BAB IV DESAIN DASAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SAMPAH

BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
BAB IV
DESAIN DASAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SAMPAH
DI KOTA BANDUNG
Konstruksi umum PLTSa pada dasarnya adalah merupakan PLTU dengan
kekhususan pada pemrosesan bahan bakar sebelum masuk tungku pembakaran
dan tungku pembakaran itu sendiri. Selain itu PLTSa juga menginstal fasilitas
pengolahan emisi udara agar emisi yang dihasilkan dapat memenuhi batasan
standar emisi yang diperbolehkan. Tetapi fasilitas pengolahan udara ini tidak akan
dibahas secara mendalam pada tugas akhir ini.
IV.1. Kekhususan Pada Bahan Bakar Sampah
Dalam mendesain PLTSa, karakteristik sampah merupakan pertimbangan
utama. Karakteristik sampah ini berbeda pada tiap daerah, sehingga desain PLTSa
tdak sama persis pada tiap daerah. Sebagai contoh: dua buah PLTSa dengan
kapasitas 500 ton/hari dapat menerapkan input panas yang berbeda pada desain
boilernya dikarenakan nilai kalor yang berbeda dari masing-masing sampah. Hal
ini berarti walaupun kapasitas sampahnya sama tapi daya listrik yang dihasilkan
dapat berbeda.
Sebagai bahan bakar, sampah memiliki beberapa perbedaan dengan bahan
bakar lain yang biasa dipakai pada PLTU. Perbedaan-perbedaaan bahan bakar
sampah dengan bahan bakar PLTU yang lain terletak pada nilai kalor aktual
(LHV) yang lebih rendah, kadar zat terbang yang lebih tinggi, dan kebutuhan suhu
pembakaran untuk meminimalkan emisi udara. Perbedaan-perbedaan ini
menyebabkan perlunya penanganan khusus pada sampah yang bertujuan untuk
mendapatkan hasil pemrosesan sampah sesuai dengan yang diharapkan sekaligus
memperawet umur PLTSa.
IV-1 BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
Gambar 4-1 Analisis Proksimat Sampah Masuk PLTSa
Seperti terlihat di atas, kandungan zat terbang sampah Bandung relatif
tinggi. Kandungan zat terbang yang tinggi ini membutuhkan desain khusus pada
tungku pembakaran dan pipa uap untuk mengurangi korosi.
Gambar 4-2 Analisis Ultimat Sampah Masuk PLTSa
IV-2 BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
Gambar 4-3 Nilai kalor sampah masuk PLTSa
Dari data di atas terlihat bahwa nilai kalor sampah Bandung sangat
tergantung dengan kandungan air. Untuk desain PLTSa kota Bandung ini
diasumsikan kandungan air yang masuk tungku pembakaran adalah 30%. Hal ini
disebabkan desain PLTSa dalam penanganan sampah sebelum memasuki tungku
pembakaran diharapkan dapat mereduksi kadar air sampah Bandung hingga 30%
seperti yang akan dibahas pada aspek mekanikal di bawah.
IV.2. Aspek Mekanikal PLTSa Kota Bandung
Sebagaimana disebut di atas bahwa proses yang membedakan PLTSa
dengan PLTU adalah proses penanganan sampah sebagai bahan bakar dan tungku
pembakaran bahan bakar sampah. Hal ini disebakan oleh karakteristik sampah
yang memiliki kadar air tinggi—yang berarti nilai kalor yang rendah—dan kadar
zat terbang yang tinggi. Komponen-komponen khusus ini dapat dibagi menjadi:

Tingkat persiapan bahan bakar sampah
Terdiri atas ruang penyimpanan sampah, dan crane.

Tingkat pembakaran sampah
Terdiri atas grate, stoker dan upper furnace.
IV-3 BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
IV.2.1. Persiapan Bahan Bakar Sampah
Ruang penyimpanan sampah
Ukuran dari ruang penyimpanan sampah ini didesain agar dapat
menampung sampah Bandung yang masuk. Ukuran ini akan tergantung dari laju
sampah harian Bandung, laju sampah yang masuk tungku, dan lamanya
penyimpanan sampah.
Dengan kadar air sampah Bandung yang mencapai 60% maka ruang
penyimpanan sampah ini didesain untuk menyimpan sampah selama 2 hari
dengan tujuan mengurangi kadar air sampah Bandung. Diharapkan kadar air yang
masuk ke dalam tungku pembakaran PLTSa dapat berkurang sampai 50% dengan
penyimpanan sampah ini
Sistem pemasok sampah
Pemasokan sampah pada tungku pembakaran PLTSa akan menggunakan
crane. Sedangkan crane yang akan digunakan pada PLTSa ini selain untuk
memasukkan sampah pada tungku pembakaran tetapi juga digunakan untuk
mengaduk-aduk sampah agar lebih homogen sehingga meningkatkan karakteristik
pembakaran bahan bakar sampah.
IV.2.2. Pembakaran Sampah
Sistem grate
Kriteria desain utama pada grate adalah pengusahaan agar sampah dapat
terbakar sesempurna mungkin. Pembakaran sempurna ini dapat dicapai dengan
pencampuran bahan bakar agar lebih homogen dan lamanya bahan bakar di dalam
stoker yang memungkinkan seluruh bahan bakar dapat terbakar. Grate yang
umum dipakai dalam fasilitas PLTSa adalah reciprocating grate, baik berupa
reverse acting atau forward moving.
IV-4 BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
Dalam desain PLTSa kota Bandung ini digunakan variasi dari
reciprocating grate di atas yang disebut two-segment reciprocating system©.
Sistem grate ini menerapkan kedua jenis reverse acting dan forward moving
dengan sistem drop off. Sistem ini sangat memungkinkan pencampuran bahan
bakar dan pemenuhan waktu yang dibutuhkan sampah untuk mengalami
pembakaran yang sempurna.
Sumber: Pusat Rekayasa Industri LPPM ITB
Gambar 4-2 Two-segment reciprocating grate©
Sistem ini adalah sistem yang dipakai pada PLTSa di propinsi Shunde di
Republik Rakyat Cina. Bagian pertama dari grate ini menggunakan reverse acting
yang menggabungkan keuntungan dari aksi gravitasi dan aksi dari pergerakan
grate sehingga bahan bakar tercampur dengan baik. Selain itu pada bagian awal
grate ini juga terdapat preheater yang berfungsi mengurangi kadar air sampah.
Dengan sistem preheater ini, diharapkan kadar air sampah yang memasuki tungku
pembakaran berkurang menjadi 30%.
IV-5 BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
Tungku Pembakaran
Untuk tungku pembakaran bahan bakar sampah disyaratkan temperatur
yang dicapai dapat memenuhi temperatur yang memadai untuk mengurangi emisi.
Gambar 4-3 Waste-heat boiler
Sumber: Pusat Rekayasa Industri LPPM ITB
Dalam desain PLTSa kota Bandung ini dipilih tungku refractory dengan
waste heat boiler. Pada tungku ini boiler tidak terletak langsung bersinggungan
dengan tungku pembakaran. Letak boiler adalah pada saluran tungku yang ketiga
dengan memanfaatkan konveksi gas panas hasil pebakaran sampah. Desain ini
digunakan untuk mengurangi efek korosif dari sampah Bandung yang mempunyai
kadar zat terbang yang tinggi, sehingga jika pipa-pipa uap diletakkan langsung
pada bagian atas tungku maka korosi akan cepat terjadi.
Sistem udara pembakaran
Udara primer yang digunakan di dalam proses pembakaran, dikenal
dengan undergrate air, dimasukkan ke dalam ruang bakar melalui saluran yang
IV-6 BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
terdapat pada dasar grate. Saluran tersebut diatur sedemikian rupa sehingga udara
terdistribusi secara merata di dalam ruang bakar.
Karena sampah mengandung zat terbang yang banyak, maka diperlukan
udara tambahan untuk mendorong dan memastikan agar zat terbang tersebut dapat
terbakar dengan sempurna. Udara tambahan ini atau overfire air disalurkan
melalui saluran udara pada dinding tungku pembakaran di atas grate. Fungsi
utama dari udara tambahan ini adalah untuk menyediakan jumlah udara yang
mencukupi dan menciptakan turbulensi yang berfungsi untuk mencampur gas
pembakaran dengan udara pembakaran, serta menyediakan oksigen yang cukup
untuk terjadinya pembakaran sempurna dari zat terbang yang terkandung di dalam
sampah. Komposisi udara pembakaran ini adalah 60% undergrate air dan 40 %
overfire air, dengan excess-air berkisar sampai 100%.
IV.3. Perkiraan Hasil Keluaran Daya PLTSa
Untuk desain PLTSa yang dipakai di atas maka diharapkan daya Listrik
yang dihasilkan adalah 8-9 MW dengan asumsi nilai kalor sampah masuk PLTSa
2500 kkal/kg (kadar air 30%)
Perhitungan ini didapat dengan menggunakan blok diagram masingmasing alat konversi energi dengan efisiensi masing-masing.
Gambar 4-4 Blok diagram efisiensi
Perhitungan di atas menggunakan asumsi sampah yang dipakai adalah
sampah dengan kadar air 30%, asumsi ini dibuat dengan pertimbangan sistem
penanganan sampah yang diuraikan di atas dapat mereduksi kadar air sampah
Bandung dari 56% menjadi 30%.
IV-7 BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
Dengan nilai kalor sampah yang masuk 2500 kkal/kg dan jumlah sampah
yang tersedia 500 ton/hari maka diperoleh energi termal yang masuk boiler
sebesar 14467,59 kkal per detik atau setara dengan 60763,89 kW. Kemudian
asumsi efisiensi boiler dibuat berdasar harga tipikal boiler sampah yang
beroperasi dengan sistem yang sama. Asumsi ini dirasa realistis karena
pertimbangan efisiensi boiler batubara konvensional yang dapat mencapai 85%.
Sedangkan efisiensi turbin uap dibuat berdasar efisiensi siklus rankine
yang berkisar antara 25-30%. Maka dipilih angka 25% untuk faktor keamanan
dalam perhitungan. Sehingga daya netto yang akan digunakan untuk
menggerakkan generator sebesar 12152,78 kW.
Kemudian efisiensi generator dipilih 90%, sehingga memberikan hasil
daya keluaran dari generator sebesar 10937,5 kW atau 10,93 MW. Dengan
demikian dapat diharapkan PLTSa ini mampu membangkitkan daya listrik sebesar
10 MW. Harga 10 MW di atas kemudian dikurangi 10% untuk keperluan internal
pembangkit.
IV.4. Interkoneksi Jaringan 20kV
Dengan prinsip dasar seperti pada PLTU, maka PLTSa ini akan
diproyeksikan sebagai penyuplai beban dasar (base load) pada pelanggan PLN.
Untuk itu PLTSa ini akan terhubung melalui jaringan 20 kV PLN. Adapun
prinsip-prinsip dasar interkoneksi ke jaringan 20kV PLN adalah dengan
menggunakan synchronizer yang dipasang pada sisi generator.
Generator
Dengan menggunakan asumsi daya keluaran generator 10 MW dan faktor
daya 0,85 maka diperoleh rating VA generator adalah :
VAgen 
10 MW
 11,76 MVA
0,85
IV-8 BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
Untuk pole generator dipilih generator dengan 4 pole. Dan tegangan
generator dipilih tegangan 6,3 kV dengan pertimbangan utama tegangan generator
yang ada di pasaran agar tidak perlu pemesanan khusus. Dengan tegangan 6,3 kV
diperoleh arus nominal sebesar:
I arm 
11,76 MVA
6,3kV 3
 1,07kA
Trafo generator
Untuk menghubungkan keluaran generator dengan jaringan tegangan
menengah PLN 20kV digunakan transformator penaik tegangan yang terhubung
Y/Δ dengan tegangan 6,3 kV/20 kV. Rating trafo dipilih 12 MVA.
Generator6
,3kV
10MW
0,85
CB
sinkroniser
Trafo
Y/Δ
6,3/20kV
12MVA
Penyulang
20kV PLN
Pemakaian
sendiri
Rel 20kV
Gambar 4-5 Diagram satu garis
Interkoneksi PLTSa ke jaringan 20 kV PLN menggunakan sinkroniser yang
dipasang pada sisi generator. Sinkroniser ini berfungsi untuk memenuhi syaratsyarat pemaralelan generator dengan jala-jala.
IV-9 BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
IV.5. Pemilihan Lokasi PLTSa
Dalam menentukan lokasi penempatan PLTSa yang direncanakan,
diperlukan beberapa kajian dengan melihat berbagai aspek, antara lain kajian
hidrologi, tata guna lahan, dsb. Data-data ini diperoleh dari data sekunder
Laboratorium Geoteknik Departemen Teknik Sipil ITB.
Penentuan lokasi PLTSa yang paling optimal berdasarkan data sekunder,
hasil survei lapangan, kemudahan akses jalan, dan pertimbangan dampak sosial
adalah di wilayah primer Gedebage.
Gambar 4-5 Peta Lokasi Pembangkit Listrik Tenaga Sampah
Kondisi Air Tanah
Berdasarkan data sekunder dari Bappeda tentang survey geolistrik di
lokasi rencana Kawasan Primer Gedebage (sekitar 2000 meter dari lokasi rencana
PLTSa), diidentifikasi sistem akifer Gedebage terdapat sampai kedalaman 250
IV-10 BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
meter yang menerus secara luas ke arah Barat-Timur dan sedikit ke Utara-Selatan.
Hasil pengeboran untuk mengetahui kondisi akifer, menunjukkan bahwa sistem
akifer Gedebage adalah sbb:
–
Sistem akifer pada kedalaman 25-40 meter, diperkirakan debit air
yang dapat dimanfaatkan pada zona ini adalah 5-7 liter/detik.
–
Sistem akifer pada kedalaman 70-100 meter, diperkirakan debit air
yang dapat dimanfaatkan pada zona ini adalah 10 liter/detik.
–
Sistem akifer pada kedalaman 115-140 meter.
–
Sistem akifer pada kedalaman 180-220 meter.
Keperluan air yang diperlukan untuk proses pembangkitan energi listrik
dapat dicukupi dengan memanfaatkan air akifer yang ada di kawasan ini.
Kondisi Topografi dan Tata Guna Lahan
Lokasi rencana merupakan area persawahan dengan kondisi topografi yang
relatif datar. Sebelah Barat lokasi merupakan lokasi perumahan Cempaka Arum,
sebelah Timur Laut terdapat beberapa perumahan penduduk dan berbatasan
dengan jalan Kabupaten Bandung, sedangkan sebelah Selatan lokasi rencana
merupakan Jalan Tol Purbalenyi. Merupakan kawasan pendamping dari rencana
Kawasan Primer Gedebage (berjarak sekitar 2-3 km)
Kondisi Umum
Topografi lokasi datar, lahan yang tersedia luas yang merupakan area
persawahan (tadah hujan), dengan potensi banjir yang saat ini sudah kecil karena
normalisasi kali sungai Cilameta di sebelah Barat lokasi. Kapadatan penduduk
jarang, kecuali di perumahan Cempaka Arum di sebelah Barat lokasi (Spot III &
IV)
Kondisi Jalan Akses
Akses Jalan Jangka Pendek. Jalan alternatif saat ini yang tersedia:
IV-11 BAB IV Desain Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Di Kota Bandung
•
Jalan Cimencrang (masuk dari jalan Soekarno Hatta) dan melewati
perumahan Cempaka Arum: lebar jalan rata-rata 6-7 meter (perlu
pertimbangan sosial masyarakat di Perumahan Cempaka Arum).
Akses Jalan Jangka Panjang (Operasi PLTSa 30 MW, lalu-lintas truk
sampah) dipertimbangkan perlu dibuat jalan baru yang lebih memadai
berdasarkan pertimbangan sosial, perijinan, biaya konstruksi, dan kemudahan
pelaksanaan.
Kondisi Titik Interkoneksi Jaringan Listrik
Dekat dengan trafo 20 kV (< 1 km)
IV-12