Mengapa PLTU Mempunyai Efisiensi Rendah?

Mengapa PLTU Mempunyai Efisiensi Rendah?

Pekik Argo Dahono

Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung

Dalam pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), panas dikonversikan menjadi energi listrik (melalui energi mekanik). Sumber panasnya bisa berasal dari batu bara, nuklir, gas, minyak, maupun panas bumi. Pada saat ini, sebagian besar energi listrik dihasilkan oleh PLTU. Efisiensi suatu PLTU biasanya sekitar 25 sampai 50%. Oleh sebab itu, banyak orang mengatakan bahwa PLTU mempunyai efisiensi yang rendah dan sedapat mungkin harus diganti dengan yang lebih baik. Akan tetapi sebenarnya pendapat ini ternyata tidak seratus persen benar. Topik inilah yang ingin dibahas dalam tulisan ini.

Efisiensi suatu pusat pembangkit listrik didefinisikan sebagai berikut:

\eta(\%)=\frac{\textrm{Energi listrik yang dihasilkan}}{\textrm{Energi masuk}}\times 100\%

Definisi ini berlaku untuk pembangkit apa saja. Sepertinya penggunaan rumus efisiensi ini sangat sederhana, tetapi dalam praktek ternyata ada beberapa masalah yang dihadapi. Masalah pertama, suatu pusat pembangkit memerlukan energi listrik dalam operasinya. Jika kita menggunakan energi listrik yang dihasilkan generator maka efisiensinya disebut efisiensi kotor (gross efficiency). Jika dikurangi dengan energi listrik yang dipakai dalam pembangkit, efisiensi yang didapat disebut efiensi bersih (net efficiency).

Masalah kedua adalah menentukan energi masuk yang dipakai dalam perhitungan efisiensi. Pada pembangkit batu bara, banyak orang menggunakan kandungan energi kimia dari batu bara (kandungan energi yang bisa dikonversikan menjadi energi panas) yang bisa dibakar yang selanjutnya dikonversikan menjadi energi mekanik dan akhirnya menjadi energi listrik. Bagaimana jika batu baranya mengandung banyak air sehingga perlu banyak energi untuk mengeringkannya? Dalam kasus ini, besarnya panas yang bisa diubah menjadi energi listrik menjadi lebih kecil dibanding kandungan energi kimianya. Demikian pula jika proses pembakarannya tidak sempurna sehingga masih banyak energi yang tersimpan di abu dan ikut terbang bersama gas buang. Untuk pembangkit nuklir, energi masuk biasanya adalah panas yang dihasilkan di reaktor.

Bagaimana dengan pembangkit lainnya? Untuk pembangkit listrik tenaga air, energi masuknya adalah energi potensial yang hilang saat air berubah ketinggian (sesuai tinggi pipa pesat). Jadi bukan energi potensial total yang dikandung oleh air di ujung atas pipa pesat. Untuk pembangkit listrik tenaga surya, energi masuk adalah energi yang diterima oleh panel surya. Bukan energi yang masuk oleh area yang ditempati pembangkit listrik tenaga surya. Energi yang masuk ke area yang ada di antara panel surya tidak diperhitungkan. Untuk pembangkit listrik tenaga angin, hanya energi kinertik yang diterima oleh permukaan aktif kincir yang diperhitungkan. Bukan energi kinetik yang diterima oleh area yang ditempati pembangkit listrik tenaga angin. Jelas bahwa setiap pembangkit mempunyai definisi sendiri-sendiri dalam menentukan besarnya energi masuk. Karena definisinya berbeda, kita tidak bisa membandingkan secara langsung efisiensi bermacam pembangkit.

Sebenarnya, panas yang dihasilkan oleh pembakaran batu bara, minyak, atau gas bisa secara efisien (lebih dari 90%) ke air yang berada dalam boiler. Air selanjutnya akan berubah menjadi uap.

Secara umum, energi panas bisa dibagi atas dua bagian. Bagian pertama adalah bagian yang bisa dikonversikan menjadi energi mekanik atau listrik. Bagian kedua adalah bagian yang tidak bisa dikonversikan menjadi listrik. Bagian pertama sering disebut exergy sedangkan bagian kedua sering disebut anergy. Bagian yang pertama atau exergy akan meningkat proporsinya dengan naiknya temperatur uap dan turunnya temperatur lingkungan (luar). Besarnya proporsi exergy bisa dihitung dengan persamaan berikut:

 E_x(\%)=\frac{T_m-T_e}{T_m}\times 100\%

yang mana E_x menyatakan exergy, T_m temperatur uap, dan T_e temperatur luar. Semua termperatur dinyatakan dalam derajat Kelvin. Persamaan ini juga sering disebut sebagai efisiensi Carnot (Peneliti Perancis yang bernama Nicolas Leonardo Sadi Carnot).

Persamaan exergy dengan jelas menunjukkan mengapa pembangkit modern mempunyai temperatur uang yang sangat tinggi. Akan tetapi dengan naiknya temperatur, tekanan uap juga meningkat. Oleh sebab itu, kemajuan teknologi PLTU sangat ditentukan oleh kemajuan teknologi boiler menahan tekanan dan temperatur yang tinggi. Saat ini, PLTU modern banyak yang bekerja pada tekanan 260 bar dan temperatur 540 oC.

Faktor kedua yang menentukan exergy adalah temperatur luar. Jika kita bisa menurunkan temperatur di luar pembagkit sampai sama dengan nol derajat K maka semua energi panas yang dikandung uap bisa menjadi exergy atau dikonversikan menjadi energi listrik. Dalam praktek, temperatur luar jauh diatas nol sehingga selalu ada exergy dan anergy.

Uap panas bertekanan tinggi menyebabkan turbin berputar dan hampir semua exergy dikonversikan menjadi energi mekanik dan akhirnya listrik. Kemajuan teknologi suatu pembangkit sangat ditentukan oleh kemampuan merubah semua exergy menjadi energi listrik. Sedangkan kandungan anergy masih tersimpan dalam bentuk panas di uap yang keluar dari turbin. Walaupun masih mengandung energi, tetapi anergy tidak mempunyai kemampuan untuk melakukan kerja. Anergy di PLTU ini mirip dengan energi potensial yang masih tersimpan di air yang keluar dari turbin air. Walaupun masih mengandung energi potensial (karena masih lebih tinggi dari permukaan laut atau lebih tinggi dari titik nol bumi) tetapi energi yang dikandung tidak bisa dimanfaatkan untuk memutar turbin. Atau mirip dengan energi matahari yang tidak diterima oleh panel surya tetapi masuk ke area pembangkit listrik tenaga surya.

Perbedaan definisi energi masuk inilah yang menyebabkan PLTU dan PLTA mempunyai angka efisiensi yang jauh berbeda. PLTU menggunakan energi total (exergy plus anergy) sebagai energi masuk sedangkan PLTA menggunakan exergy sebagai energi masuk. Padahal jika digunakan definisi energi masuk yang sama maka efisiensinya akan bernilai hampir sama. Perbedaan utama PLTU dan PLTA hanyalah pada sumber energinya. PLTA menggunakan sumber energi yang terbarukan sedangkan PLTU biasanya menggunakan bahan bakar fossil.

Pada pembangkit listrik tenaga bayu (angin) atau PLTB, energi masuknya adalah energi kinetik yang diterima oleh area efektif turbin angin. Karena angin yang keluar dari turbin tidak mungkin mempunyai kecepatan sama dengan nol, maka selalu ada energi kinetik yang tersisa pada angin. Dengan kata lain, tidak semua energi kinetik yang terdapat pada angin bisa dikonversikan menjadi energi listrik. Agar adil, mestinya energi sisa ini kita sebut anergy dan tidak disebut sebagai energi masuk. Karena definisi energi masuk adalah energi kinetik total yang datang maka secara teoritis, efisiensi PLTB hanyalah sekitar 60%. Dalam praktek, efisiensi hanya sekitar 40%.

Demikian pula pada pembangkit listrik tenaga surya (PLTS). Photon yang energinya terlalu rendah tidak bisa dikonversikan menjadi listrik. Photon yang energinya terlalu tinggi hanya akan menyebabkan panel suryanya panas. Jadi tidak semua photon bisa menyebabkan dibangkitkannya energi listrik pada panel surya. Akan tetapi dalam menghitung efisiensi, energi masuk adalah energi yang dikandung oleh semua photon yang datang ke panel surya. Akibatnya, efisiensi teoritis dari panel silicon hanyalah sekitar 28%. Dalam praktek, efisiensinya hanya sekitar 15%.

Selain efisiensi, pemilihan suatu pusat pembangkit tenaga listrik sangat ditentukan oleh availability (ketersedian) dan dispatchability (kemampuan untuk bisa diatur). PLTU biasanya bisa bekerja nonstop selama setahun, tiap hari selama 24 jam. Oleh sebab itu, PLTU mempunyai availability yang tinggi. Sebaliknya, pembangkit listrik energi terbarukan kemampuan untuk menghasilkan energi sangat ditentukan oleh ketersedian air, matahari, atau angin. Selain itu, besarnya daya yang dibangkitkan PLTU bisa diatur oleh pusat kendali (di Indonesia dilakukan oleh P3B) sesuai dengan kebutuhan sistem. Sebaliknya, daya yang dihasilkan pembangkit listrik energi terbarukan tidak bisa dikendalikan oleh P3B sehingga disebut non-dispatchable

About angin165

Pria, Indonesia, muda, lajang, belum mapan.
This entry was posted in Green Energy, Power Generation. Bookmark the permalink.

3 Responses to Mengapa PLTU Mempunyai Efisiensi Rendah?

  1. seli_usel says:

    terimakasih atas infonya.
    bermanfaat untuk saya

  2. anwar says:

    matur sueun informasinya
    Slam sehat dan barokah

  3. ilhami says:

    thx gan izin copy buat tugas

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s