POLITEKNOSAINS VOL. XIV NO. 1
Maret 2015
KOMPUTASI EFEKTIFITAS GENERATOR DIESEL DAN BIOMASSA DENGAN PERANGKAT HOMMER Arif Setyo Nugroho Akademi Teknologi Warga Surakarta
Abstract Biomass energy is also an environmentally friendly energy with other energy sources. analysis using HOMER computasi very useful to describe in detail a description of the distribution of the electrical load on the performance of both biomass and diesel generator, exhaust emissions are produced and analysis of various types of costs. The need fuel for diesel generator is 47 082 L and 583 tons of biomass, for 8.7 hour operation. Consumption of biomass feed stock 583 tons / year and for diesel 47 082 l / year. Specific fuel consumption for biomass is 3.917 kg / kWh and for the diesel generator is 0.542 L / kWh. Fuel input energy to fuel biomass was 623 749 kWh / year and for the diesel generator is 463.283 kWh / year. Mean biomass electrical efficiency 16.7% and 22.5% for diesel generators. levels of carbon monoxide from biomass burning 36.8 kg / year and for diesel 306 kg / year. Sulfur content in the biomass does not exist and for diesel generator 249 kg / year. Keywords: Biomass, energy, diesel generator, exhaust emissions
Nurul (2010) dalam penelitiannya menjelaskan bahwa energi merupakan kebutuhan yang sangat penting dalam kehidupan manusia. Pada dekade terakhir perhatian terhadap isu energi semakin meningkat bersamaan dengan isu lingkungan. Penggunaan tenaga listrik diperkirakan akan selalu meningkat setiap tahunnya. Hal ini dikarenakan oleh semakin berkembangnya kebutuhan masyarakat yang harus dipenuhi. Banyak faktor yang berpengaruh terhadap tingkat kebutuhan tenaga listrik, seperti faktor ekonomi, kependudukan, kewilayahan, dan lain-lain tingkat kebutuhan energi
listrik dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut ini : Faktor ekonomi,faktor penjumlahan penduduk,faktor pengembangan daerah Pemanfaatan energi terbarukan sudah sangat mendesak guna mereduksi emisi gas CO2di atmosfir. Salah satunya adalah pemanfaatan biomassa sebagai energi alterntif pengganti energi fosil. Untuk itu perlu dilakukan studi analisis pemanfaatan potensi energi terbarukan khususnya dengan teknologi gasifikasi biomassa sehingga dapat menggantikan peran genset / energi fosil untuk memenuhi kebutuhan energi. Gasifikasi adalah suatu proses perubahan bahan bakar padat secara termo-kimia menjadi gas,
Komputasi efektifitas generator . . .
46
Pendahuluan
POLITEKNOSAINS VOL. XIV NO. 1
dimana udara yang diperlukan lebih rendah dari udara yang diperlukan untuk proses pembakaran. Jika perbandingan ekivalen yang diperlukan untuk proses pembakaran secara stoikiometri adalah 1, maka pada proses gasifikasi, perbandingan ekivalen yang umum dipakai adalah antara 0,25 sampai 0,5.Energi yang dihasilkan dari gasifikasi adalah energi yang langsung dapat digunakan dan tidak berbahaya bagi dunia. Tinjauan Pustaka Istilah sistem pembangkit listrik hybrid (hibrida) digunakan pada pembangkit listrik yang mengandung lebih dari satu generator – biasanya gabungan antara generator konvensional (mesin diesel atau gas) dan energi terbarukan(Ashok,2007).Komponen sistem hybrid tersebut dirangkai dalam beberapa konfigurasi yaitu: (1) Series hybrid system,(2) Switched hybrid system (3) Parallel hybrid system. Konfigurasi parallel hybrid system memiliki beberapa keuntungan antara lain: (1) Beban dapat dipenuhi secara optimal, (2) Efisiensi generator diesel tinggi sehingga mengurangi biaya perawatan, dan (3) Ukuran generator diesel dan komponen lain dapat diminimalisir sehingga mengurangi biaya investasi (Nayar dkk 1993) Unjuk kerja sistem gasifikasi dengan mesin 5 kW dengan pembebanan yang bervariasi untuk mengetahui keuntungan maksimum dari pemakaian pencampuran bahan bakar fosil (diesel) dan dari sistem gasifikasi. Komputasi efektifitas generator . . .
Maret 2015
Sistem gasifikasi dapat menggantikan bahan bakar fosil sampai 82% dengan memanfaatkan limbah pertanian. Mesin yang digunakan adalah jenis diesel. Hasilnya menunjukkan bahwa unjuk kerja mesin sistem gasifikasi lebih efisien dibanding dengan menggunakan energi fosil( Ashish, M., dkk (2009) Sistem energi hybrid adalah solusi yang sangat baik untuk pembangkit listrik di daerah pedesaan dimana perpanjangan grid sulit dan tidak ekonomis.. Ini adalah kombinasi dari sumber energi dua atau beberapa seperti fotovoltaik surya, angin, mikro hidro atau generator diesel. Hal ini menawarkan keuntungan bahwa kekuatan masing-masing jenis sumber dapat digunakan untuk melengkapi satu sama lain(S.Ashokdkk,2007).Pemanfaata n energi terbarukan sudah sangat mendesak guna mereduksi emisi gas CO2 di atmosfir( Saleh Siswanto, 2010) Optimasi perangkat lunak yang digunakan dalam analisis ini adalah Hybrid Optimasi Model untuk Listrik Terbarukan (Homer). Analisis sensitivitas dilakukan untuk memperoleh hasil konfigurasi energi terbarukan hybrid yang berbeda berdasarkan kombinasi yang ada. (Nurul Arina bte Abdull Razak,2011) 2.1 Biomassa Biomassa merupakan salah satu bentuk bahan bakar renewable yang dapat di jumpai dalam berbagai bentuk. Secara umum biomassa adalah material dari tanaman seperti
47
POLITEKNOSAINS VOL. XIV NO. 1
Maret 2015
kayu, limbah penggergajian, limbah pertanian ataupun limbah perkotaan. Sumber energi terbarukan gasif ikasi biomass mengkonversi bentuk padat menjadi bentuk gas,proses ini bisa dilakukan dengan alat yang dinamakan gasifier.Sebuah sistem gasifierterdiri dari reaktor, dimana gas mudah terbakar yang dihasilkan digunakan untuk pembangkit listrik / aplikasi termal dan mungkin untuk mengoperasikan mesindiesel. Pemanfaatan biomassa sudah dilakukan sejak jaman dahulu, contohnyapenggunaan kayu sebagai sumber energi untuk keperluan memasak. Padaperkembangannnya ditemukan teknik baru dalam mangolah biomassa sepertiproses penguraian (pyrolysis) biomassa padat ke dalam bentuk cair atau gas(gasification). Sifat-sifat biomassa sebagai bahan bakar antara lain : 1. Terbaharui (renewable). 2. Mempunyai kandungan air yang tinggi, sehingga memerlukan proses lanjutansebelum digunakan. 3. Nilai kalor pembakaran (Heating Value) yang rendah bila dibandingkandengan bahan bakar yang lain. 4. Menghasilkan kadar SO2 dan NOX yang rendah bila dibandingkan denganbahan bakar minyak lainnya. 5. Andal (reliable), dibandingkan dengan sumber energi terbaharui lainnyamisalnya matahari dan angin, biomassa lebih mudah disimpan
danpenggunaannya tidak bergantung pada alam. 6. Murah Harganya.
Komputasi efektifitas generator . . .
Komputasi Homer Simulasi Homer Dalam proses ini, Homer akan melakukan perhitungan keseimbangan energi berdasarkan pada konfigurasi sistem yang terdiri dari beberapa nomor dan ukuran komponen. Dalam studi kasus ini membandingkan kinerja generator diesel maupun biomassa,dan menghitung total penggunaan biaya ,penggunaan dan emsi gas buang yang dihasilkan. Ini kemudian menentukan sistem konfigurasi terbaik yang layak memadai dapat melayani permintaan listrik. Homer mensimulasikan sistem berdasarkan estimasi biaya instalasi, biaya penggantian, biaya operasi dan pemeliharaan. A. Analisa software homer Perangkat lunak Homer akan mengulangi optimasi proses untuk setiap pemilihan variabel sensitivitas untuk hibrida energi sistem terbarukan. Variabel sensitivitas adalah seperti kecepatan surya global, angin dan harga solar. Kemudian, daftar berbagai konfigurasi hibrida energi terbarukan akan ditabulasi dari terendah ke TNPC tertinggi. Solusi optimal terbarukan hybrid sistem energi mengacu pada TNPC terendah.
48
POLITEKNOSAINS VOL. XIV NO. 1
Maret 2015
Metodologi Penelitian
Gambar 1 Bagan alir Metodologi Penelitian
Hasil Dan Pembahasan profil beban
Gambar 2 Grafik beban puncak penggunaan
Instalasi dari generator sistem pembangkit energi listrik seperti terlihat di gambar. 2, beban kebutuhan energi listrik rata-rata per hari sebesar 272 kWh, dengan beban puncak (peak) sebesar 24 kW
terjadi pada pemakaian antara jam 18.00 sampai jam 22.00. Generator biomassa yang memiliki kapasitas 10 kW, dan generator diesel memiliki kapasitas 3 kW
Komputasi efektifitas generator . . .
49
POLITEKNOSAINS VOL. XIV NO. 1
Maret 2015
Gambar 3 Profil beban terhadap rentang waktu.
Analisa yang dilakukan adalah dengan membandingkan generator diesel dengan generator berbahan bakar biomassa ,baik dari
segi ekonomi,penggunaan bahan bakar maupun emisi gas yang dihasilkan.
Gambar 4 perbandingan beban tiap bulan dalamsatu tahun
Dari gambar 4 dapat kita lihat beban paling tinggi yaitu pada bulan juni dan desember yaitu pada angka 24 kW,dan beban paling rendah yaitu pada bulan februari yaitu pada angka 20 kW . 4.4 Analisa Ekonomi Tingkat bunga tahunan diasumsikan sebesar 6%, sedangkan perkiraan proyek 25 tahun. Semua perhitungan dilakukan dengan kurs $ 1 adalah Rp 10 000,00, Kekurangan kapasitas maksimum
ditetapkan sebesar 5%.Pembayaran listrik satu kiloWatt jam Rp 650 ,00 di Indonesia. 4.5 Analisa Homer. Biomassa yang digunakan sebagai bahan bakar adalah kayu , kebutuhankayuper hari sebesar 2 ton dan solar per hari sebesar 12 liter. Dari hasil simulasi software Homer didapat data kebutuhan bahan bakar untuk generator diesel adalah 47.082 L dan untuk biomasaa 583 ton,untuk operasional 8,7 jam.
Komputasi efektifitas generator . . .
50
POLITEKNOSAINS VOL. XIV NO. 1
Maret 2015
Gambar 5 simulation result generator biomassa
Gambar 6 simulation result generator diesel
Dari gambar 5 dan gambar 6 diperoleh data untuk feed stok consumption biomassa 583 ton/tahun dan untuk diesel 47.082 l/tahun.Spesifik fuel consumption
untuk biomassa yaitu 3,917 kg/kWh dan untuk generator diesel adalah 0.542 L/kWh.Fuel energi Input untuk bahan bakar biomassa adalah 623.749 kWh/tahun dan untuk
Komputasi efektifitas generator . . .
51
POLITEKNOSAINS VOL. XIV NO. 1
Maret 2015
generator diesel adalah 463,283 kWh /tahun.Mean electrical efficiency biomassa 16.7 % dan untuk generator diesel 22.5 %
NO 1 2 3 4 5 6
POLLUTANT Carbon Dioxide Carbon Monoxide Unburned Hydrocarbons Particuate Matter Sulfur Dioxide Nitrogen Oxides
Emisi ( Kg/ th) Generator Generator Biomassa Diesel 36.8 123,981 3.79 306 0.42 33,9 2.86 23.1 0 249 33.8 2.731
Gambar 7 Tabel emisi gas buang antara generator biomassa dan generator diesel
Gambar 7 menunjukan tabel emisi gas buang antara generator biomassa dengan generator diesel,kadar karbon monoksida dari pembakaran biomassa 36,8 kg/tahun dan untuk diesel 306 kg/tahun.Dan untuk kadar sulfur di biomassa tidak ada dan untuk generator diesel 249 kg/tahun.Dari angka tabel gambar 8 jelas untuk emisi gas buang untuk biomassa lebih ramah lingkungan . KESIMPULAN Dari komputasi pada sistem hybrid antara generator biomassa dan generator diesel didapat beberapa kesimpulan antara lain komputasi dengan menggunakan software Homerdapat membantu dalam perencanaan sistem kerja. Untuk biaya operasional dalam satu tahun kebutuhan bahan bakar untuk generator diesel adalah 47.082 L dan untuk biomasaa 583 ton,untuk operasional 8,7 jam.Feed stok consumption biomassa 583 ton/tahun dan untuk diesel 47.082 Komputasi efektifitas generator . . .
l/tahun.Spesifik fuel consumption untuk biomassa yaitu 3,917 kg/kWh dan untuk generator diesel adalah 0.542 L/kWh.Fuel energi Input untuk bahan bakar biomassa adalah 623.749 kWh/tahun dan untuk generator diesel adalah 463,283 kWh /tahun.Mean electrical efficiency biomassa 16.7 % dan untuk generator diesel 22.5 %. kadar karbon monoksida dari pembakaran biomassa 36,8 kg/tahun dan untuk diesel 306 kg/tahun. Kadar karbondioksidauntukbahanbakarbio massa36,8 kg/thdanuntukbahanbakaruntukmesi n diesel adalah 123,981 Kg/thKadar sulfur di biomassa tidak ada dan untuk generator diesel 249 kg/tahun .Dari uraian tersebut emisi gas buang untuk biomassa lebih ramah lingkungan DAFTAR PUSTAKA Ashok and P.Balamurugan,2007, Biomass Gasifier Based Hybrid Energy System for Rural Areas, 52
POLITEKNOSAINS VOL. XIV NO. 1
Maret 2015
IEEE Canada Electrical Power Conference. Chiemeka I. U and Chineke T. C (2009). Evaluating the global solar energy potential at Uturu, Nigeria, International Journal of Physical Sciences Vol. 4 (3), pp. 115-119 Givler, T. and Lilienthal, P. (2005). Using HOMER Software, NREL’s Micropower Optimization Model, to explore the Role of Gen-sets in Small Solar Power Systems; Case Study: Sri Lanka Technical Report, National Renewable Energy Laboratory, USA Getting Started Guide for HOMER,2005,International Renewable energy laboratory ,Midwest Research institute,Batelle,Amerika serikat. International Centre for Energy, Environment and Development
Report (2006). Renewable Electricity Action Program, Federal Ministry of Power and Steel, Abuja, Nigeria Nayar, C. V., P. S. Jennings, W. L. James, T. L. Pryor dan D. Remmer, 1993, Novel Wind/Diesel/Battery Hybrid Energy System, Solar Energy 51(1): 65-78. Nurul arina,Muhammad bin othman,2010,Optimal Sizing and Operational Strategy of Hybrid Renewable Energy System Using Homer,PEOCO,Shah Alam ,Selangor,malaysia. Saleh Siswanto, 2010. Analisa Keekonomian Harga Listrik Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa Di Kabupaten Lampung tengah ,Universitas Indonesia,Jakarta.
Komputasi efektifitas generator . . .
53
