2
Kode Unit : JPI.KE01.001.01 STANDAR KOMPETENSI Judul Unit: Menerapkan prinsip-prinsip konservasi energi Uraian Unit: Unit kompetensi ini berkaitan dengan pengenalan dan pemahaman tentang pemanfaatan energi yang efisien dan rasional. Elemen Kompetensi 1. Menjelaskan prinsip-prinsip konservasi energi 2. Menjelaskan prinsip-prinsip konservasi energi pada teknologi pengguna energi 3. Menjelaskan prinsip-prinsip konservasi energi pada proses produksi Kriteria Unjuk Kerja (KUK) 1. Jenis energi dianalisis 2. Indikator kinerja pemanfaatan energi dipahami 3. Pengoperasian fasilitas utiliti dianalisis 4. Pengoperasian fasilitas produksi dianalisis 5. Pemeliharaan dan perawatan fasilitas energi dianalisis 6. Dampak lingkungan dianalisis 1. Prinsip konservasi energi pada sistem peralatan thermal dimengerti 2. Prinsip konservasi energi pada sistem kelistrikan dimengerti 3. Prinsip konservasi energi pada sistem kendali (control) dimengerti 1. Proses produksi dianalisis 2. Neraca massa dianalisis 3. Neraca energi dianalisis 4. Parameter operasi dianalisis
1. Konservasi Energi 2. Teknologi Konversi Energi 3. Prinsip Konservasi Energi.
TOPIK BAHASAN 1 4/23/2014 5
TUJUAN KONSERVASI ENERGI Dari pengertian konservasi energi tersebut, tujuan konservasi energi adalah : Melestarikan sumber daya energi Pemanfaatan energi yang efisien: EFEKTIF EFISIEN
Pemerintah Intrumen Kebijakan - Regulasi Tujuan : Pemanfaatan energi yang Efektif dan Efisien 7
Melalui : Perencanaan yang berorientasi pada penggunaan teknologi yang efisien energi; Pemilihan prasarana, sarana, peralatan, bahan, dan proses yang secara langsung ataupun tidak langsung menggunakan energi yang efisien; Pengoperasian sistem yang efisien energi. Melalui : Penerapan teknologi yang efisien energi yang memenuhi standar Wajib melakukan konservasi energi melalui manajemen energi bagi pengguna energi 6.000 (enam ribu) setara ton minyak per tahun. Melalui kebijakan : (1) sumber daya energi yang diprioritaskan untuk diusahakan dan/atau disediakan; (2) jumlah sumber daya energi yang dapat diproduksi; (3) pembatasan sumber daya energi yang dalam batas waktu tertentu tidak dapat diusahakan
KONSERVASI ENERGI DI SISI PEMANFAATAN ENERGI Manajemen energi dilakukan dengan : (1) Menunjuk manajer energi; (2) Menyusun program konservasi energi; (3) Melaksanakan audit energi secara berkala; (4) Melaksanakan rekomendasi audit energi; (5) Melaporkan pelaksanaan konservasi energi setiap tahun kepada pemerintah. Manajer energi dan Auditor energi. PR 4/23/2014 10
Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau memindahkan benda yang dapat berupa panas, cahaya, mekanika, kimia dan elektromagnetika. Sedangkan sumber energi diartikan sebagai sesuatu yang dapat menghasilkan energi baik secara langsung maupun melalui proses konversi atau transformasi. Sumber Energi 4/23/2014 11
PRINSIP ENERGI Energi adalah kekal. Artinya energi tidak dapat dihasilkan atau diciptakan dan juga tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Prinsip ini dikenal dengan hukum kekekalan energi atau Hukum Termodinamika Pertama. Hukum Thermodinamika Kedua : Pada perubahan satu bentuk energi ke bentuk lainnya, sebagian energi akan hilang yang dikenal dengan rugi-rugi energi, dengan kata lain tidak akan bisa energi dikonversi dengan efisiensi 100%. 4/23/2014 12
PRINSIP ENERGI Hukum Termodinamika Pertama : Energi adalah kekal Hukum Thermodinamika Kedua Tidak akan bisa energi dikonversi dengan efisiensi 100%. Prinsip ini (Hukum tertmodinamika pertama dan kedua) dipakai untuk menghitung efisiensi suatu peralatan energi. 4/23/2014 13
Aplikasi Hukum Thermodinamika Aplikasi hukum termodinamika pertama dan kedua digunakan dalam perhitungan efisiensi energi dan penentuan neraca sistem pemanfaat energi. Secara luas hukum termodinamika dapat digunakan dalam evaluasi berbagai masalah konservasi energi dan transformasi energi. Efisiensi (%) = 100 - rugi-rugi energi dalam persen bahan bakar input (%). 4/23/2014 PR 14
Neraca energi
Indikator kinerja pemanfaatan energi adalah intensitas energi atau konsumsi energi spesifik. Intensitas energi diartikan sebagai perbandingan antara : o Output dengan Input energi o Input energi dengan output o Input energi dengan input bahan baku o Input energi per periode waktu o Periode proses atau siklus waktu per proses. PR 4/23/2014 16
Satuan Indikator Kinerja Pemanfaatan Energi Indikator kinerja pemanfaatan energi dapat dinyatakan dalam : INPUT ENERGI Satuan fisik energi yang dikonsumsi seperti : o liter bbm, ton setara minyak o ton batubara, Satuan energi seperti : o kcal, kwh, o kj. OUTPUT Satuan fisik produk atau satuan energi yang dihasilkan (output) seperti : o ton produksi, kwintal o ball, meter kubik, meter. o kwh INPUT BAHAN BAKU Satuan fisik bahan baku yang digunakan seperti : o ton, kwintal o m3. Satuan periode/waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan produk atau jumlah siklus proses per satuan waktu seperti : o menit o siklus proses per hari
Satuan Indikator Kinerja Pemanfaatan Energi (Lanjutan) Input Energi Dengan Output o Liter/ton; kwh/ton; kj/m3. o kwh/ton; kcal/ton; kj/m3 o kwh/ball o Kcal/kWh (heat rate) Output Dengan input Energi o ton /liter; o km/liter Input Energi dengan Input Bahan Baku o kcal/ton, kcal/kwintal o kwh/m3. Periode/waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan produk atau jumlah siklus proses per satuan waktu seperti : o Tap to tap time (menit) o Heat per day (siklus proses per hari).
Manfaat Indikator Kinerja Dalam pengelolaan energi indikator kinerja digunakan untuk : Mengevaluasi efisiensi pemanfaatan energi, Memantau perubahan efisiensi energi, Mengembangkan kebijakan energi, Memfasilitasi kemungkinan energi efisiensi untuk saling dibandingkan Membuat proyeksi kebutuhan energi. Menentukan dan memonitor target efisiensi energi. Mengevalusi efektifitas program efisiensi energi. Mengembangkan kebijakan baru perbaikan efisiesi.
Faktor Mempengaruhi Kinerja Pemanfaatan Energi. Kinerja pemanfaatan energi berkaitan dengan : Level produksi Operasi pemeliharaan Teknologi peralatan/proses yang digunakan SDM.
LEVEL PRODUKSI Level produksi perusahaan dapat berubah karena berbagai faktor. Level produksi dibawah kapasitas disainnya akan mempengaruhi intensitas energi 4/23/2014 PR 21
LEVEL PRODUKSI Intensitas energi vs tingkat produksi (tipikal) Semakin tinggi tingkat produksi semakin baik intensitas energinya Oleh karena itu sistem energi sebaiknya dioperasikan sesuai kapasitasnya.
Pengoperasian & Pemeliharaan Pengoperasian dan pemeliharaan adalah salah satu faktor yg mempengaruhi kinerja dan efisiensi operasi peralatan energi Selain mempengaruhi efisiensi, pengoperasian & pemeliharaan juga mempengaruhi umur operasi peralatan. Umur peralatan produksi akan lebih panjang jika dioperasikan sesuai disain kapasitas dan dipelihara sesuai dengan prosedur yg benar, Penerapan O& M yang benar tidak menimbulkan masalah karena dengan demikian kondisi operasi yang diharapkan (bersih, dingin, kering, dengan pelumasan yang benar, dll) dapat diperoleh.
Intensitas Energi VS Level Produksi Industri terboros Industri kebanyakan Industri terbaik
4/23/2014 25
Kode Unit : JPI.KE01.001.01 Judul Unit : Menerapkan prinsip-prinsip konservasi energi Uraian Unit : Unit kompetensi ini berkaitan dengan pengenalan dan pemahaman tentang pemanfaatan energi yang efisien dan rasional. Tiga kata kunci : Pemanfaatan energi Efisiensi Rasional Pemanfaatan energi Pemanfaatan energi adalah kegiatan menggunakan energi, baik langsung maupun tidak langsung, dari sumber energi. (Ketentuan Umum PP 70).
Efisien adalah nilai maksimal yang dihasilkan dari perbandingan antara keluaran dan masukan energi pada peralatan pemanfaat energi (Penjelasan PP 70 pasal 12 ayat 1). Contoh : AC Indikator efisiensi AC split Energy efficiency ratio (EER). EER : Efek pendinginan (Btu/Jam) / Energi Input (W). Coefficient of performance (COP) COP: Efek pendinginan (kw) / Energi Input (kw). Pemanfaat energi Efisien :
Efisiensi operasi aktual = Output / Input = Energi Uap / Energi Bahan bakar PR 4/23/2014 28
Penggunaan sesuai kebutuhan menurut akal sehat. Contoh : Penggunaan energi tidak rasional Lampu luar nyala siang hari.
Dengan Katup Dengan Variable Frequency Drive
PR 4/23/2014 31
PRINSIP DASAR KONSERVASI ENERGI 1. Menghilangkan buangan energi (pencegahan). 2. Mengurangi rugi-rugi energi (recovery) 3. Meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi (inovasi efisiensi) 32
LANGKAH KONSERVASI ENERGI 4/23/2014 33
4/23/2014 34
Teknologi Konversi Daya & Waste Heat Recovery Teknologi Konversi Daya Waste Heat Recovery PLTU PLTG PLTD WHR
ENERGI PRIMER - LISTRIK Jenis pembangkit Size (MW) Efisiensi termal(%) Uap 200-800 30-40 Gas turbin 50-100 22-28 Combined cycle 300-600 36-50 Diesel 10-30 27-30 Nuklir 500-1100 31-34 PR 4/23/2014 36
Indikator kinerja Pembangkit Daya Indikator kinerja pembangkit daya adalah : energi (input ) yang diperlukan untuk menghasilkan satu satuan output daya listrik. Indikator kinerja tersebut dikenal dengan : Spesific fuel consumption (SFC) liter/kwh Atau heat rate (kcal/kwh; atau kj/kwh) Efisiensi (%).
Heat rate Gross (Gross Plant Heat Rate - GPHR) : Yaitu heat rate yang dihitung dengan menggunakan output daya berupa kwh diukur pada terminal output generator pembangkit. GPHR = Heat input/kw output (kcal/kwh). Heat rate Netto (Net Plant Heat Rate - NPHR) : Yaitu heat rate yang dihitung dengan menggunakan output daya berupa kwh net diukur setelah pemakaian sendiri (own used) pembangkit. NPHR = Heat input/net kw output (kcal/kwh).
SFC berbasis beban. SFC berbasis periode. SFC berbasis beban : Yaitu SFC yang diukur pada beban tetap dengan mengukur laju (flow/jam) bahan bakar dibagi dengan daya output generator. Dengan demikian formula SFC dapat ditulis sebagai berikut : laju ( flow) bahan bakar, ( liter / h) SFC liter / kwh Output generator, ( kw) Formula SFC diatas digunakan untuk pengujian unjuk kerja (komisionong test) sebelum serah terima dan untuk mengukur efisensi individu tanpa dipengaruhi oleh perubahan beban maupun untuk mengetahui perbaikan SFC saat sebelum dan sesudah pelaksanaan overhaul. SFC berbasis periode : SFC ini diukur pada periode tertentu yaitu dengan mengukur laju (flow) bahan bakar pada periode waktu dibagi dengan output (kwh) yang dihasilkan generator selama periode waktu tersebut. Dengan demikian formula SFC berbasis periode dapat ditulis sebagai berikut : SFC Jml. b. bakar pada suatu periode waktu (liter) produksi kwh generator pada suatu periode waktu liter / kwh Formula SFC berbasis waktu di atas digunakan untuk monitoring pemakaian bahan bakar pada suatu periode, dan Untuk merencanakan penyediaan bahan bakar untuk periode yang akan datang.
Untuk menkonversikan SFC menjadi heat rate (HR) atau efisiensi termal ( th ), gunakan formula sebagai berikut : Heat Rate = SFC x HHV.. kcal/kwh HHV : Nilai Kalor Atas Bahan Bakar (kcal/liter) Efisiensi termal : th 860 100 % HR (%)
Efisiensi pembangkit didefinisikan sebagai perbandingan antara output (kwh) dengan energi input yang digunakan Secara tipikal efisiensi konversi berbagai jenis pembangkit adalah sebagai berikut : Unit pembangkit Size (MW) Efisiensi (%) Uap 200 800 30 40 Gas turbin 50 100 22 28 Combined cycle 300 600 36 50 Disel 10 30 27 37 Nuklir 500 1100 31-34
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI EFISIENSI PEMBANGKIT : BEBAN Heat Rate vs Beban - PLTU (kcal/kwh) Beban dalam % kcal/kwh 40 992 60 1.400 80 1.812 100 2.242
Heat Rate VS Beban PLTG 100 MW Beban (%) ltr//kwhterpasang ltr/kwh kcal/kwh 10.0 0.189 1.888 16236 20.0 0.208 1.040 8944 30.0 0.225 0.750 6450 40.0 0.252 0.630 5418 50.0 0.275 0.550 4730 60.0 0.322 0.537 4618 70.0 0.353 0.504 4334 80.0 0.383 0.479 4119 90.0 0.412 0.458 3938 100.0 0.433 0.433 3723
Pembangkit daya (genset) tidak dapat memberikan performa optimum dalam setiap beban. Jika pembanmgkit dioperasikan dengan variasi beban maka konsumsi energi spesifik (Liter bbm per HP jam) akan berubah-ubah mengikuti perubahan beban.
Konsumsi energi spesifik optimum suatu genset terjadi pada kapasitas disain yaitu pada beban penuh, dan antara 80 100 % beban. Pengoperasian genset pada beban 50 % akan mengakibatkan konsumsi energi spesifik meningkat sekitar 10 % dibandingkan dengan energi spesifik pada beban penuh. Pembebanan parsial atau kurang dari beban penuh mengakibatkan konsumsi energi spesifik genset meningkat. Pada beban 25 % konsumsi energi spesifik meningkat sekitar 30 hingga 50 % dibandingkan dengan energi spesifik pada beban penuh.
Rugi-rugi Teknik (Technical loss) Contoh Genset Neraca Energi Mesin Genset
TRANSFORMASI ENERGI Energi Primer. di hulu : 4 unit Eff pembangkit : 0.3 1.2 unit Eff. Transmisi & distribusi : 0.84 Energi final di Meter Konsumen: 1 unit Di peralatan pemanfaat akhir: Lampu : 0.1-0.7 unit energi Motor : 0. 85 unit energi Pompa : 0.6 unit energi
4/23/2014 48
WHB Waste heat recovery Heat pump Heat recovery technology Absortion refrigerator Air preheater Heat exchanger Economizer Heat pipe
TEKNOLOGI DAUR ULANG PANAS Kinerja Energi Derah kerja s/d 300 o C Aplikasi Digunakan di textile drying dan foundry exhaust Keuntungan Proses heat transfer cepat dan pertukaran kalornya merata
Fan ventilasi dengan heat pipe exchanger Perpindahan panas antara udara luar (32 C) dengan udara sejuk (25 C) dari ruangan yang dikondisikan. Dengan heat recovery dari heat exchanger 5 C, maka beban ventilasi berkurang sebesar : (27 25)/(32 25) = 28 %.
52
Type heat exchanger untuk low pressure fluid. Terdiri dari plat perpindahan panas multiple layer. Dapat memanaskan air (40-50) C dari sumber gas buang suhu (50-60) C Karakteristik heat exchanger tersebut dapat diaplikasikan untuk menghemat energi.
54 Untuk aplikasi suhu tinggi s/d 1300 O C Udara dapat dilakukan panas mula s/d 850 O C Konstruksi terdiri dari tabung-tabung pendek silicon carbide dengan flexible seals Biaya investasi tinggi
SELF RECUPERATIVE BURNER 56 Recuperative Burners dioperasikan secara berpasangan, satu Burner untuk Pembakaran Burner yang lain untuk Menyimpan Kalor. Kalor yang tersimpan untuk pemanasan awal udara pembakaran Proses ini akan berlangsung bolak-balik secara periodik
57 REKUPERATOR REGENERATIF
59 21-25 Juli 2003
4/23/2014 61
Kontrol putaran VVVF VF TEKNOLOGI KONTROL Optimum load control Group operation control Optimum control divice Siquence control divice Power demand control energy monitoring divice Power factor control
Rugi-rugi energi ke cerobong dan efisiensi pembakaran boiler dapat diperkirakan sebagai fungsi dari suhu gas buang dan excess air atau O2 dengan menggunakan grafik sebagaimana ditunjukkan pada grafik berikut.
Konservasi Energi : Pembakaran optimum, dampak lingkungan minimum.
? Fuel Emisi = bahan bakar x faktor emisi Faktor bahan bakar terdapat dalam tabel Untuk batu bara: Batubara dari berbagai negara memiliki faktor emisi yang berbeda (tabel)
? Fuel A Fuel B Bahan bakar yang berbeda memiliki Different fuels have different emission factors Emisi = bahan bakar A x faktor A + bahan bakar B x faktor B (tabel)
? Listrik Emisi = penggunaan listrik x faktor emisi listrik untuk negara, yang menghasilkan listrik (tabel)
? Heat/power Bahan bakar Hitung emisi dari penghasil listrik (seperti biasa) Kurangi emisi dari energi/panas/tenaga listrik yang diekspor Tambahkan emisi dari tenaga listrik yang diimpor (dikalkulasi seperti biasa)
Ya tapi hanya transportasi bahan baku, bahan bakar, produk dll (bukan transport personel / staf) dan hanya transportasi yang diorganisir dan dibayar oleh perusahaan
? +? 12.000 t batubara dari China Emisi proses: 1500 t CH4 Faktor Emisi dari batu bara China adalah 1.52 t CO2/t batubara (tabel 9) Emisi CO2 emisi dari bahan bakar 12.000 x 1.52 = 18 240 t GWP dari CH4 adalah 21 (table 8) CO2 ekuivalen yang diemisikan dalam bentuk CH4 adalah: 1500 x 21 = 31 500 t Total emisi GHG sebagai CO2 ekuivalen adalah: 18 240 + 31 500 = 49 740 t