BAB III ANALISA DAN PERHITUNGAN COGENERATION PLANT. oleh Gas turbin yang juga terhubung pada HRSG. Tabel 3.1. Sample Parameter Gas Turbine

Transkripsi

1 48 BAB III ANALISA DAN PERHITUNGAN COGENERATION PLANT 3.1. Sampel data Perhitungan Heat Balance Cogeneration plant di PT X saya ambil data selama 1 bulan pada bulan desember 2012 sebagai referensi, dengan sebelumnya mengambil sample Parameter dari beberapa macam beban sesaat yang diterima oleh turbin yang juga terhubung pada HRSG. Tabel 3.1. Sample Parameter Turbine Load TOp Amb. MWH R/H Power avg. Fuel Rate Heat Rate Energy Elec. Energy Elect. Eff. degc degc MWH Nm3 H MW (Nm³/kWh) kj/kwh Btu/kWh kj kj 4.0 MW , ,541 12,823 1,299,888, ,600, % 3.9 MW , ,615 12,894 1,274,400, ,960, % 3.8 MW , ,527 12,810 1,233,619, ,320, % 3.7 MW , ,605 12,884 1,208,131, ,680, % 3.6 MW , ,865 13,130 1,197,936, ,040, % 3.5 MW , ,958 13,218 1,172,448, ,400, % 3.4 MW , ,056 13,311 1,146,960, ,760, % 3.3 MW , ,289 13,531 1,131,667, ,120, % 3.2 MW , ,536 13,766 1,116,374, ,480, % 3.1 MW , ,731 13,950 1,095,984, ,840, % 3.0 MW , ,726 13,946 1,060,300, ,200, % Keterangan tabel : 1 Kwh = 3600 kj Fuel Energy = kj/nm³ 1 kj = Btu

2 49 Elect. Eff. = Elec. Energy. Fuel. Energy Tabel 1 merupakan sampling data parameter gas turbin dari beban 3 MW sampai 4 MW, berikut ini adalah perhitungan dan analisa dengan mengambil sample load 3.5 MW. Load 3.5 MW, total 1 hari adalah 3.5 MW x 24 h = 84 MWh (Output) flow 23 M 3 /Min, total konsumsi gas dalam 1 hari adalah 23 m 3 /Min x 60 x 24 = 33,120 Nm 3 (Input) Fuel rate = =. consumption Elect. production 3 33,120 Nm 84,000. kwh = Nm 3 /kwh yang artinya untuk menghasilkan 1 kwh listrik memerlukan Nm 3 bahan bakar gas Samakan nilai satuan input dan outputnya menjadi satuan kilojoule (kj) Electrical Energy = 84 MWh x 3600 = 302,400,000 kj Fuel Energy = 33,120 Nm 3 x kj/nm 3 = 1,172,448,000 kj Electrical Efficiency = = Elec. Energy. Fuel. Energy 302,400,000. kj 1,172,448,000. kj

3 50 = 25.8 % Sehingga di ketahui pada saat load gas turbin 3.5 MW di dapatkan nilai efiensinya sebesar 25.8 % dengan nilai fuel rate Nm 3 /kwh Tabel 3.2. Sample Parameter HRSG Load Press. Burner duct Keterangan Tabel : Stack feedwater pressure R/H. prod. Barg degc degc degc Barg H m3 Ton Ton/h Ton Ton kj kj 4.0 MW ,600,000 9,148, % 3.9 MW ,600,000 9,148, % 3.8 MW ,280,000 8,982, % 3.7 MW ,620,000 8,899, % 3.6 MW ,300,000 8,732, % 3.5 MW ,000,000 8,316, % 3.4 MW ,360,000 7,984, % 3.3 MW ,040,000 7,817, % 3.2 MW ,720,000 7,651, % 3.1 MW ,400,000 7,485, % 3.0 MW ,760,000 7,152, % avg. Feed Water Make Up Water h (8 bar C) = 2775 kj/kg Energy h Make Up Water (1 bar - 30 C) = kj/kg Make Up water Energy Cogen Eff. (Elec. + ) Cogen Eff. = Elec. Energy. Energy. Fuel. Energy MakeUpWater. Energy Tabel 2 merupakan sampling data parameter HRSG dari beban turbin 3 MW sampai 4 MW, berikut ini adalah perhitungan dan analisa dengan mengambil sample load 3.5 MW. Pada saat load turbin 3.5 MW dengan panas gas buang 480 C, HRSG dapat menghasilkan steam 10 ton/h dalam sehari total steam adalah 240 ton

4 51 Energi pada tekanan 8 bar dan eratur 173 C dalam 1 hari di dapat, Energi = 240,000 kg (total steam) x 2775 kj/kg (h steam) = 666,000,000 kj Make Up Water Energi pada tekanan 1 Bar dan Temperatur 30 C dalam 1 hari di dapat, Make Up Water = 66,000 kg (total Make up water) x kj/kg = 8,316,860 kj Karena semua factor cogen telah di dapatkan, maka cogen effisiensi dapat di cari menggunakan cara sebagai berikut, Cogen Eff. = Elec. Energy. Energy. Fuel. Energy MakeUpWater. Energy = 302,400,000. kj 666,000,000. kj 1,172,448,000. kj 8,316,860. kj = 82.0 % Jadi pada saat load turbin 3.5 MW di dapat electrical effisiensi 25.8 %, dengan Cogen effisiensi 82.0 %. Dari kedua hasil diatas kita bisa mengetahui berapa nilai presentase keseluruhan dengan menggunakan Heat balance berikut. % Electicity = Electrical Efficiency = 25.8 % % = Cogen Efficiency Electrical Efficiency = 82.0 % % = 56.2 % % Exhaust loss = 1 - Cogen Efficiency = 100 % % = 18 %

5 52 Maka dari perhitungan Heat balance Cogeneration dengan mengambil sample pada load 3.5 MW di dapatkan hasil dengan ilustrasi seperti dibawah ini, Thermal Energy 100% Exhaust 74.2% 56.2 % Losses 18% Elctricity 25.8% Gambar 3.1 : Heat Balance GT+HRSG Beban 3.5 MW 3.2. Perhitungan dan analisa Dari referensi data parameter dan hasil produksi bulan desember 2012, saya hanya mengambil data dimana saat HRSG tidak menggunakan gas tambahan atau supplementary firing agar analisanya lebih mudah karena hanya satu nilai gas fuel consumption (Q1) yang di masukkan. Perhitungan Heat balance pada Cogeneration plant PT X dapat di lihat dari tabel 3.3 Perhitungan & Analisa Heat Balance pada GT & HRSG. Data tersebut di ambil dari data operasional selama 1 bulan, tepatnya bulan desember Untuk lebih memahami tabel tersebut, bisa dilihat dari gambar dibawah ini.

6 53 Gambar 3.2 : Cogeneration Heat Balance flowchart Sumber : Siemens energy industrial gas turbine

7 54 Tabel 3.3. Perhitungan & Analisa Heat Balance pada GT & HRSG Date TOp Amb. MWH R/H Power avg. Fuel Rate Heat Rate Energy Elec. Energy Elect. Eff. degc degc MWH Nm3 H MW (Nm³/kWh) kj/kwh Btu/kWh kj kj 1-Dec , ,224 13,470 1,060,654, ,452, % 2-Dec , ,913 14,123 1,092,408, ,700, % 3-Dec , ,500 13,732 1,087,948, ,108, % 5-Dec , ,455 13,689 1,063,911, ,960, % 6-Dec , ,104 14,303 1,113,011, ,284, % 8-Dec , ,783 14,946 1,107,489, ,612, % 9-Dec , ,482 13,714 1,106,427, ,040, % 12-Dec , ,728 13,947 1,121,674, ,176, % 13-Dec , ,563 14,738 1,068,557, ,176, % 14-Dec , ,407 14,591 1,091,301, ,988, % 15-Dec , ,588 14,761 1,092,375, ,288, % 16-Dec , ,258 14,449 1,083,920, ,744, % 17-Dec , ,322 14,510 1,103,462, ,272, % 18-Dec , ,053 14,255 1,048,008, ,632, % 19-Dec , ,038 14,241 1,058,391, ,368, % 21-Dec , ,681 13,903 1,052,908, ,192, % 22-Dec , ,685 14,854 1,081,798, ,292, % 23-Dec , ,634 14,806 1,125,190, ,092, % 30-Dec , ,828 14,042 1,034,406, ,136, % avg avg % If 4.0 MW , ,541 12,823 1,299,888, ,600, % If 3.9 MW , ,615 12,894 1,274,400, ,960, % If 3.8 MW , ,527 12,810 1,233,619, ,320, % If 3.7 MW , ,605 12,884 1,208,131, ,680, % If 3.6 MW , ,865 13,130 1,197,936, ,040, % If 3.5 MW , ,958 13,218 1,172,448, ,400, % If 3.4 MW , ,056 13,311 1,146,960, ,760, % If 3.3 MW , ,289 13,531 1,131,667, ,120, % If 3.2 MW , ,536 13,766 1,116,374, ,480, % If 3.1 MW , ,731 13,950 1,095,984, ,840, % If 3.0 MW , ,726 13,946 1,060,300, ,200, %

8 55 Date Press. Burner duct Tabel 3.4. Perhitungan & Analisa Heat Balance pada GT & HRSG (lanjutan) Stack feedwater pressure R/H. prod. avg. Feed Water Energy Make Up water Energy Cogen Eff. (Elec. + ) Barg degc degc degc Barg H m3 Ton Ton/h Ton Ton kj kj 1-Dec ,650,000 7,138, % 25.3% 53.4% 74.7% 21.3% 2-Dec ,200,000 7,207, % 24.1% 52.3% 75.9% 23.5% 3-Dec ,750,000 7,277, % 24.8% 53.0% 75.2% 22.1% 5-Dec ,075,000 7,381, % 24.9% 55.0% 75.1% 20.1% 6-Dec ,400,000 7,485, % 23.8% 53.3% 76.2% 22.8% 8-Dec ,000,000 6,930, % 22.8% 49.7% 77.2% 27.5% 9-Dec ,975,000 7,242, % 24.9% 51.9% 75.1% 23.2% 12-Dec ,950,000 7,554, % 24.4% 53.4% 75.6% 22.1% 13-Dec ,675,000 6,826, % 23.1% 50.7% 76.9% 26.2% 14-Dec ,525,000 7,311, % 23.4% 53.1% 76.6% 23.5% 15-Dec ,100,000 7,069, % 23.1% 51.3% 76.9% 25.6% 16-Dec ,875,000 7,103, % 23.6% 52.0% 76.4% 24.4% 17-Dec ,300,000 7,346, % 23.5% 52.8% 76.5% 23.7% 18-Dec ,900,000 6,792, % 23.9% 51.4% 76.1% 24.7% 19-Dec ,150,000 7,831, % 23.9% 58.6% 76.1% 17.4% 21-Dec ,425,000 7,173, % 24.5% 54.0% 75.5% 21.5% 22-Dec ,550,000 7,000, % 23.0% 51.3% 77.0% 25.7% 23-Dec ,100,000 7,069, % 23.0% 49.9% 77.0% 27.1% 30-Dec ,650,000 7,138, % 24.3% 54.7% 75.7% 21.0% average 76.7% 23.9% 52.7% 76.1% 23.3% If 4.0 MW ,600,000 9,148, % 26.6% 55.8% 73.4% 17.6% If 3.9 MW ,600,000 9,148, % 26.4% 56.9% 73.6% 16.7% If 3.8 MW ,280,000 8,982, % 26.6% 57.7% 73.4% 15.7% If 3.7 MW ,620,000 8,899, % 26.5% 58.4% 73.5% 15.2% If 3.6 MW ,300,000 8,732, % 26.0% 57.8% 74.0% 16.3% If 3.5 MW ,000,000 8,316, % 25.8% 56.2% 74.2% 18.0% If 3.4 MW ,360,000 7,984, % 25.6% 55.2% 74.4% 19.2% If 3.3 MW ,040,000 7,817, % 25.2% 54.8% 74.8% 20.0% If 3.2 MW ,720,000 7,651, % 24.8% 54.3% 75.2% 20.9% If 3.1 MW ,400,000 7,485, % 24.4% 54.2% 75.6% 21.4% If 3.0 MW ,760,000 7,152, % 24.4% 53.5% 75.6% 22.1% Make Up Water Elect. Heat Balance Exhaust Losses

9 56 Dari tabel di atas maka Heat Balance bulan desember 2012 dengan power average 3.0 MW adalah : Electricity = 23.9 % = 52.7 % Exhaust = 76.1 % Losses = 23.3 % Thermal Energy 100% Exhaust 76.1% 52.7 % Losses 23.3% Elctricity 23.9% Gambar 3.2 : Heat Balance GT+HRSG Desember 2012 Jika load Turbin dibuat konstan dengan average air intake 26 C, bisa dilihat dari tabel dan grafik berikut. Tabel 3.5. Heat balance Load Konstan LOAD (MW) Elect. Exhaust Losses Cogen Eff % 75.6% 53.5% 22.1% 77.9% % 75.6% 54.2% 21.4% 78.6% % 75.2% 54.3% 20.9% 79.1% % 74.8% 54.8% 20.0% 80.0% % 74.4% 55.2% 19.2% 80.8% % 74.2% 56.2% 18.0% 82.0% % 74.0% 57.8% 16.3% 83.7% % 73.5% 58.4% 15.2% 84.8% % 73.4% 57.7% 15.7% 84.3% % 73.6% 56.9% 16.7% 83.3% % 73.4% 55.8% 17.6% 82.4%

10 57 Grafik 3.1. Perbandingan Load GT terhapap Effisiensi Cogen Grafik 3.2. Heat balance Terhadap Load GT Maka dari analisa di atas jika Load Turbine dapat dioperasikan stabil pada 3.7 MW didapatkan cogen effisiensi maksimal 84.8 % dengan electrical

11 58 effisiensi 26.5 %, steam effisiensi 58.4 % dan losses exhaust gas 15.2 %. Losses tersebut merupakan gas buang yang keluar pada stack, juga dari radiasi pada isolasi. Dari data performance SGT-100 Turbine diketahui elec eff 31% dengan heat rate BTU/kWH karena intake air 15 C, sedangkan untuk Cogen tangerang intake air 24~29 C (avg/day 26 C) sehingga heat ratenya 12800~14000 Btu/kWH. Dari hasil analisa ini kita dapat berpedoman pada hukum pertama thermodinamika yang menjelaskan tentang konsep Kekekalan Energi.Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi Energi dapat dirubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Perubahan energi ini bisa di bagi menjadi 2, yaitu energi yang termanfaatkan dan ada yang terbuang percuma. Dan energi yang termanfaatkan itulah yang di sebut Exergy. Jadi dalam kasus ini bisa kita simpulkan bahwa dari 100% energi yang akan kita konversi hanya 84.8 % exergy maksimal yang kita peroleh. Sehingga walaupun energi itu kekal, kita harus tetap hemat energi.