COGENERATION

Produksi kerja (daya mekanik atau listrik) melalui pembakaran bahan bakar fosil

merupakan proses yang sangat tidak efisien, dibandingkan terhadap fue cell. Efisiensi power

plant berkisar antara 30% sampai dengan 45%. Artinya 55% sampai dengan 70% energy bahan

bakar terbuang, berupa panas ke lingkungan. Sebagian panas terbuang ini dapat diambil kembali,

misalnya untuk pemanas proses melalui produksi uap. Dengan pengambilan panas buang ini,

energy bahan bakar yang memanfaatkan dapat mencapai 80%. Usaha untuk meningkatkan

efisiensi penggunaan sumber energi antara lain adalah cogeneration dan combined cycles.

Cogeneration adalah produksi serempak dua bentuk energy akhir atau lebih, dari satu

sumber energi. Di dalam pabrik kimia, cogeneration biasanya digunakan untuk memproduksi

energy mekanik (listrik) dan energy termal (uap). Cogeneration juga dikenal dengan nama lain,

seperti total energy system atau waste heat utilization system. Sistem ini telah dikenal sejak

lama, tetapi baru menjadi topik hangat pada akhir-akhir ini sebagai akibat kesadaran terhadap

penghematan sumber energy.

Combined cycles adalah pemanfaatan satu bahan bakar untuk produksi daya (kerja,

listrik) melalui siklus termodinamika. Kombinasi siklus yang umum dipakai adalah siklus

Brayton dan Rankine, yang diterapkan pada produksi listrik di PLTGU (Pusat Listrik Tenaga

Gas dan Uap).

7.1 Topping Cycle dan Bottoming Cycle

Konfigurasi dasar cogeneration ada dua macam, yaitu topping cycle dan bottoming cycle.

Pada konfigurasi topping cycle, energy bahan bakar dimanfaatkan prtama kali untuk

memproduksi energy mekanik melalui suatu siklus termodinamika (Lihat gambar 7.1). Energi

termal sisa produksi energy mekanik, yang dapat berupa uap atau panas gas buang ,

dimanfaatkan untuk menggerakkan proses kimia (reaksi, pemanasan, dan lain-lain). Konsumsi

bahan bakar untuk pembangkit kerja dan energi termal engan topping cycle lebih hemat daripada

konsumsi bahan bakar untuk pembangkit energi mekanik dan energi termal secara terpisah.

GAMBAR 7.1

Di dalam bottoming cycle , kebutuhan panas proses di pabrik kimia dipenuhi langsung

dengan bahan bakar (lihat gambar 7.2). Energi termal sisa proses kemudian dimanfaatkan untuk

produksi energi mekanik melalui suatu siklus termodinamik. Akhirnya, energi mekanik tersebut

digunakan untuk membangkitkan listrik. Penggunaan Bottoming cycle juga menghemat sumber

energy. Salah satu contoh bottoming cycle adalah pemanfaatan gas cerobong steam reforming

untuk produksi uap di dalam waste heat boiler (WHT). Uap tersebut selanjutnya digunakan

sebagai penggerak turbin uap.

Konfigurasi topping cycle lebih sering dijumpai di dalam pabrik kimia, dengan siklus

Rankine (turbin uap), siklus Brayton (turbin gas) atau siklus Diesel (motor diesel) sebagai pilihan

penggerak mula (mesin panas pembangkit kerja).

GAMBAR 7.2

7.2 Cogeneration Dengan Turbin Uap

Turbin uap merupakan suatu system pembangkit kerja yang paling banyak digunakan

didalam cogeneration. Turbin uap yang digunakan dalam cogeneration biasanya turbin back

pressure. Uap bekas ekspansi di dalam turbin back pressure adalah uap jenuh atau sedikit diatas

jenuh. Uap bekas turbin dalam system cogeneration sederhana ini dialirkan ke unit-unit

pemroses di dalam pabrik (lihat gambar 7.3)

GAMBAR 7.3

Satu kelemahan cogeneratin sederhana itu adalah saling ketergantungan antara beban

listrik dan beban termal. Untuk mengurangi ketergantungan kedua beban tersebut, jaringan listrik

dan cogeneration dihubungkan dengan sumber listrik independen (misalnya dari jaringan listrik

umum atau pembangkit listrik tenaga diesel). Cogeneration dioperasikan menurut kebutuhan

energy termal unit-unit proses, sedang produksi listrik tergantung pada laju alir uap yang lewat

turbin. Jika produksi listrik berlebih , maka power plant akan mengirimkan kelebihan listrik

tersebut ke jaringan listrik umum. Sebaliknya, kekurangan energy listrik dipenuhi dengan

pengambilan listrik dari jaringan umum.

Kinfigurasi lain yang lebih fleksibel adalah pengaturan laju uap dengan Pressure

Reducing Valve (PRV) beserta desuperheater (DS), dan Surplus Valve (SV) (lihat gambar 7.4).

Jika kebutuhan uap untuk energy termal proses lebih besar daripada kebutuhan uap untuk

menggerakkan turbin, maka pemenuhan kebutuhan uap untuk proses dilakukan dengan

pengaliran uap lewat PRV.

Di dalam PRV, uap mengalami ekspansi isentalpi, sehingga uap makin superheated.

Karena uap pemanas proses harus pada kondisi sekitar titik jenuh, maka uap panas yang keluar

PRV dibasahi dengan air di dalam desuperheater (lihat bab V, Neraca Uap).

GAMBAR 7.4

Pengendalian laju alir uap dilakukan dengan pengukuran tekanan uap disaluran yang

menuju unit-unit proses (lihat gambar 7.4). Jika terjadi kekurangan uap, tekanan uap di dalam

saluran turun. Penurunan tekanan ini selanjutnya akan membika PRV. Pengendalian temperature

uap dilakukan dengan pengukuran temperature uap DS. Jika temperature masih tinggi, maka laju

alir air ke DS dibesarkan. Sebaliknya, kelebihan uap ke unit proses akan keluar lewat Surplus

Valve. Uap lebih ini dikondensasi untuk diumpankan kembali ke boiler. Hal terakhir ini

merupakan pemborosan energy.

Sistem cogeneration dengan PRV sesuai untuk kebutuhan uap pemanas lebih tinggi

daripada kebutuhan uap untuk penggerak turbin. Jika kebutuhan uap pemanas lebih rendah

daripada kebutuhan uap ke turbin, maka pengaturan kebutuhan uap dan daya keluar turbin

dilakukan dengan penggunaan Extraction Turbine (lihat gambar 7.5)

Turbin ekstraksi paling tidak terdiri dari dua tahap ekspansi uap :

a. Suatu tahap ekspansi uap seperti dalam turbin Back Pressure, jadi uap tidak mencapai

ekspansi penuh.

b. Ekspansi akhir dilakukan ditingkat berikutnya yang mirip Condensing Turbine, uap

diekspansi sampai jenuh atau bahkan terkondensasi sebagian.

Uap proses diambil dari ekspansi tahap pertama (uap ekstraksi). Jika kebutuhan uap

proses meningkat, ekstraksi uap meningkat. Laju uap lewat turbin pertama meningkat, tetapi laju

uap lewat turbin terakhir berkuang. Hasilnya, daya keluar turbin dapat dijaga tetap. Sebaliknya,

jika kebutuhan uap proses menurun, laju alir uap ke turbin pertama dikurangi, sehingga daya

keluar turbin juga dapat dijaga tetap.

GAMBAR 7.5

Kondisi uap pertama masuk turbin merupakan satu hal penting dalam cogeneration. Uap

ini harus mempunyai tekanan dan temperature tingg, karena uap bekas turbin masih akan

digunakan sebagai uap proses. Boiler untuk cogeneration harus mampu untuk memproduksi uap

tekanan tinggi, tetapi kapasitasnya relatif rendah.