ANALISIS BIAYA PRODUKSI LISTRIK PER KWH MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR BIOGAS LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT (Aplikasi pada PLTBGS PKS Tandun) David Partogi Butar-Butar, M. Natsir Amin dan Surya Tarmizi Kasim Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail:
[email protected],
[email protected],
[email protected]
Abstrak Peningkatan permintaan energi dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi dari bahan bakar fosil memberikan tekanan kepada setiap negara untuk segera memproduksi dan menggunakan energi terbarukan. Salah satu energi terbarukan yang berpotensi untuk dikembangkan di Indonesia adalah biogas, khususnya yang berasal dari limbah cair kelapa sawit. Biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar pembangkit tenaga listrik. Dengan bahan bakar biogas, akan menghasilkan biaya produksi listrik yang lebih murah dan ramah terhadap lingkungan. Sebagai implementasi studi kasus yang dipilih adalah Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Sawit (PLTBGS) Pabrik Kelapa Sawit Tandun, Riau milik PT. Perkebunan Nusantara V. Pada paper ini akan dilihat analisis biaya untuk memproduksi listrik per kWh dengan pembangkit tenaga listrik yang menggunakan biogas limbah cair kelapa sawit sebagai bahan bakar, dengan memperhitungkan biaya modal, biaya bahan bakar serta biaya operasional dan perawatan. Sehingga didapat biaya produksi listrik per kWh berdasarkan suku bunga 6%, 9%, 12% adalah Rp 569,13/kWh, Rp 659,34/kWh, Rp 770,89/kWh dan biaya produksi listrik per kWh tanpa memperhitungkan biaya pengembalian modal adalah Rp 250/kWh.
Kata Kunci: analisis biaya, pembangkit listrik, biogas listrik yang menggunakan bahan bakar biogas limbah cair kelapa sawit dapat memproduksi listrik dengan biaya yang lebih murah. Penelitian yang dilakukan melingkupi biaya pembangkitan listrik per kWh di Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Sawit (PLTBGS) Pabrik Kelapa Sawit Tandun meliputi biaya modal, biaya bahan bakar serta biaya operasional dan perawatan yang produksi listriknya masih digunakan untuk memenuhi kebutuhan pabrik itu sendiri.
1. Pendahuluan Kebutuhan akan bahan bakar minyak yang semakin meningkat, demikian pula dengan harganya menyebabkan tidak ada stabilitas keseimbangan antara permintaan dengan penawaran. Salah satu jalan untuk menghemat penggunaan bahan bakar minyak terutama dalam proses pembangkitan energi listrik adalah mencari sumber energi alternatif yang dapat diperbarui (renewable). Energi terbarukan yang tepat dikembangkan adalah biogas limbah cair kelapa sawit. Pengolahan limbah cair kelapa sawit menjadi biogas, merupakan alternatif yang sangat baik karena dapat mengurangi kerusakan lingkungan hidup juga memberikan nilai tambah (ekonomis). Dengan biogas, akan dihasilkan energi listrik yang lebih murah dan ramah terhadap lingkungan. Penulisan ini memiliki tujuan untuk mengetahui biaya produksi listrik per kWh menggunakan biogas limbah cair kelapa sawit sebagai bahan bakar pembangkit tenaga listrik dan manfaatnya adalah pembangkit tenaga
2. Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Sawit (PLTBGS) Energi terbarukan merupakan sumber energi bersih yang dihasilkan dari sumber daya energi yang secara alamiah tidak akan habis dan dapat berkelanjutan jika dikelola dengan baik, antara lain: energi panas bumi, energi matahari, biofuel, aliran air sungai, panas surya, angin, biomassa, biogas, ombak laut, dan suhu kedalaman laut [1].
-17-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 3 NO. 1/Juli 2013 memiliki karakteristik yang hampir sama dengan natural gas dan liquid petroleum gas, seperti yang diperlihatkan pada Tabel 3.
Pemanfaatan energi terbarukan yang maksimal bisa menjadi solusi krisis energi di Indonesia [1]. Potensi energi terbarukan di Indonesia diperlihatkan pada Tabel 1.
Tabel 3. Perbandingan karakteristik biogas dengan natural gas dan liquid petroleum gas [5]
Tabel 1. Potensi energi terbarukan Indonesia [2] No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Jenis Energi Tenaga Air Panas Bumi Mikro Hidro Biomassa Energi Angin Energi Surya Gelombang Total
Potensi (MW) 75.670 27.510
Pemanfaatan (MW) (%) 4.200 5,55 1.189 4,32
500
86
17,22
49.800
445
0,89
9.290
1,1
0,01
4,8*)
12,1
-
10-35**) 162.770
5.921
3,64
Jumlah
LPG
0,46 kg
Minyak Tanah
0,62 liter
Minyak Solar
0,52 liter
Bensin
0,8 liter
Gas Kota
1,5 m3
Kayu Bakar
3,5 kg
19.800 25.700 0,847 1,002 650 750 9,6
Bagian Kelapa Sawit
3
1m
Nilai kalori (kJ NM-3) Spesifikasi gravitasi Suhu pembakaran (0C) Udara yang dibutuhkan saat pembakaran (M3 m-3)
Natural Gas 37.900
100.000
0,584
1,5
650 750 9,6
-
LPG
450 500 13,8
-
Tabel 4. Kandungan kalori pada bagian kelapa sawit [7]
Tabel 2. Kesetaraan biogas dengan sumber energi lain [4] Biogas
Biogas
Energi yang cukup besar dapat diperoleh dari pengolahan limbah cair. Pemanfaatan dalam bentuk energi ini berpotensi besar mengingat limbah tersebut masih memiliki nilai kalor yang cukup tinggi. Pemanfaatannya akan menghasilkan bahan bakar yang bisa dipakai untuk pembangkitan listrik [6]. Kandungan nilai kalori pada setiap bagian kelapa sawit diperlihatkan pada Tabel 4.
Biogas merupakan salah satu jenis energi terbarukan. Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik, termasuk diantaranya limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama biogas adalah metana dan karbon dioksida. Metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batubara [3]. Kesetaraan biogas dengan sumber energi lain diperlihatkan Tabel 2.
Bahan Bakar
Uraian
Nilai Kalori
Cangkang Serat Tandan buah kosong Batang
3.400 kcal/kg 2.637 – 4.554 kcal/kg 1800 kcal/kg 4.176 kcal/kg
POME (Palm Oil Mill Effluent)
4.695 – 8.569 kcal/m3
Note: Usaha panas 1 kalori = usaha mekanik 427 Kgm Usaha mekanik 1 Kgm = 9,81 joule 1 joule = 1/9,81 Kgm = 0,10193 Kgm = 0,102 Kgm 1 Kgm = 1/427 kcal = 0,002342 kcal 1 joule = 0,102 x 0,002342 kcal = 0,00024 kcal = 0,24 kalori 1 kalori = 1/0,24 joule = 4,166 joule 1 Wh = 3.600 watt-detik = 3.600 joule 1 joule = 1/3.600 Wh = 0,000278 Wh 1 Wh = 3.600 x 0,00024 kcal = 0,864 kcal = 864 kalori Sehingga didapat : 1 kcal = 4.187 Joule = 1,163 Wh
Biogas yang bebas pengotor dan telah mencapai kualitas pipeline adalah setara dengan gas alam. Dalam bentuk ini, gas tersebut dapat digunakan sama seperti penggunaan gas alam. Pemanfaatannya pun telah layak sebagai bahan baku pembangkit listrik, pemanas ruangan, dan pemanas air. Jika dikompresi, biogas dapat menggantikan gas alam terkompresi yang digunakan pada kendaraan [4]. Biogas juga
-18-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 3 NO. 1/Juli 2013
Perkiraan jumlah energi biogas yang dapat dihasilkan dari kapasitas Pabrik Kelapa Sawit (PKS) diperlihatkan pada Tabel 5.
PLTBGS menggunakan gas metan sebagai bahan bakarnya. Gas metan tersebut didapat dari pengolahan limbah cair atau Palm Oil Mill Effluent (POME). Limbah cair kelapa sawit sisa hasil pengolahan dari PKS ditampung dihomogenization pond. Kolam ini dilengkapi dengan filter mekanis yang berfungsi untuk mengurangi jumlah limbah padat (serat, sampah, dll) dan juga dengan agitator untuk menghomogenisasi atau menyetarakan kualitas POME sebelum masuk ke dalam reaktor. Kolam ini juga berfungsi untuk mengurangi suhu POME tersebut menjadi dibawah 500C. Sebelum dialirkan menuju anaerobic capped pond (kolam reaktor dengan membran HDPE yang dilengkapi fasilitas untuk mencampur, menangkap dan menekan biogas yang memiliki volume sekitar 27.000 m3), POME harus dimonitor dan dikontrol di POME feeder and sludge handling station untuk memastikan kualitas POME sebelum feeding sehingga mengoptimalkan produksi biogas dari reaktor. Biogas yang terdapat dalam kolam reaktor akan dimonitor dan dikontrol oleh mixing and flare station, sehinggan bila terdapat biogas yang berlebih akan dibawa ke flare untuk dibakar. Sebelum POME keluar dari kolam reaktor, POME kembali akan dimonitor dan dikontrol pengolahannya sampai pelepasan menuju tujuan berikutnya di Treated POME discharge station. Biogas yang dihasilkan dari kolam reaktor anaerobik, dialirkan menuju biogas conveying station untuk diawasi pendistribusiannya ke fasilitas berikutnya yaitu scrubber. Scrubber merupakan alat yang memiliki kapasitas untuk mengurangi kandungan Hydrogen Sulphide (H2S) pada biogas untuk maksimum 200 ppm dengan masukan maksimum 3.000 ppm H2S saat suhu 00 celcius pada tekanan 1 bar. Proses ini merupakan proses secara biologis dan tidak dibutuhkan zat kimia adiktif. Kemudian biogas akan dikeringkan di dehumidifier. Proses pengeringan ini dilakukan dengan kombinasi penukaran gas/air dan penghematan energi, ditambah sistem separator dan kondensator. Setelah dikeringkan, biogas akan dikontrol dan diawasi pendistribusiannya di biogas genset feeder station. Biogas genset feeder station merupakan tempat yang disiapkan untuk mendapatkan atau memonitor data dan mengontrol pendistribusian biogas menuju generator set biogas. Semua proses biogas secara keseluruhan dikontrol dan diawasi di containerized control
Tabel 5. Perkiraan energi biogas dari kapasitas produksi PKS [8] No
Parameter
1.
Desain keluaran digester biogas Penurunan COD/BOD Perkiraan produksi biogas
2. 3.
4.
Nilai energi
5.
Ekivalensi jumlah bahan bakar dari shell Potensi energi listrik
6.
Kapasitas Produksi Kelapa Sawit 30 40 60 ton/jam ton/jam ton/jam TBS TBS TBS 20 30 40 m3/jam m3/jam m3/jam
90 %
90 %
90 %
500-815 Nm3/ja m 4.2046.852 MJ/jam 0,8-1,3 ton/jam
8151000 Nm3/ja m 6.8528.400 MJ/jam 1,3-1,6 ton/jam
10001320 Nm3/ja m 8.40011.088 MJ/jam 1,6-2,1 ton/jam
1,000 MW
1,500 MW
2,000 MW
Gambar diagram skematik Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Sawit (PLTBGS) diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram skematik PLTBGS [8]
-19-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 3 NO. 1/Juli 2013 beroperasi. Biaya operasional dan perawatan meliputi biaya tetap (fixed cost) yaitu biaya yang tidak berhubungan terhadap besar tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit tenaga dan biaya tidak tetap (variabel cost) yaitu biaya yang berkaitan dengan pengeluaran untuk alat-alat dan perawatan yang dipakai dalam periode pendek dan tergantung pada besar tenaga listrik yang dihasilkan.
station, yang merupakan ruangan control yang berbentuk kontainer yang dilengkapi unit PLC (modul power supply, CPU, analog/digital input, analog/digital output, modul interphase, dll), software kontrol (PC dengan monitor LCD 20 inchi).
3. Metode Perhitungan Biaya Produksi, Pendapatan dan Investasi
d. Biaya Bahan Bakar Pada pembangkit ini menggunakan bahan bakar dari limbah cair pabrik kelapa sawit. Oleh sebab itu pada pembangkit ini tidak dikenakan biaya bahan bakar. Akan tetapi biaya bahan bakar dimasukkan ke dalam biaya operasional, yaitu bagaimana untuk mengubah limbah cair tersebut menjadi biogas.
Untuk mengetahui biaya produksi listrik per kWh, pendapatan dan investasi pada PLTBGS Tandun, maka perlu dilakukan analisis terhadap aspek ekonomi dan pembiayannya. a. Harga Energi Listrik Harga energi listrik tiap pembangkit berbedabeda yang dihitung dengan parameter-parameter sebagai berikut [9]:
e. Pendapatan per Tahun (Cash in Flow) Cash in flow (CIF) dirumuskan pada persamaan 3 berikut: CIF = (harga jual listrik ke PKO x Daya yang di jual ke PKO) – (Biaya pembangkitan total x kWh output ) + pendapatan tambahan (CER) (3)
a. Biaya pembangkitan per kWh b. Biaya pengoperasian per kWh c. Biaya perawatan per kWh d. Suku bunga e. Depresiasi f. Umur operasi g. Daya yang dibangkitkan
f. Payback Period Payback period adalah lama waktu yang diperlukan untuk mengembalikan dana investasi. Investasi yang ideal adalah investasi dengan payback period terpendek. Payback period (PP) dirumuskan pada persamaan 4 berikut :
Dalam pengembangan teknologi pembangkitan ditinjau dari aspek ekonomi terdiri dari 3 hal yaitu [9]: a. Biaya modal b. Biaya bahan bakar c. Biaya operasi dan perawatan
PP
b. Biaya Modal (Capital Cost) Biaya modal adalah biaya pembangunan pembangkit listrik yang dipengaruhi oleh tingkat suku bunga dan umur ekonomis suatu pembangkit. Biaya modal / Capital Cost (CC) dirumuskan pada persamaan 1 berikut : biaya pembangunan x kapasitas pembangkit x CRF
CC =
jumlah pembangkitan tenaga listrik
=
( (
) )
modal investasi pendapatan setiap tahun
(4)
4. Hasil dan Analisis Perhitungan Untuk mendapatkan jumlah biaya produksi listrik per kWh, pendapatan dan investasi, perlu dilakukan analisis perhitungan terhadap ketersediaan biogas, biaya modal, biaya bahan bakar, biaya operasional dan perawatan, biaya CER, pendapatan dan payback period
(1)
Capital Recovery Factor (CRF) dirumuskan pada persamaan 2 berikut : CRF
=
a. Perhitungan Ketersediaan Biogas di PKS Tandun Jumlah tandan buah segar yang mampu diolah PKS Tandun sekitar 29 ton/jam. Berdasarkan kondisi ini, ketersediaan limbah sebagai bahan bakar biogas dapat dihitung dengan menggunakan asumsi yang diperlihatkan pada Tabel 6.
(2)
c. Biaya Operasional dan Perawatan Biaya operasional dan perawatan adalah semua biaya yang digunakan selama pembangkit
-20-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 3 NO. 1/Juli 2013
Tabel 6. Potensi Ketersediaan POME dan Biogas di PKS Tandun No. 1. 2. 3. 4.
5. 6.
7.
8. 9.
10.
Uraian Kapasitas kerja PKS Jam operasi PKS
Jumlah 29
Satuan Ton/jam
20 285
Jam/hari Hari/tahun
5.700
Jam/tahun
165.300
Ton TBS
0,6 17,4 348 1.983.600
m3/ton TBS m3/jam m3/hari m3/tahun
55.000
mg/l
20.000
mg/l
Ratio produksi methane Estimasi produksi biogas
0,39 542 13.009 3.707.565
m3/kg COD m3/jam m3/hari m3/tahun
Estimasi produksi CH4 (sekitar 55% dari produksi biogas)
357,75 7.155 2.039.175
m3/jam m3/hari m3/tahun
Jam kerja ratarata PKS Kapasitas kerja PKS dalam 1 tahun Ratio kapasitas POME Volume POME rata-rata Karakteristik POME COD – Influent – Total BOD – Influent – Total
CRF : Untuk suku bunga (i) = 6% CRF = 0,078 Untuk suku bunga (i) = 9% CRF = 0,10 Untuk suku bunga (i) = 12% CRF = 0,127 CC : Untuk suku bunga (i) = 6% CC = Rp 319,13/kWh Untuk suku bunga (i) = 9% CC = Rp 409,34/kWh Untuk suku bunga (i) = 12% CC = Rp 520,89/kWh c. Perhitungan Biaya Bahan Bakar Bahan bakar yang digunakan pada PLTBGS Tandun ini adalah POME PKS Tandun Kampar itu sendiri, maka tidak dikenakan biaya untuk membeli bahan bakar. Oleh sebab itu, biaya bahan bakar diperhitungkan ke dalam biaya operasional dan perawatan. d. Perhitungan Biaya Operasional dan Perawatan Biaya yang digunakan untuk operasional dan perawatan PLTBGS Tandun ini diperkirakan kurang lebih Rp. 250,00 / kWh. Dengan rincian biaya operasional Rp 90,00 /kWh dan biaya perawatan Rp 160,00 /kWh. e. Perhitungan Biaya Pembangkitan Total Perhitungan biaya pembangkitan total dirumuskan pada persamaan 5 berikut:
Dari tabel diatas diperoleh jumlah gas metana (CH4) yang dihasilkan selama 1 tahun sekitar 2.039.175 m3/tahun. Setiap m3 gas metana dapat diubah menjadi energi sekitar 4.740 – 6.560 kkal per m3 atau 20 – 24 MJ dan konversi listrik sekitar 5,51-7,62 kWh. Dengan efisiensi PLTBGS 39,4 %, akan dihasilkan listrik sekitar 2,17-3,00 kWh setiap m3.
TC = CC + FC + OM Keterangan: TC = Biaya Total CC = Biaya Modal FC = Biaya Bahan Bakar OM = Biaya Operasional dan Perawatan
b. Perhitungan Biaya Modal Kapasitas, umur, tipe bahan bakar dan biaya investasi PLTBGS Tandun diperlihatkan pada Tabel 7.
Sehingga didapat biaya pembangkitan total: Untuk suku bunga (i) = 6% TC = Rp 569,13/kWh Untuk suku bunga (i) = 9% TC = Rp 659,34/kWh Untuk suku bunga (i) = 12% TC = Rp 770,89/kWh
Tabel 7. Kapasitas, biaya investasi, umur dan tipe bahan bakar PLTBGS PKS Tandun Jenis Data Kapasitas PLTBGS Umur Tipe bahan bakar Biaya investasi
(5)
Nilai 1,025 MW 25 tahun Limbah cair kelapa sawit (POME) 3.120.000 USD
f. Perhitungan Biaya Certified Emission Reduction (CER) CER yang diperoleh PLTBGS Tandun dapat dilihat pada Tabel 8.
-21-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 3 NO. 1/Juli 2013 tambahan yang berasal dari (Certified Emission Reduction).
Tabel 8. CER yang diperoleh PLTBGS Tandun Uraian Gas methane Karbon dioksida Certificate CO2
Jumlah 975.431 20.484 10
Satuan Kg/tahun Ton CO2/tahun USD/ton CO2
CER
6. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada T. Butar-Butar dan R. Manurung selaku orang tua penulis yang sudah membiayai penulis, Ir. M Natsir Amin, MM dan Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen pembimbing, juga Ir. Zulkarnaen Pane dan Ir. Eddy Warman selaku dosen penguji penulis yang sudah membantu penulis dalam menyelesaikan paper ini, serta teman-teman penulis yang sudah memberikan dukungan selama pembuatan paper ini.
Biaya CER = 10 x 20.484 = 204.840 USD/tahun (1 USD = Rp 9.700,00) = Rp 1.986.948.000,00/tahun g. Perhitungan Pendapatan / Cash in Flow (CIF) Untuk suku bunga (i) = 6% CIF = Rp 3.095.940.600,00 / tahun Untuk suku bunga (i) = 9% CIF = Rp 2.422.810.800,00 / tahun Untuk suku bunga (i) = 12% CIF = Rp 1.599.571.800,00 / tahun
7. Daftar Pustaka
h. Perhitungan Payback Period (PP) Untuk suku bunga (i) = 6% PP = 9,77 tahun Untuk suku bunga (i) = 9% PP = 12,49 tahun Untuk suku bunga (i) = 12% PP = 18,92 tahun
[1]. Alamendah. 2012. Energi Terbarukan di Indonesia. http://alamendah`s.blogspot.com [2]. Dewan Riset Nasional. 2010. Agenda Riset Nasional Bidang Energi. Jakarta. [3]. Wikipedia.org. 2012. Biogas. http://id.wikipedia.org/wiki/Biogas. [4]. Hermawan, Beni dkk. 2007. Pemanfaatan Sampah Organik Sebagai Sumber Biogas Untuk Mengatasi Krisis Energi Dalam Negeri. Karya Tulis Ilmiah Mahasiswa. Universitas Lampung. Bandar Lampung. [5]. Saleh, Ghizan dan N. Rajanaidu. 2011. Direction in the Utilization of Cropsfor Bioenergy in Malaysia in Response to Climate Change. Selangor. Malaysia. [6]. Marpaung, Dedy Suhendra. 2009. Pemanfaatan Limbah Pabrik Kelapa Sawit Sebagai Pembangkit Listrik. http://dedysuhendramarpaung.blogspot.com [7]. Pasilhok Utama Team. 2011. An intermediate report biomass & biogas power plant system at Blangkahan palm oil mill. Medan. Indonesia. [8]. PT Karya Mas Energi. 2011. POME Biogas Project (Diesel Replacement). Kampar. Riau. [9]. Sinaga, Ishak. 2011. Energi Terbarukan Sisa Keluaran Limbah Padat Pengolahan Kelapa Sawit (Studi Kasus Perencanaan Pembangunan PLTBS PKS Blangkahan). Skripsi. Universitas Sumatera Utara.
Dari perhitungan didapat biaya produksi listrik per kWh menggunakan biogas sebagai bahan bakar pembangkit listrik tanpa memperhitungkan pengembalian biaya modal adalah Rp 250/kWh. Biaya ini jauh lebih murah dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar minyak yang jumlahnya mencapai Rp 2.500/kWh. Oleh sebab itu, setiap PKS harus mengkonversi bahan bakar minyak ke biogas, agar dapat menghemat biaya dalam penyediaan energi listriknya. Penggunaan biogas juga sangat membantu mengurangi efek rumah kaca, sehingga sangat ramah terhadap lingkungan.
5. Kesimpulan Dari hasil analisis perhitungan, dapat dihasilkan beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Biaya produksi listrik yang didapat dari perhitungan berdasarkan suku bunga 6%, 9% dan 12% adalah Rp 569,13/kWh, Rp 659,34/kWh dan Rp 770,89/kWh. 2. Pendapatan PLTBGS Tandun menjadi meningkat dengan adanya pendapatan
-22-
copyright @ DTE FT USU
