KAJIAN TEKNIS ANTARA PENGGUNAAN BAHAN BAKAR HSD DAN MFO SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF PENGGANTI LNG DI PLTDG PT. INDONESIA POWER UPJP BALI Oleh : SOFWAT SANJAYA Dosen Pembimbing : I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT. : Ir. Hendra Wijaksana, MSc. ABSTRAK Pembangkit Listrik Tenaga Diesel dan Gas (PLTDG) PT. Indonesia Power UPJP Bali merupakan salah satu pembangkit yang memiliki kontribusi besar sebagai pemasok energi listrik di sub sistem kelistrikan Bali. PLTDG dapat beroperasi dengan menggunakan 3 jenis bahan bakar yaitu Marine Fuel Oil (MFO), High Speed Diesel (HSD), dan Gas. Saat ini PLTDG beroperasi dengan bahan bakar gas sebagai energi primer yang digunakan sebagai bahan baku proses pembangkitan listrik. Untuk meningkatkan ketersediaan pasokan energi listrik, diperlukan kajian secara komprehensif mengenai bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar gas apabila terjadi ga ngguan pasokan bahan bakar gas, yaitu dengan menggunakan bahan bakar MFO atau HSD. Parameter kajian teknis dilakukan dengan pengujian operasi pada PLTDG type W18V50DF dalam kondisi standar dengan pembebanan 50%, 75%, 80%, 100% pada masing-masing penggunaan bahan bakar baik HSD maupun MFO, emisi gas buang, dan harga pokok produksi. Berdasarkan hasil pengujian pada PLTDG Unit 1 menunjukkan bahwa semakin besar pembebanan maka Torsi dan Energi Produksi juga akan semakin besar. Sedangkan Spesific Fuel Consumption dan Heat Rate mengalami penurunan pada beban 100%. Hasil pantauan emisi gas buang NOx, Opasitas, dan CO dari pengujian pada beban 100% baik menggunakan bahan bakar HSD atau MFO masih dibawah ambang batas berdasarkan Permen LH No 21 tahun 2008 lampiran IV B. Sedangkan SO2 saat penggunaan bahan bakar MFO lebih besar dari ambang batas. Kata Kunci : PLTDG, MFO, HSD, Kajian teknis, Emisi Gas Buang iii
TECHNICAL EVALUATION BETWEEN HSD FUEL AND MFO FUEL AS ALTERNATIVE FUEL FOR LNG REPLACEMENT AT PT. INDONESIA POWER UPJP BALI DIESEL ENGINE POWER PLANT Author Guidance : Sofwat Sanjaya : I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT. : Ir. Hendra Wijaksana, MSc. ABSTRAK Power Plant Diesel and Gas (PLTDG) PT. Indonesia Power UPJP Bali Plant is one of Power Plant that has a big contribution as a supplier of electrical energy in sub-bali electricity system. PLTDG can be operated using 3 Operates Mode such as like Marine Fuel Oil (MFO), High Speed Diesel (HSD), and Gas. Today, PLTDG operates with Gaseous fuels as a primary energy which was used as a raw material Electricity Generation Process. To increase the availability of energy supply Electricity, required a comprehensive study operates about alternatives fuel gas supply disruption should be applied. Parameter technical study conducted by the testing operations on type PLTDG W18V50DF under standard conditions with a load of 50%, 75%, 80%, 100% in each of the fuel use both HSD and MFO, exhaust emissions, and the cost of production. Based on the results of testing on PLTDG Unit 1 indicates that the greater the load torque and energy production will also increase. While Specific Fuel Consumption and Heat Rate decreased at 100% load. The results of monitoring NOx exhaust emissions, opacity, and CO of testing at 100% load using either a fuel HSD or MFO is still below the threshold by Permen LH No 21 of 2008 Annex IV B. And the other side, the current SO2 MFO fuel usage is greater than the threshold limit. Kata Kunci : PLTDG, MFO, HSD, Technical Evaluation, Exhaust Emissions iv
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul: KAJIAN TEKNIS ANTARA PENGGUNAAN BAHAN BAKAR HSD DAN MFO SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF PENGGANTI LNG DI PLTDG PT. INDONESIA POWER UPJP BALI Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin 2. Bapak I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT., selaku Pembimbing 1 Tugas Akhir dari penulis 3. Bapak Ir. Hendra Wijaksana, MSc., selaku Pembimbing II Tugas Akhir dari penulis 4. Bapak Dewa Ngakan Ketut Putra Negara, ST., Msc. selaku Pembimbing Akademik 5. Bapak I Ketut Astawa, ST, MT., selaku Kordinator Skripsi 6. Bapak/Ibu Dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Universitas Udayana. 7. Keluarga, serta semua pihak dan kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian proposal skripsi. Penulis menyadari bahwa proposal skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak.sekal ilagi penulis mengucapkan banyak terimakasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Bukit Jimbaran, September 2016 Penulis v
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN...i LEMBAR PERSETUJUAN...ii ABSTRAK...iii ABSTRACT...iv KATA PENGANTAR...v DAFTAR ISI...vi DAFTAR GAMBAR...viii DAFTAR TABEL...iii BAB I PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Rumusan Masalah...2 1.3 Tujuan Penelitian...3 1.4 Batasan Penelitian...3 1.5 Manfaat Penelitian...4 1.6 Sistematika Penulisan...4 BAB II DASAR TEORI...6 2.1 Motor Bakar...6 2.2 Performansi Motor Diesel.7 2.2.1 Torsi dan Daya...8 2.2.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik...8 2.2.3 Brake Mean Effective Pressure.. 9 2.2.4 Heat Rate... 10 2.2.5 Efisiensi Termal..10 2.3 Teori Pembakaran..11 2.3.1 Proses Pembakaran..11 2.3.2 Nilai Kalor Bahan Bakar...13 2.4 Bahan Bakar...14 vi
2.4.1 Marin Fuel Oil (MFO)...16 2.4.2 High Speed Diesel (HSD)...16 2.5 Emisi Gas Buang...17 2.5.1 Karbon Monoksida (CO)...18 2.5.2 Nitrogen Oksida...19 2.5.3 Sulfur Oksida...20 2.5.4 Partikulat....22 2.6 Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Gas PT. Indonesia Power UPJP Bali - Pesanggaran...23 2.7 Kelistrikan Sub Sistem Bali...24 BAB III METODE PENELITIAN...26 3.1 Metodologi Penelitian...26 3.2 Tempat dan Waktu Penelitian...27 3.3 Lokasi Penelitian...27 3.4 Variabel Penelitian...27 3.4.1 Variabel Bebas...27 3.4.2 Variabel Terikat...28 3.5 Alat dan Bahan Penelitian...28 3.5.1 Alat...28 3.5.2 Bahan...29 3.6 Metoda Pengumpulan Data...29 3.6.1 Jenis Pemakaian Data...29 3.6.2 Metoda Pengolahan Data...29 3.7 Pengamatan dan Tahap Pengujian...29 3.7.1 Prosedur Pengujian Operasi PLTDG Menggunakan Bahan Bakar Jenis HSD/MFO...30 BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN...35 4.1 Pengujian Bahan Bakar...35 4.2 Pengujian Performansi PLTDG 18V50DF PT. Indonesia Power UPJP Bali..36 4.2.1 Perhitungan Torsi pada variasi pembebanan menggunakan bahan bakar MFO dan HSD...36 vii
4.2.2 Perhitungan Mean Effective Pressure (MEP)...38 4.2.3 Perhitungan Spesific Fuel Consumption (SFC)...41 4.2.4 Perhitungan Heat Rate...43 4.2.5 Analisa Emisi Gas Buang hasil pengukuran CEMS (Continous Emission Monitoring System)...45 BAB V PENUTUP...50 5.1 Kesimpulan...50 5.2 Saran...52 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN PERNYATAAN LEMBAR ASISTENSI DATA HASIL PENELITIAN FOTO DOKUMENTASI... viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Grafik Beban Puncak Sub Sistem Bali Th. 2016... 1 Gambar 2.1 Jenis-jenis Pembakaran berdasarkan efektifitasnya... 12 Gambar 2.2 Kutipan Permen LH no 21 tahun 2008 lampiran IV B... 18 Gambar 2.3 Kelistrikan Sub Sistem Bali... 24 Gambar 2.4 Diagram Jenis Pemeliharaan... 27 Gambar 2.5 Skema Pola Transaksi Tenaga Listrik... 29 Gambar 3.1 Metodologi Penelitian... 33 Gambar 4.1 Grafik perbandingan Torsi VS Putaran antara bahan bakar HSD dan MFO... 37 Gambar 4.2 Grafik perbandingan Daya Keluaran VS Mean Effective Pressure antara bahan bakar HSD dan MFO... 40 Gambar 4.3 Grafik perbandingan Produksi Energi Listrik (MFO vs HSD) 41 Gambar 4.4 Grafik perbandingan Specific Fuel Consumption (MFO vs HSD)... 42 Gambar 4.5 Grafik perbandingan Heat Rate (MFO vs HSD)... 44 Gambar 4.6 Grafik perbandingan emisi gas buang aktual (MFO) vs nilai ambang batas... 45 Gambar 4.7 Grafik perbandingan emisi gas buang aktual (HSD) vs nilai ambang batas... 47 Gambar 4.8 Grafik perbandingan emisi gas buang aktual (HSD) vs MFO vs Nilai Ambang Batas... 48 ix
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakteristik Bahan Bakar MFO (Marine Fuel Oil)... 16 Tabel 2.2 Karakteristik Bahan Bakar HSD (High Speed Diesel)... 17 Tabel 2.3 Mode Operasi MESIN DIESEL GAS... 23 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Analisa Bahan Bakar... 23 Tabel 4.2 Hasil perhitungan Torsi dengan menggunakan bahan bakar MFO... 37 Tabel 4.3 Hasil perhitungan Torsi dengan menggunakan bahan bakar HSD... 37 Tabel 4.4 Hasil perhitungan MEP dengan menggunakan bahan bakar MFO... 39 Tabel 4.5 Hasil perhitungan MEP dengan menggunakan bahan bakar HSD... 39 Tabel 4.6 Hasil pencatatan daya keluaran dan konsumsi bahan bakar 41 Tabel 4.7 Hasil rekapitulasi perhitungan SFC pada PLTDG Unit 1... 47 Tabel 4.8 Hasil rekapitulasi perhitungan Heat Rate pada PLTDG Unit 1... 48 Tabel 4.9 Pembacaan CEMS untuk emisi PLTDG unit 1 menggunakan MFO pada beban 100%... 45 Tabel 4.10 Pembacaan CEMS untuk emisi PLTDG unit 1 menggunakan HSD pada beban 100%... 49 x
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kebutuhan akan energi listrik merupakan suatu hal yang tidak dapat dihindari dari kehidupan manusia modern, bahkan akan terus meningkat akibat semakin banyaknya populasi penduduk dunia dan munculnya industri baru. Di Indonesia, Pulau Bali merupakan salah satu daerah terpenting di Indonesia yang memberikan kontribusi penting pada devisa negara di sektor Pariwasata. Dari data yang diperoleh dari PT. PLN P3B Bali, diketahui besarnya pasokan energi listrik yang dikonsumsi pada saat beban puncak adalah 834 MW (s.d Mei 2016). Hal ini menimbulkan tantangan kepada produsen listrik untuk bisa lebih kompetitif dan efisien dalam memproduksi energi listrik. Sumber data : Pronia Peak Load Assesment untuk RJPP PT. INDONESIA POWER Gambar 1.1 Grafik Beban Puncak Sub Sistem Bali Th. 2016 (Sumber: PLN P3B Bali) PT. Indonesia Power UPJP Bali merupakan salah satu perusahaan yang memproduksi energi listrik terbesar di pulau Bali. PT. Indonesia Power UPJP Bali memberikan kontribusi pasokan listrik sebesar 44.7% dari Total Daya Sub Sistem Bali 1302 MW. PT. Indonesia Power memiliki Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Gas (PLTDG) terbesar di Indonesia berkapasitas 200 MW (WARTSILA 18V50DF) yang memiliki teknologi Tri-Fuel atau dapat beroperasi dengan menggunakan 3 jenis bahan
2 bakar yaitu High Speed Diesel (HSD)/Light Fuel Oil, Marine Fuel Oil (MFO)/Heavy Fuel Oil, dan Natural Gas. PLTDG 200 MW yang dimiliki PT. Indonesia Power terdiri dari 12 unit pembangkit dan menggunakan bahan bakar HSD dan MFO sejak mulai beroperasi secara komersil pada tahun 2015. Tuntutan pengoperasian pembangkit listrik yang ramah terhadap lingkungan mengharuskan PT. Indonesia Power mengkonversi energi primer sebagai bahan bakar pembangkit listrik dengan menggunakan Liquid Natural Gas (LNG) yang dimulai pada bulan Juni tahun 2016 sebesar 32 BBTUD. Tingginya permintaan pasokan energi listrik ke jaringan Sub Sistem Bali, memaksa PT. Indonesia Power untuk menjaga kehandalan operasi pembangkit listrik baik kehandalan dari segi pasokan energi primer maupun kehandalan mesin pembangkit itu sendiri. Berdasarkan latar belakang tersebut, maka diperlukan langkah strategis dalam perencanaan persediaan bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar LNG apabila sewaktu-waktu terdapat hambatan pasokan yang menyebabkan gangguan operasional PLTDG 200 MW. Perbedaan karakteristik operasional pembangkit listrik berdasarkan energi primer yang digunakan akan sangat mempengaruhi pengambilan keputusan terhadap langkah strategi perencanaan kehandalan pembangkit. Namun saat ini PT. Indonesia Power UPJP Bali belum memiliki kajian teknis mengenai pemilihan energi alternatif pengganti LNG untuk menjaga kehandalan operasional pembangkit. Berdasarkan hal tersebut, maka dilakukanlah penelitian oleh penulis untuk membuat Kajian Teknis Antara Penggunaan Bahan Bakar HSD dan MFO Sebagai Bahan Bakar Alternatif Pengganti LNG di PLTDG PT. INDONESIA POWER UPJP BALI. 1.2. Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah mengetahui : a. Bagaimana performa yang dihasilkan oleh PLTDG Pesanggaran dengan membandingkan penggunaan bahan bakar HSD dan MFO? b. Bagaimana emisi gas buang yang dihasilkan dari PLTDG Pesanggaran dengan membandingkan penggunaan bahan bakar HSD dan MFO?
3 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui : a. Performa yang dihasilkan oleh PLTDG Pesanggaran dengan membandingkan penggunaan bahan bakar HSD dan MFO? b. Emisi gas buang yang dihasilkan dari PLTDG Pesanggaran dengan membandingkan penggunaan bahan bakar HSD dan MFO? 1.4. Batasan Penelitian Agar penulisan proposal skripsi ini lebih terarah terhadap apa yang telah direncanakan dan tidak terlalu meluas cakupannya, maka permasalahannya dibatasi sebagai berikut : PLTDG yang dianalisa adalah PLTDG Pesanggaran (Type 18V50DF) yang diproduksi oleh WARTSILA FINLAND dengan daya mampu 16.7 MW. Bahan bakar yang digunakan yaitu HSD (High Speed Diesel) dan MFO (Marine Fuel Oil) yang diperoleh dari PT. PERTAMINA. Uji Performa PLTDG dilakukan pada pembebanan maksimum 100% atau setara dengan ±16,7 MW. Bahan bakar HSD dan MFO diuji di Lab. Veritas Petroleum Services (Asia) Pte Ltd (SINGAPORE). Analisa dibatasi pada Produksi, SFC (Spesific Fuel Consumption), Efisiensi Termal, dan Emisi Gas Buang. Pengambilan data unjuk kerja (Performance Test) dilakukan saat Commisioning menggunakan bahan bakar MFO tahun 2015 dan penggunaan bahan bakar HSD setelah COD (Commercial Operation Date).
4 1.5. Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini antara lain: Manfaat masyarakat Dengan dilakukannya kajian ini, masyarakat mendapatkan manfaat kehandalan pasokan energi listrik yang diproduksi oleh PT. Indonesia Power UPJP Bali Pesanggaran dan meminimalisir emisi dari proses produksi energi listrik. Manfaat bagi pemerintah dan negara Ikut mendukung program pemerintah dalam hal penghematan biaya produksi listrik tanpa mengurangi kehandalan pasokan energi listrik. 1.6. Sistematika Penulisan Tugas sarjana ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar pada tiap bab adalah sebagai berikut : BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisikan tentang latar belakang, tujuan, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan BAB II : DASAR TEORI Bab ini berisikan tentang landasan teori yang dijadikan bahan observasi pada penelitian ini yang meliputi dasar teori motor bakar, performansi motor diesel, teori pembakaran, bahan bakar, emisi gas buang, profil kelistrikan di sub sistem bali, manajemen Pemeliharaan di PLTDG PT. Indonesia Power UPJP Bali, dan biaya produksi pembangkitan listrik BAB III : METODOLOGI PENELITIAN Bab ini memberikan informasi terkait metodologi penelitian yang digunakan, bahan dan peralatan yang digunakan selama pengujian
5 BAB IV : HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN Bab ini membahas tentang hasil perolehan data dari penelitian dan pengolahan data penelitian yang akan digunakan sebagai kesimpulan dan saran dari penelitian BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini memberikan informasi mengenai kesimpulan dan saran yang dihasilkan dari penelitian DAFTAR PUSTAKA Daftar pustaka berisikan tentang lliteratur yang digunakan dalam penulisan laporan skripsi LAMPIRAN