Teknologi Masa Depan Efisiensi Tinggi, Fleksibel dan Ramah Lingkungan

oleh -43 views

Oleh: Natarianto Indrawan, PhD
(Praktisi dan Tenaga Ahli Teknologi Hidrogen, Syngas dan Pembangkitan Listrik Hibrida, Departemen Energi, Amerika Serikat, Awardee Program I-Cohort 2021, Departemen Energi, Amerika Serikat)

Dunia pembangkitan listrik di dunia saat ini sedang mengalami transformasi seiring meningkatnya porsi renewable energy pada jaringan tenaga listrik (power grid). Dengan nature renewable energy (khususnya solar dan wind power) yang tidak konsisten, profil beban pada jaringan tenaga listrik mengalami fluktuasi yang sangat dinamis dan secara langsung mempengaruhi pola pembangkitan listrik pada setiap pembangkit listrik yang terhubung dengan jaringan tenaga listrik lokal. Lantaran itu, pembangkit listrik masa depan akan dituntut dapat beroperasi lebih dinamis dan prioritas pembangunan pembangkit baru akan diberikan kepada pembangkit listrik skala kecil dan menengah (distributed power) sementara pembangkit listrik berskala besar (large scale utility) akan lebih jarang dikembangkan dan digunakan.

Pembangkit listrik berskala distributed dapat menciptakan suatu grid mikro (microgrid) yang dapat berperan utama dalam meningkatkan kehandalan penyaluran daya pada jaringan tenaga listrik karena sifatnya yang lebih fleksibel dan dinamis dalam mengikuti perubahan beban (Gambar 1). Sebaliknya, pembangkit listrik skala besar akan tetap digunakan bilamana memiliki kemampuan cycling operation dalam mengikuti perubahan beban di jaringan yang semakin cepat. Gambar 2 menunjukkan salah satu profil operasional boiler dari sebuah pembangkit listrik tenaga uap di negara bagian Utah, Amerika Serikat, dimana sebelum dan setelah era dimana kontribusi pembangkitan solar dan wind power masuk ke dalam jaringan lokal. Dari profil pembebanan tersebut, dapat dilihat bahwa operasional PLTU yang sebelumnya berbasis baseload bertransformasi menjadi cycling operation dimana profil pembangkitan lebih dinamis 18 kalinya.

Sebagai salah satu solusi tantangan tersebut di atas, teknologi pembangkit listrik berbasis gas alam (natural gas (NG) atau gas generator) saat ini merupakan teknologi yang paling siap dan telah berperan dominan secara global. Sebagai contoh, di Amerika Serikat, pada 2019, sebanyak 546 microgrid baru terpasang dan beroperasi di seluruh negara bagian, dimana angka tersebut 47% lebih tinggi dari tahun sebelumnya 2018, yang hanya sekitar 371 unit. Dari jumlah ini, hampir seluruhnya memiliki kapasitas di bawah 5 MW dan 86% diantaranya dioperasikan dengan gas generator dan diesel generator.

Setidaknya ada beberapa keunggulan teknologi gas generator dibandingkan dengan diesel generator yang mungkin lebih dahulu dikenal dan populer khususnya di tanah air, diantaranya:1.

Level emisi rendah

Gas generator memiliki emisi sulfur dan NOx yang rendah. Emisi NOX, CO dan CO2 sebuah gas generator adalah 99%, 80% dan 59% lebih rendah dari diesel generator. Sehingga dalam aplikasinya, teknologi ini lebih mudah memenuhi standar lingkungan yang ditetapkan oleh regulator. Gambar 3 menunjukkan perbandingan level emisi NOx, CO dan CO2 antara gas generator dan diesel generator untuk skala 500 kW.

Efisiensi tinggi

Gas generator memiliki efisiensi tinggi yang relatif sama dengan diesel generator. Sebuah gas generator umumnya memiliki konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumption/sfc) sebesar 200-220 g/kWh, sedangkan sfc diesel generator sebesar 180-200 g/kWh. Selain itu, keunggulan gas generator lainnya adalah dapat dioperasikan secara rich burn (i.e, volume udara di bawah komposisi stoikiometrik) maupun lean burn (i.e., volume udara di atas komposisi stoikiometrik). Efisiensi rich burn pada umumnya sebesar 33-36% sedangkan efisiensi lean burn sebesar 37-40% dan dapat mencapai 45% untuk kapasitas unit yang lebih besar.


Andal dan Respon Operasi Cepat

Saat ini, gas generator memiliki kehandalan yang lebih baik dari diesel generator. Hal ini dikarenakan karena gas generator diback up oleh kontinuitas suplai bahan bakar gas alam yang baik. Tabel 1 merupakan perbandingan kehandalan gas generator versus diesel generator di beberapa negara bagian Amerika Serikat.

Tabel 1. Tingkat kehandalan gas generator Vs diesel generator di Amerika Serikat (5)

Wilayah Keandalan Diesel Generator Keandalan Gas Generator Selisih
Rata-rata Amerika Serikat 94.7% 97.3% 2.6%
Florida 90.1% 95.5% 5.4%
New Jersey 97.2% 98.2% 1.0%
Texas 97.3% 98.3% 1.0%




Selain itu, tidak hanya diesel generator yang dikenal memiliki respon transien yang cepat terhadap perubahan beban, dengan perkembangan teknologi gas generator, saat ini hampir semua unit gas generator juga memiliki kecepatan respon yang cukup tinggi. Sebagai contoh, untuk start up, sebuah gas generator hanya memerlukan waktu sekitar 10 detik. Selain itu, umumnya diesel generator memiliki performa terbaik pada 80% dari beban maksimum, di bawah itu akan terjadi wet stacking, fenomena dimana bahan bakar yang tidak terbakar (unburned fuel) dan soot terakumulasi di bagian exhaust. Hal ini tidak akan ditemui pada gas generator, sehingga memudahkan perawatan dan kebersihan pada unit.


Tingkat kebisingan rendah

Keunggulan lainnya dari gas generator adalah memiliki level kebisingan yang jauh lebih rendah dari diesel generator . Sehingga, hal ini memudahkan pabrikan dalam merancang acoustic enclosure sebagai standar reduksi level kebisingan dalam memenuhi standar lokal yang berlaku.

Perawatan mudah

Karena disuplai oleh jaringan pipa gas, gas generator secara umum memiliki perawatan lebih mudah dibandingkan dengan diesel generator 5, karena hal ini berhubungan langsung dengan tingkat kehandalan sebagaimana yang telah diuraikan sebelumnya. Kegagalan perawatan bahan bakar (fuel) menjadi isu utama bagi diesel generator, sementara isu ini sangat minim sekali dijumpai pada gas generator. Potensi kegagalan perawatan bahan bakar berkisar 7-28% untuk diesel generator, sementara hanya 0.75-3% untuk gas generator 5.

Fleksibilitas integrasi teknologi tinggi


Keunggulan utama lainnya bagi gas generator yang tidak dimiliki oleh diesel generator adalah memiliki kemudahan integrasi dengan berbagai teknologi renewable energy dan pembangkitan listrik efisiensi tinggi. Salah satu konfigurasi teknologi yang memiliki efisiensi tinggi (~45%) dengan emisi rendah (unburned hydrocarbon/UHC, NOx dan CO2) adalah konfigurasi hibrida dengan solid oxide fuel cell (SOFC and internal combustion engine / ICE) dengan menggunakan 67-33% power split, sebagaimana konsep pada Gambar 4 .

Gambar 4. Proses skema integrasi teknologi gas generator dengan SOFC

Fleksibilitas bahan bakar (fuel flexibility)

Keutamaan ini merupakan keunggulan utama gas generator dimana terdapat berbagai alternatif bahan baku sebagai pengganti gas alam melalui gas sintetis (syngas). Bahan bakar syngas terdiri dari komponen utama karbon monoksida (CO) dan hidrogen (H2) dan dapat dihasilkan dari berbagai bahan baku organik, seperti batubara, biomassa dan sampah, melalui proses gasifikasi . Sehingga bagi wilayah yang tidak memiliki cadangan gas alam masih dapat memanfaatkan teknologi gas generator melalui pemanfaatan komponen bahan baku organik lokal yang mudah diperoleh dan diangkut. Sebagai ilustrasi, sebuah pembangkit hibrida, solid oxide fuel cell dan internal combustion engine (SOFC-ICE) dapat memiliki kemampuan ramping beban (up/down) sebesar 50% dalam waktu singkat (<10 detik) dengan tetap mempertahankan efisiensi tinggi (~70%) . Sebaliknya kelebihan ini tidak tersedia pada diesel generator yang hanya dapat dioperasikan oleh diesel dan biodiesel dengan efisiensi sebesar 30-35%. (*)

natarianto

Tentang Penulis: Admin

Gambar Gravatar
Mengungkap fakta di balik isu-isu energi nasional dan global.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *