BAB IV DESAIN DASAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SAMPAH DI KOTA BANDUNG Konstruksi umum PLTSa pada dasarnya adalah merupakan PLTU dengan kekhususan pada pemrosesan bahan bakar sebelum masuk tungku pembakaran dan tungku pembakaran itu sendiri. Selain itu PLTSa juga menginstal fasilitas pengolahan emisi udara agar emisi yang dihasilkan dapat memenuhi batasan standar emisi yang diperbolehkan. Tetapi fasilitas pengolahan udara ini tidak akan dibahas secara mendalam pada tugas akhir ini. IV.1. Kekhususan Pada Bahan Bakar Sampah Dalam mendesain PLTSa, karakteristik sampah merupakan pertimbangan utama. Karakteristik sampah ini berbeda pada tiap daerah, sehingga desain PLTSa tdak sama persis pada tiap daerah. Sebagai contoh: dua buah PLTSa dengan kapasitas 500 ton/hari dapat menerapkan input panas yang berbeda pada desain boilernya dikarenakan nilai kalor yang berbeda dari masing-masing sampah. Hal ini berarti walaupun kapasitas sampahnya sama tapi daya listrik yang dihasilkan dapat berbeda. Sebagai bahan bakar, sampah memiliki beberapa perbedaan dengan bahan bakar lain yang biasa dipakai pada PLTU. Perbedaan-perbedaaan bahan bakar sampah dengan bahan bakar PLTU yang lain terletak pada nilai kalor aktual (LHV) yang lebih rendah, kadar zat terbang yang lebih tinggi, dan kebutuhan suhu pembakaran untuk meminimalkan emisi udara. Perbedaan-perbedaan ini menyebabkan perlunya penanganan khusus pada sampah yang bertujuan untuk mendapatkan hasil pemrosesan sampah sesuai dengan yang diharapkan sekaligus memperawet umur PLTSa. IV-1
Gambar 4-1 Analisis Proksimat Sampah Masuk PLTSa Seperti terlihat di atas, kandungan zat terbang sampah Bandung relatif tinggi. Kandungan zat terbang yang tinggi ini membutuhkan desain khusus pada tungku pembakaran dan pipa uap untuk mengurangi korosi. Gambar 4-2 Analisis Ultimat Sampah Masuk PLTSa IV-2
Gambar 4-3 Nilai kalor sampah masuk PLTSa Dari data di atas terlihat bahwa nilai kalor sampah Bandung sangat tergantung dengan kandungan air. Untuk desain PLTSa kota Bandung ini diasumsikan kandungan air yang masuk tungku pembakaran adalah 30%. Hal ini disebabkan desain PLTSa dalam penanganan sampah sebelum memasuki tungku pembakaran diharapkan dapat mereduksi kadar air sampah Bandung hingga 30% seperti yang akan dibahas pada aspek mekanikal di bawah. IV.2. Aspek Mekanikal PLTSa Kota Bandung Sebagaimana disebut di atas bahwa proses yang membedakan PLTSa dengan PLTU adalah proses penanganan sampah sebagai bahan bakar dan tungku pembakaran bahan bakar sampah. Hal ini disebakan oleh karakteristik sampah yang memiliki kadar air tinggi yang berarti nilai kalor yang rendah dan kadar zat terbang yang tinggi. Komponen-komponen khusus ini dapat dibagi menjadi: Tingkat persiapan bahan bakar sampah Terdiri atas ruang penyimpanan sampah, dan crane. Tingkat pembakaran sampah Terdiri atas grate, stoker dan upper furnace. IV-3
IV.2.1. Persiapan Bahan Bakar Sampah Ruang penyimpanan sampah Ukuran dari ruang penyimpanan sampah ini didesain agar dapat menampung sampah Bandung yang masuk. Ukuran ini akan tergantung dari laju sampah harian Bandung, laju sampah yang masuk tungku, dan lamanya penyimpanan sampah. Dengan kadar air sampah Bandung yang mencapai 60% maka ruang penyimpanan sampah ini didesain untuk menyimpan sampah selama 2 hari dengan tujuan mengurangi kadar air sampah Bandung. Diharapkan kadar air yang masuk ke dalam tungku pembakaran PLTSa dapat berkurang sampai 50% dengan penyimpanan sampah ini Sistem pemasok sampah Pemasokan sampah pada tungku pembakaran PLTSa akan menggunakan crane. Sedangkan crane yang akan digunakan pada PLTSa ini selain untuk memasukkan sampah pada tungku pembakaran tetapi juga digunakan untuk mengaduk-aduk sampah agar lebih homogen sehingga meningkatkan karakteristik pembakaran bahan bakar sampah. IV.2.2. Pembakaran Sampah Sistem grate Kriteria desain utama pada grate adalah pengusahaan agar sampah dapat terbakar sesempurna mungkin. Pembakaran sempurna ini dapat dicapai dengan pencampuran bahan bakar agar lebih homogen dan lamanya bahan bakar di dalam stoker yang memungkinkan seluruh bahan bakar dapat terbakar. Grate yang umum dipakai dalam fasilitas PLTSa adalah reciprocating grate, baik berupa reverse acting atau forward moving. IV-4
Dalam desain PLTSa kota Bandung ini digunakan variasi dari reciprocating grate di atas yang disebut two-segment reciprocating system. Sistem grate ini menerapkan kedua jenis reverse acting dan forward moving dengan sistem drop off. Sistem ini sangat memungkinkan pencampuran bahan bakar dan pemenuhan waktu yang dibutuhkan sampah untuk mengalami pembakaran yang sempurna. Sumber: Pusat Rekayasa Industri LPPM ITB Gambar 4-2 Two-segment reciprocating grate Sistem ini adalah sistem yang dipakai pada PLTSa di propinsi Shunde di Republik Rakyat Cina. Bagian pertama dari grate ini menggunakan reverse acting yang menggabungkan keuntungan dari aksi gravitasi dan aksi dari pergerakan grate sehingga bahan bakar tercampur dengan baik. Selain itu pada bagian awal grate ini juga terdapat preheater yang berfungsi mengurangi kadar air sampah. Dengan sistem preheater ini, diharapkan kadar air sampah yang memasuki tungku pembakaran berkurang menjadi 30%. IV-5
Tungku Pembakaran Untuk tungku pembakaran bahan bakar sampah disyaratkan temperatur yang dicapai dapat memenuhi temperatur yang memadai untuk mengurangi emisi. Gambar 4-3 Waste-heat boiler Sumber: Pusat Rekayasa Industri LPPM ITB Dalam desain PLTSa kota Bandung ini dipilih tungku refractory dengan waste heat boiler. Pada tungku ini boiler tidak terletak langsung bersinggungan dengan tungku pembakaran. Letak boiler adalah pada saluran tungku yang ketiga dengan memanfaatkan konveksi gas panas hasil pebakaran sampah. Desain ini digunakan untuk mengurangi efek korosif dari sampah Bandung yang mempunyai kadar zat terbang yang tinggi, sehingga jika pipa-pipa uap diletakkan langsung pada bagian atas tungku maka korosi akan cepat terjadi. Sistem udara pembakaran Udara primer yang digunakan di dalam proses pembakaran, dikenal dengan undergrate air, dimasukkan ke dalam ruang bakar melalui saluran yang IV-6
terdapat pada dasar grate. Saluran tersebut diatur sedemikian rupa sehingga udara terdistribusi secara merata di dalam ruang bakar. Karena sampah mengandung zat terbang yang banyak, maka diperlukan udara tambahan untuk mendorong dan memastikan agar zat terbang tersebut dapat terbakar dengan sempurna. Udara tambahan ini atau overfire air disalurkan melalui saluran udara pada dinding tungku pembakaran di atas grate. Fungsi utama dari udara tambahan ini adalah untuk menyediakan jumlah udara yang mencukupi dan menciptakan turbulensi yang berfungsi untuk mencampur gas pembakaran dengan udara pembakaran, serta menyediakan oksigen yang cukup untuk terjadinya pembakaran sempurna dari zat terbang yang terkandung di dalam sampah. Komposisi udara pembakaran ini adalah 60% undergrate air dan 40 % overfire air, dengan excess-air berkisar sampai 100%. IV.3. Perkiraan Hasil Keluaran Daya PLTSa Untuk desain PLTSa yang dipakai di atas maka diharapkan daya Listrik yang dihasilkan adalah 8-9 MW dengan asumsi nilai kalor sampah masuk PLTSa 2500 kkal/kg (kadar air 30%) Perhitungan ini didapat dengan menggunakan blok diagram masingmasing alat konversi energi dengan efisiensi masing-masing. Gambar 4-4 Blok diagram efisiensi Perhitungan di atas menggunakan asumsi sampah yang dipakai adalah sampah dengan kadar air 30%, asumsi ini dibuat dengan pertimbangan sistem penanganan sampah yang diuraikan di atas dapat mereduksi kadar air sampah Bandung dari 56% menjadi 30%. IV-7
Dengan nilai kalor sampah yang masuk 2500 kkal/kg dan jumlah sampah yang tersedia 500 ton/hari maka diperoleh energi termal yang masuk boiler sebesar 14467,59 kkal per detik atau setara dengan 60763,89 kw. Kemudian asumsi efisiensi boiler dibuat berdasar harga tipikal boiler sampah yang beroperasi dengan sistem yang sama. Asumsi ini dirasa realistis karena pertimbangan efisiensi boiler batubara konvensional yang dapat mencapai 85%. Sedangkan efisiensi turbin uap dibuat berdasar efisiensi siklus rankine yang berkisar antara 25-30%. Maka dipilih angka 25% untuk faktor keamanan dalam perhitungan. Sehingga daya netto yang akan digunakan untuk menggerakkan generator sebesar 12152,78 kw. Kemudian efisiensi generator dipilih 90%, sehingga memberikan hasil daya keluaran dari generator sebesar 10937,5 kw atau 10,93 MW. Dengan demikian dapat diharapkan PLTSa ini mampu membangkitkan daya listrik sebesar 10 MW. Harga 10 MW di atas kemudian dikurangi 10% untuk keperluan internal pembangkit. IV.4. Interkoneksi Jaringan 20kV Dengan prinsip dasar seperti pada PLTU, maka PLTSa ini akan diproyeksikan sebagai penyuplai beban dasar (base load) pada pelanggan PLN. Untuk itu PLTSa ini akan terhubung melalui jaringan 20 kv PLN. Adapun prinsip-prinsip dasar interkoneksi ke jaringan 20kV PLN adalah dengan menggunakan synchronizer yang dipasang pada sisi generator. Generator Dengan menggunakan asumsi daya keluaran generator 10 MW dan faktor daya 0,85 maka diperoleh rating VA generator adalah : 10MW VA gen 11, 76MVA 0,85 IV-8
Untuk pole generator dipilih generator dengan 4 pole. Dan tegangan generator dipilih tegangan 6,3 kv dengan pertimbangan utama tegangan generator yang ada di pasaran agar tidak perlu pemesanan khusus. Dengan tegangan 6,3 kv diperoleh arus nominal sebesar: 11,76MVA I arm 1, 07kA 6,3kV 3 Trafo generator Untuk menghubungkan keluaran generator dengan jaringan tegangan menengah PLN 20kV digunakan transformator penaik tegangan yang terhubung Y/Δ dengan tegangan 6,3 kv/20 kv. Rating trafo dipilih 12 MVA. Generator6,3kV 10MW 0,85 CB sinkroniser Trafo Y/Δ 6,3/20kV 12MVA Penyulang 20kV PLN Pemakaian sendiri Rel 20kV Gambar 4-5 Diagram satu garis Interkoneksi PLTSa ke jaringan 20 kv PLN menggunakan sinkroniser yang dipasang pada sisi generator. Sinkroniser ini berfungsi untuk memenuhi syaratsyarat pemaralelan generator dengan jala-jala. IV-9
IV.5. Pemilihan Lokasi PLTSa Dalam menentukan lokasi penempatan PLTSa yang direncanakan, diperlukan beberapa kajian dengan melihat berbagai aspek, antara lain kajian hidrologi, tata guna lahan, dsb. Data-data ini diperoleh dari data sekunder Laboratorium Geoteknik Departemen Teknik Sipil ITB. Penentuan lokasi PLTSa yang paling optimal berdasarkan data sekunder, hasil survei lapangan, kemudahan akses jalan, dan pertimbangan dampak sosial adalah di wilayah primer Gedebage. Gambar 4-5 Peta Lokasi Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Kondisi Air Tanah Berdasarkan data sekunder dari Bappeda tentang survey geolistrik di lokasi rencana Kawasan Primer Gedebage (sekitar 2000 meter dari lokasi rencana PLTSa), diidentifikasi sistem akifer Gedebage terdapat sampai kedalaman 250 IV-10
meter yang menerus secara luas ke arah Barat-Timur dan sedikit ke Utara-Selatan. Hasil pengeboran untuk mengetahui kondisi akifer, menunjukkan bahwa sistem akifer Gedebage adalah sbb: Sistem akifer pada kedalaman 25-40 meter, diperkirakan debit air yang dapat dimanfaatkan pada zona ini adalah 5-7 liter/detik. Sistem akifer pada kedalaman 70-100 meter, diperkirakan debit air yang dapat dimanfaatkan pada zona ini adalah 10 liter/detik. Sistem akifer pada kedalaman 115-140 meter. Sistem akifer pada kedalaman 180-220 meter. Keperluan air yang diperlukan untuk proses pembangkitan energi listrik dapat dicukupi dengan memanfaatkan air akifer yang ada di kawasan ini. Kondisi Topografi dan Tata Guna Lahan Lokasi rencana merupakan area persawahan dengan kondisi topografi yang relatif datar. Sebelah Barat lokasi merupakan lokasi perumahan Cempaka Arum, sebelah Timur Laut terdapat beberapa perumahan penduduk dan berbatasan dengan jalan Kabupaten Bandung, sedangkan sebelah Selatan lokasi rencana merupakan Jalan Tol Purbalenyi. Merupakan kawasan pendamping dari rencana Kawasan Primer Gedebage (berjarak sekitar 2-3 km) Kondisi Umum Topografi lokasi datar, lahan yang tersedia luas yang merupakan area persawahan (tadah hujan), dengan potensi banjir yang saat ini sudah kecil karena normalisasi kali sungai Cilameta di sebelah Barat lokasi. Kapadatan penduduk jarang, kecuali di perumahan Cempaka Arum di sebelah Barat lokasi (Spot III & IV) Kondisi Jalan Akses Akses Jalan Jangka Pendek. Jalan alternatif saat ini yang tersedia: IV-11
Jalan Cimencrang (masuk dari jalan Soekarno Hatta) dan melewati perumahan Cempaka Arum: lebar jalan rata-rata 6-7 meter (perlu pertimbangan sosial masyarakat di Perumahan Cempaka Arum). Akses Jalan Jangka Panjang (Operasi PLTSa 30 MW, lalu-lintas truk sampah) dipertimbangkan perlu dibuat jalan baru yang lebih memadai berdasarkan pertimbangan sosial, perijinan, biaya konstruksi, dan kemudahan pelaksanaan. Kondisi Titik Interkoneksi Jaringan Listrik Dekat dengan trafo 20 kv (< 1 km) IV-12