pemanas) adalah:
Qbahan bakar =
o
η boiler
MWh
PS
2500
2700
Heatrate Bruto
2600
Heatrate Netto
Power (Heatrate Netto)
2450
2500
2400
y = 4934.5x-0.1503
2400
100
2300
150
2350
50
Power (Heatrate Bruto)
(a)
Grafik Efisiensi Thermal Brutto dan Netto
Tabel 1 Data masukan dan perhitungan konsumsi
spesifik bahan bakar
MWh
Brutto
y = 5977.3x -0.1782
2550
(6)
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisis Pengaruh Penambahan Beban Terhadap
Konsumsi Spesifik Bahan Bakar (SFC)
Perhitungan konsumsi spesifik bahan bakar
(SFC) ditunjukkan oleh tabel 1 sebagai berikut:
Beban
2800
2600
Beban
......(7)
MFO
terpakai
(liter)
2650
0
muap ( hsup erheater − hair umpan masuk eco−inlet )
Q bahanbakar
LHV bahanbakar
Grafik Heatrate (tara kalor) konsumsi bahan bakar
2300
Langkah selanjutnya adalah menghitung laju
aliran massa bahan bakar:
m=
4.2 Analisis Pengaruh Penambahan Beban
Terhadap Efisiensi Termal
Grafik hubungan beban terhadap
heatrate (tara kalor) dan efsiensi termal
ditunjukkan gambar 3 adalah sebagai berikut di
bawah:
Heatrate (kCal/ kWh)
kalor output
η=
x 100 %
kalor input
Quap
η Boiler =
Qbahan bakar
Terlihat
bahwa konsumsi spesifik
bahan bakar brutto dan netto saat beban 80 MW
adalah 0,2819 liter/ kWh dan 0,3030 liter/ kWh.
Sedangkan, saat beban 140 MW adalah 0,2557
liter/ kWh dan 0,2705 liter/ kWh. Semakin
bertambahnya
beban
atau
daya
yang
dibangkitkan oleh generator sinkron maka
konsumsi spesifik bahan bakar semakin
menurun. Artinya, jumlah konsumsi spesifik
bahan bakar per kWh yang dikonsumsi pada
beban yang relatif kecil lebih besar daripada
beban yang relatif besar. Alasannya adalah
PLTU yang beroperasi baik pada beban rendah
maupun pada beban tinggi mempunyai kWh
pemakaian sendiri yang relatif rata – rata sama
yaitu 147,94 kWh guna menjalankan peralatan –
peralatan bantu pembangkit seperti motor
pompa (boiler feed pump), dsb. atau kebutuhan
listrik kantor seperti penerangan, komputer dan
lain – lain.
Produksi
Uap
(ton/
jam)
SFC
brutto
(liter/
kWh)
SFC
netto
(liter/
kWh)
80
2010
140
566753
203
0.2819
0.3030
90
2160
144.70
581350
230
0.2691
0.2884
95
2310
134.40
601705
262,625
0.2604
0.2765
100
2400
140.00
619956
280
0.2583
0.2743
140
3320
180.60
849221
380,33
0.2557
0.2705
35
34.5
34
36
Effisiensi Termal (%)
HRB =
A1-35
y = 17.425x0.1503
35
33.5
33
34
32.5
33
y = 14.385x 0.1782
32
32
31.5
Eff Thermal bruto
Eff Thermal netto
Power (Eff Thermal netto)
Power (Eff Thermal bruto)
31
30.5
31
30
0
50
100
30
150
Beban
(b)
Gambar 3 Grafik heatrate dan efisiensi termal
(a)Heatrate terhadap fungsi beban (b) Efisiensi
termal terhadap fungsi beban
Pada gambar 3 (a), terlihat bahwa tara
kalor (heatrate) bruto dan netto saat beban 80
MW adalah 2631.533694 kKal/ kWh dan
2828.546912 kKal/ kWh. Sedangkan, saat
beban 140 MW adalah 2387.227486 kKal/ kWh
dan 2524.557322 kKal/ kWh. Semakin
bertambahnya
beban
atau
daya
yang
dibangkitkan oleh generator sinkron maka tara
kalor (heatrate) semakin menurun. Artinya,
jumlah kalor yang ditambahkan, biasanya dalam
kKal, untuk menghasilkan satu satuan jumlah
35
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
kerja, biasanya dalam kiloWatt-jam (kWh) semakin
menurun. Tara kalor (heatrate) berbanding terbalik
dengan efisiensi termal berdasarkan persamaan 5,
artinya makin rendah makin baik.
Besarnya laju aliran massa uap lanjut
(superheated) yang ada dalam boiler mengalami
perubahan setiap saat. Hal ini mengakibatkan adanya
perubahan laju aliran massa bahan bakar yang
berbeda – beda setiap saat mengikuti besarnya
perubahan beban/ daya yang dibangkitkan generator.
Dari tabel 1 terlihat bahwa pada saat beban 80 MW,
uap yang diproduksi (laju aliran massa) uap sebesar
203 ton/ kg, sedangkan saat beban 140 MW, uap yang
diproduksi (laju aliran massa uap) sebesar 380,33 ton/
kg. Selain itu, laju aliran massa bahan bakar juga
mengalami perubahan cenderung meningkat seiring
dengan peningkatan daya yang dibangkitkan. Pada
saat beban 80 MW laju aliran massa bahan bakar
berdasarkan tabel 1 sebesar 22.557,33 kg/ jam
sedangkan pada saat beban 140 MW berdasarkan
tabel 1 adalah sebesar 35.810,52 kg/ jam. Akibat yang
ditimbulkan dari peristiwa ini adalah efisiensi termal
atau efisiensi siklus juga mengalami perubahan setiap
saat sesuai dengan perubahan beban.
Dari gambar 3 (b) terlihat bahwa efisiensi termal
yang optimal untuk efisiensi termal bruto adalah
sebesar 36.02 % dan untuk efisiensi termal netto
sebesar 34.06 % saat daya yang dibangkitkan 140
MW. Sedangkan, efisiensi terendah untuk efisiensi
termal bruto adalah sebesar 32.67 % dan untuk
efisiensi termal netto sebesar 30.39 % saat daya yang
dibangkitkan 80 MW. Efisiensi termal atau siklus 36.02
% berarti kerja yang dihasilkan turbin sebesar 36.02 %
dari kalor yang ditambahkan. Kesimpulannya,
besarnya efisiensi termal tergantung beban, makin
tinggi beban makin besar efisiensinya.
4.3 Prakiraan Efisiensi Biaya Bahan Bakar
Tabel 2 adalah data – data masukan yang
digunakan untuk memudahkan dalam perhitungan dan
analisis.
Tabel 2 Parameter masukan untuk beban 140 MW
Parameter
Daya Output Generator
Laju Aliran Massa Uap
Uap keluar superheater
Temperatur
Tekanan
Air umpan masuk
economizer
Temperatur
Tekanan
Efisiensi Boiler
Nilai
140000
380330
Satuan
kW
kg/ jam
537.4867
83
C
bar
226.002
83
82.50%
C
bar
persen
Hasil perhitungan laju aliran massa dapat
ditampilkan dalam grafik adalah seperti terlihat pada
gambar 3 dibawah:
A1-36
Gambar 3 Laju aliran massa HSD, MFO, LNG,
dan batubara untuk beban 140 MW
Berdasarkan gambar 4, terlihat bahwa laju
aliran massa bahan HSD adalah yang terkecil
yaitu sebesar 27.560,385 kg/ jam. Hal ini
dikarenakan nilai kalor bawah HSD untuk satuan
massa yang sama adalah lebih besar dibanding
MFO, LNG dan batubara. Nilai kalor bawah
batubara adalah yang terendah, yaitu sebesar
4925 kKal/ kg, sehingga laju aliran massanya
adalah yang terbesar, yaitu sebesar 56.239,973
kKal/ kg dibandingkan yang lainnya.
Dengan menggunakan program, hasil
perhitungan biaya bahan bakar per jam dapat
ditampilkan dalam grafik adalah seperti terlihat
pada gambar 9 dibawah:
Gambar 4 Biaya per jam bahan bakar HSD, MFO,
LNG, dan batubara untuk beban 140 MW
Pada gambar 4 diatas menunjukkan
besarnya biaya beberapa bahan bakar untuk
daya yang sama 140 MW. Biaya bahan bakar
HSD adalah yang tertinggi, yaitu sebesar Rp.
261,166 juta/ jam. Sedangkan, biaya bahan
bakar batubara adalah yang terkecil sebesar Rp.
42,18 juta/ jam. Biaya bahan bakar yang
lainnya, MFO sebesar Rp. 202,487 juta/ jam ;
LNG sebesar Rp. 21,879 juta/ jam. Besarnya
biaya bahan bakar ini berhubungan erat dengan
nilai laju aliran massa dan harga bahan bakar
masing – masing bahan bakar.
Sedangkan biaya tahunan beberapa
bahan bakar untuk daya dan lama operasi yang
sama. Jika diasumsikan lama operasi dalam 1
tahun adalah 320 hari, maka biaya operasi
dapat ditampilkan.
Dengan menggunakan program, hasil
perhitungan biaya bahan bakar per tahun dapat
ditampilkan dalam grafik adalah seperti terlihat
pada gambar 6 dibawah:
36
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
Gambar 6 Biaya per tahun bahan bakar HSD, MFO,
LNG, dan batubara untuk beban 140 MW
Pada gambar 6 terlihat bahwa biaya operasi
tahunan menggunakan bahan bakar HSD dan MFO
jauh lebih besar dibandingkan menggunakan LNG dan
batu bara. Biaya bahan bakar bakar HSD hanya
berkisar Rp. 2,005 Triliyun per tahun, dan biaya bahan
bakar MFO berkisar Rp. 1,555 Triliyun per tahun.
Sedangkan, biaya bahan bakar batubara berkisar Rp.
323,942 Milyar per tahun dan biaya bahan bakar LNG
berkisar Rp. 168,029 Milyar per tahun. Dengan
demikian dapat dilihat biaya penghematan biaya
bahan bakar pada tabel 3 sebagai berikut :
Tabel 3 Selisih biaya bahan bakar minyak (HSD dan MFO)
terhadap LNG dan batubara untuk Beban 140 MW
Selisih Biaya Bahan Bakar
Bahan Bakar
(Milyar/ tahun)
LNG
BATUBARA
HSD
1837,726
1681,812
MFO
1387,069
1231,155
Besarnya biaya bahan bakar per kWh (Rp./
kWh) daya output generator. Untuk daya yang sama,
biaya bahan bakar HSD dan MFO masih berada diatas
biaya tarif rumah tangga. Sedangkan, biaya bahan
bakar LNG dan batubara masih berada di bawah tarif
listrik rumah tangga. Rupiah per kWh terkecil adalah
LNG sebesar Rp. 156,277 per kWh, sedangkan HSD
adalah yang terbesar sebesar Rp. 1.865,471 per kWh.
Berdasarkan gambar 7 diatas, terlihat bahwa
secara operasional PLTU yang beroperasi dengan
menggunakan bahan bakar minyak (HSD dan MFO)
mengalami kerugian. Hal ini nampak jelas dari selisih
harga yang sangat besar antara biaya bahan bakar
HSD dan MFO produksi energi listrik dibandingkan
harga jual listrik rumah tangga.
Perbandingan prakiraan biaya penghematan
bahan bakar berbagai beban ditunjukkan oleh tabel 4,
meliputi beban 80 MW, 90 MW, 95 MW, 100 dan 140
MW.
Tabel 4 Besar penghematan (Rp. Milyar/ tahun) berbagai
jenis bahan bakar dan beban
BEBAN
80
90
95
100
140
Besarnya penghematan (Milyar/ tahun)
MFO MFO HSD HSD LNG
BATUBARA
LNG
BATUBARA
777.694
690.277 1030.366
942.949
871.323
773.381 1154.414
1056.473
990.242
878.934 1311.971
1200.663
1051.672
933.459
1393.36
1275.146
1387.069
1231.155 1837.726
1681.812
A1-37
V. KESIMPULAN
Dari hasil perhitungan dan pembahasan
tugas akhir dengan judul Analisis Bahan Bakar
Yang Digunakan Pada Pembangkit Listrik
Tenaga Uap (Studi Kasus di PT Indonesia
Power UBP Semarang) maka dapat ditarik
kesimpulan sebagai berikut :
1. Pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap,
semakin besar daya yang dibangkitkan
maka semakin besar pula laju aliran massa
bahan bakar. Laju aliran massa bahan
bakar saat beban 80 MW adalah sebesar
22.557,33 liter/ jam. Sedangkan, saat beban
140 MW sebesar 35.810,52 liter/ jam.
2. Konsumsi spesifik bahan bakar semakin
menurun seiring dengan penambahan
beban/ daya yang dibangkitkan. Konsumsi
bahan bakar bruto dan netto saat beban 80
MW adalah 0,28196667 liter/ kWh dan
0,30307647 liter/ kWh. Sebaliknya, saat
beban 140 MW adalah 0,25578946 liter/
kWh dan 0,27050424 liter/ kWh.
3. Semakin besar daya yang dibangkitkan
maka efisiensi termal semakin besar.
Sebaliknya, tara kalor (heatrate) semakin
menurun. Efisiensi termal bruto dan netto
terbesar adalah 36,01 % dan 34,06 % saat
beban 140 MW. Sedangkan, efisiensi termal
bruto dan netto terkecil adalah 32,67 % dan
30,398 % saat beban 80 MW.
4. Semakin besar daya yang dibangkitkan
pembangkit,
maka
besarnya
biaya
penghematan dengan cara pergantian
bahan bakar semakin besar.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
Abduh, Syamsir,
dan Widadi, J.P.
“Mencegah Terjadinya Monopoli dengan
Menggunakan Metode Price – Cost dalam
Pasar Listrik”, Makalah Seminar Nasional
Ketenagalistrikan 2005 – Semarang.
Abdul Wahid, Muh.,”Perbandingan Biaya
Pembangkitan Pembangkit Listrik di
Indonesia”.
Bellman, D.K., “Power Plant Efficiency
Outlook”, NPC Global Oil and Gas Study,
July 18, 2007.
El – Wakil, M.M. “Instalasi Pembangkit
Daya”, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1992.
Kadir, Abdul. “Pembangkit Tenaga Listrik”,
UI – Press, Universitas Indonesia,
Jakarta, 1996.
Kadir, Abdul. “Pemrograman Database
dengan Delphi 7 Menggunakan Access
ADO”, Andi, Yogyakarta, 2005.
Klein, Joel B.,”The Use Of Heatrates in
Production Cost Modeling And Market
Modeling”, Electricity Analysis Office,
California Energy Commision, April 1998.
37