KOGENERASI DAN COMBINED-CYCLEHand Out Kuliah ITK-423 UTILITAS(Oleh : Antonius D.A. Feryanto)

JURUSAN TEKNIK KIMIA - ITENAS

Tujuan Pembelajaran Khusus (TPK)Mahasiswa mampu menjelaskan prinsip-prinsip kogenerasi dan combined-cycle sebagai upaya pemulihan energi

PEMULIHAN (Recovery) ENERGI Produksi kerja (daya mekanik/listrik) dari proses pembakaran bahan bakar fosil merupakan proses yang sangat tidak efisien.Efisiensi power plant hanya 30 45%, artinya 55 70% energi terbuang. ENERGI TERBUANGDIMANFAATKAN !!PENINGKATAN EFISIENSI ENERGI SECARA KESELURUHAN

KOGENERASIProduksi dua bentuk energi secara bersamaan menggunakan satu sumber energi.Dalam kasus industri kimia, produksi energi mekanik (listrik) dan energi panas sekaligus dari satu sumber bahan bakar.KOGENERASI Total Energy System atau Waste Heat Utilization System

SIKLUS GABUNGAN (COMBINED CYCLE)Pemanfaatan satu sumber bahan bakar untuk produksi daya (listrik/mekanik) menggunakan dua siklus termodinamika.Konfigurasi siklus yang dipakai biasanya Siklus Brayton dan Siklus Rankine.

KONFIGURASI KOGENERASITOPPING CYCLEBahan bakar pertama kali dimanfaatkan untuk produksi energi mekanik melalui siklus termodinamika. Energi termal sisanya dimanfaatkan untuk proses pemanasan di pabrik.

Siklus termodinamika produksi kerja

PABRIK

G

Bahan bakar

Bahan baku

Produk

Energi termal

Panas terbuang

BOTTOMING CYCLEBahan bakar pertama kali dimanfaatkan untuk produksi energi termal untuk proses pemanasan pabrik. Energi termal sisanya dimanfaatkan untuk menghasilkan energi mekanik melalui siklus termodinamika.

PABRIK

Siklus termodinamika produksi kerja

Produk

G

Bahan bakar

Listrik

Energi termal sisa

Panas terbuang

Bahan baku

Kogenerasi dengan Turbin UapSistem pembangkit kerja yang paling banyak digunakan dalam kogenerasiAplikasi pada turbin uap jenis back pressure.

Turbinuap

Uap masuk turbin

Uap keluar turbin (untuk proses pemanasan)

Dengan sistem pengendalian laju alir uap

Turbinuap

Uap keluar (untuk proses pemanasan)

Kogenerasi dengan Turbin GasTurbin gas beroperasi pada temperatur tinggi, sehingga gas buangnya masih memiliki energi termal yang cukup tinggi.Energi termal gas buang dapat dimanfaatkan dengan berbagai cara :- pemanasan awal udara pembakar (regeneratif)- pemanasan proses secara tak langsung- pemanas proses tak langsung melalui alat-alat penukar panas.- pemanas proses tak langsung melalui WHB.- produksi uap lewat WHB dan selanjutnya uap digunakan untuk penggerak turbin uap (combined cycle).

burner

kompresor

turbin

Bahan bakar

Pemanas langsung

Gas cerobong

Gas cerobong

regenerator

HE

WHB

air

uap

Bahan bakar tambahan

Gas cerobong

Udara

COMBINED CYCLE

SIKLUS BRAYTON

SIKLUS RANKINE

Combined-cycle Cogeneration

Waste Heat Boiler (WHB)Pembangkit kukus/boiler dengan sumber energi berasal dari energi termal sisa.Berfungsi untuk mengkonversi panas sensibel gas cerobong menjadi kukus.Menghitung jumlah uap yang mampu dihasilkan di WHB ??NERACA MASSA DAN ENERGI !!

Contoh Soal :Perkirakan laju produksi uap pada Waste Heat Boiler (WHB) untuk memanfaatkan panas buang dari turbin gas dengan kondisi-kondisi sebagai berikut :laju alir gas buang = 800.000 kg/jamtemperatur gas buang = 480oCkondisi uap yang dihasilkan WHB = 700 kPa, jenuhentalphi BFW = 450 kJ/kgpinch point = 15oCkapasitas panas gas buang = 1.1 kJ/kg oCTentukan pula temperatur gas buang keluar dari WHB.

Efisiensi Penggunaan Energi

Bahan bakar

Rugi-rugi

Power

35%

17%

48%

17%

83%

Rugi-rugi boiler

Bahan bakar

Power

KONVENSIONAL

KOGENERASI

70%

30%

Rugi-rugi gas buang

Bahan bakar

Power

70%

Bahan bakar

Power

30%

Rugi-rugi gas buang

KONVENSIONAL

KOGENERASI

Sistem turbin uap dan boiler

Sistem turbin gas

Incremental Heat Rate (IHR)HR / Heat Rate : Konsumsi sumber energi di dalam sebuah power plant.Sering digunakan dalam mengevaluasi kogenerasi, atas dasar energi termal sebagai produk utama dan energi listrik sebagai produk tambahan.IHR = Selisih konsumsi bahan bakar sistem kogenerasi dengan konsumsi sistem produksi uap konvensional

Contoh Soal :Sebuah pabrik memerlukan energi listrik 3 MW dan energi termal = 200 juta Btu/jam. Energi termal diperoleh dari uap pada pada kondisi temperatur jenuh 259oF (P=35 psia, hv=1167.1 Btu/lb, hl=228 Btu/lb). Air boiler masuk pada temperatur 80oF dan tekanan 35 psia (entalphi 282.2 Btu/lb). Efisiensi boiler 80%.Sistem produksi energi termal tersebut dimodifikasi menjadi sistem kogenerasi dengan turbin uap. Karakteristik turbin uap dipilih sedemikian rupa sehingga kondisi uap keluar turbin tepat pada kondisi keperluan proses. Uap masuk turbin diatur pada 150 psia dan 400oF (h=1219.1 Btu/lb). Ekspansi uap berlangsung secara adiabatik tak-reversibel.a. Tentukan neraca massa dan energi kogenerasi.b. Tentukan IHRc. Bandingkan IHR terhadap HR produksi listrik dengan turbin uap konvensional.

Contoh Soal :Udara dengan laju alir 600000 kg/jam digunakan untuk menggerakkan turbin gas satu tahap dengan pressure ratio 15. Udara masuk kompresor pada tekanan 1 atm, 30oC. Diketahui maximum cycle temperature 1100oC. Laju alir fluida kerja dianggap tetap dengan kapasitas panas 1 kJ/kg K. Efisiensi kompresor 85% dan efisiensi turbin 85%. Panas yang berasal dari gas buang hendak digunakan untuk memproduksi kukus melalui WHB dengan pinch point 15oC. Entalphi BFW 550 kJ/kg. Kukus ini akan digunakan untuk keperluan produksi energi mekanik melalui turbin uap. Data-data kukus adalah sebagai berikut :Kukus masuk turbin 4000 kPa, 350oCKukus keluar turbin 500 kPa, jenuh

a. Berapa jumlah (dalam kW) energi mekanik yang dihasilkan.b. Tentukan efisiensi keseluruhan.