Efisiensi Pembangkit Listrik Lebih Tinggi Menuntut Kualitas Bahan Bakar Lebih Tinggi

 

Saat kita hendak mengisi bahan bakar kendaraan kita di SPBU tentu kita memilih bahan bakar apa yang paling cocok dengan kendaraan kita. Kendaraan kita akan bisa berjalan dengan optimal jika menggunakan bahan bakar yang sesuai. Kualitas bahan bakar terlalu tinggi (over spec) ataupun terlalu rendah (under spec) hanya akan memberikan kinerja yang kurang optimal. Secara teknis kendaraan tersebut telah dirancang dengan rasio tekanan tertentu pada sistem pembakarannya, apabila bahan bakar dengan kualitas terlalu tinggi maka pada kompresi rendah menjadi sulit terbakar sempurna, dan demikian juga sebaliknya. Pada operasional kendaraan bahkan bahan bakar yang terbakar sebelum waktunya atau setelah waktunya akan menghasilkan performa yang tidak optimal. Bahan bakar dengan kualitas tinggi juga memiliki harga lebih tinggi sehingga secara ekonomi juga tidak menguntungkan, demikian juga dengan bahan bakar kualitas rendah, walaupun lebih murah tetapi performa juga dibawah standar.

Analogi diatas juga kurang lebih sama untuk pembangkit listrik. Semakin tinggi tingkat efisiensi semakin tinggi kualitas bahan bakar yang dipersyaratkan karena kondisi operasi juga di atas rata-rata biasanya, misalnya kompresi, temperatur dan sebagainya. Kalau pada bensin kualitas dinyatakan dengan angka oktan, atau pada solar atau minyak diesel kualitas dinyatakan dengan angka cetan, maka pada bahan bakar padat seperti wood pellet ukuran kualitas dinyatakan dengan nilai kalori. Unsur-unsur lain yang juga diperhatikan pada bahan bakar yakni unsur-unsur yang bisa merusak alat atau mesin yang digunakan. Khusus pada wood pellet kandungan potassium dan klorin yang tinggi bisa berefek buruk pada pembangkit listrik tersebut. Potassium akan menjadi deposit/fouling pada pipa boiler sehingga menurunkan efisiensinya, sedangkan khlorin yang bersifat korosif akan memperpendek umur pakai pembangkit listrik tersebut.

Pada tahun 2030 Jepang akan menerapkan penggunaan pembangkit listrik dengan efisiensi yang lebih tinggi yakni minimum 41% sedangkan sebagian besar efisiensi pembangkit listrik batubara saat ini berkisar 30-35%. Untuk mencapai tingkat efisiensi lebih dari 41% teknologi yang digunakan adalah ultra supercritical pulverized coal. Teknologi ultra supercritical pulverized coal pada dasarnya adalah pengembangan lanjut teknologi pulverized coal yang paling banyak digunakan oleh pembangkit listrik batubara atau lebih dari 95% di seluruh dunia. Perbedaan teknologi ultra supercritical pulverized dengan pulverized adalah pada penggunaan tekanan dan temperature lebih tinggi sehingga efisiensinya juga lebih tinggi. Modifikasi pembangkit listrik juga bisa dilakukan untuk peningkatan efisiensi tersebut. Penggunaan bahan bakar biomasa seperti wood pellet bisa dengan cara cofiring maupun full firing (100% wood pellet). Karakteristik bahan bakar yang digunakan juga akan berpengaruh pada teknologi boiler yang digunakan.

Kadar abu wood pellet yang dipersyaratkan untuk industri seperti pembangkit listrik bisa sampai 6% menurut pellet fuel institute (PFI) Amerika. Tetapi kimia abu menjadi pertimbangan penting pada pemakaian pembangkit listrik tersebut. Korea Selatan misalnya saat ini mensyaratkan kadar klorin maksimal 500 ppm (500 mg/kg) atau Jepang mensyaratkan kadar potassium maksimal 1000 ppm (1000 mg/kg). Hal ini membuat produksi wood pellet mengikuti spesifikasi tersebut apabila spesifikasi belum sesuai. Sejumlah pretreatment khusus perlu dilakukan untuk mencapai spesifikasi tersebut. Potensi wood pellet dari kebun energi di Indonesia sangat besar, demikian juga pellet fuel dari limbah pertanian atau perkebunan seperti tandan kosong sawit yang diperkirakan jumlahnya mencapai kurang lebih 38 juta ton per tahun. Tetapi sekali lagi spesifikasi pellet (wood pellet atau agro waste pellet) yang diproduksi perlu disesuaikan dengan kebutuhan pembangkit listrik di Jepang atau Korea Selatan - dua negara yang sangat tergantung dengan energi - tentunya apabila produsen pellet tersebut berorientasi export. pertanyaan selanjutnya pretreatment seperti apa yang perlu dilakukan pada produksi pellet tersebut? InsyaAllah kita bahas pada kesempatan yang lain.

PKS Untuk Pembangkit Listrik di Eropa

Eropa dengan program bioekonominya yakni dalam RED (Renewable Energy Directive) telah mentargetkan penggunaan energi terbarukan mencapai minimal 20% pada 2020 dengan konsumsi biomasa mencapai 70% dari keseluruhan energi terbarukan dan pada 2030 menjadi minimal 27%. Untuk energi biomasa, Eropa juga merupakan produsen wood pellet terbesar yakni saat ini diperkirakan 13,5 juta ton/tahun sementara konsumsinya 18,8 juta ton/tahun. Negara-negara produsen wood pellet terbesar di Eropa yakni Jerman dan Swedia. Walaupun dengan produksi wood pellet 13,5 juta ton/tahun ternyata belum mampu memenuhi kebutuhan internal kawasan tersebut, sehingga masih membutuhkan supply dari luar. Amerika dan Kanada adalah pemasok utama kebutuhan wood pellet untuk negara tersebut. Sebagian besar penggunaan wood pellet tersebut untuk pembangkit listrik. Selain wood pellet, PKS juga telah diimport dari Indonesia. Sering besarnya target yang hendak dicapai, maka kebutuhan bahan bakar biomasa tersebut diprediksi akan semakin meningkat.

Walaupun sebagian besar pembangkit listrik saat ini menggunakan teknologi pulverized coal boiler yang mencapai sekitar 50% pembangkit listrik dunia, tetapi penggunaan teknologi grate combustor boiler dan fluidized bed boiler juga semakin meningkat. Pulverized coal boiler terutama digunakan untuk pembangkit kapasitas sangat besar (>100 MW) , sedangkan untuk kapasitas menengah biasa menggunakan teknologi fluidized bed (antara 20-100 MW) dan untuk kapasitas lebih kecil dengan grate combustor (<20 MW). Kelebihan untuk teknologi fluidized bed dan grate combustor boiler adalah flexibilitas bahan bakar termasuk toleransi terhadap ukuran partikelnya. Berbagai limbah pertanian, sampah kota, ban bekas dan sebagainya bisa digunakan sebagai bahan bakarnya. Ketika pada pulverized coal boiler mensyaratkan ukuran partikel kecil (1-2 cm) seperti serbuk gergaji (sawdust) sehingga bisa diatomisasi pada nozzle pulverizer, maka untuk grate combustor dan fluidized bed ukuran partikel sebesar kerikil (maks. 8 cm) bisa diterima. Berdasarkan kondisi tersebut limbah pertanian yakni PKS memiliki peluang besar sebagai bahan bakar boiler-boiler tersebut. 

Pembangkit Listrik Dengan teknologi Fluidized di Jepang 49 MW dengan bahan bakar PKS
dan beroperasi sejak 2015

Untuk bisa sebagai bahan bakar pada grate combustor boiler dan fluidized bed boiler bisa langsung digunakan, tanpa pretreatment tambahan. Lebih spesifik untuk fluidized bed boiler yakni circulating fluized bed (CFB) boiler yang lebih cocok untuk PKS dibandingkan dengan bubbling fluidized bed (BFB) boiler, untuk lebih detail bisa dibaca disini. Lalu apakah PKS tidak cocok untuk pulverized coal boiler? Ada beberapa hal perlu diperhatikan untuk penggunaan PKS pada pulverized coal boiler. Hal pertama yang bisa dilakukan adalah mengecilkan ukuran partikel PKS hingga maksimal 2 cm sehingga bisa diatomisasi dalam pulverized system. Hal kedua yang perlu diperhatikan adalah prosentase PKS dalam batubara, atau istilahnya cofiring. Berbeda dengan grate  dan fluidized bed combustor yang bisa fleksibel dengan berbagai jenis bahan bakar, pada pulverized hampir semua hanya menggunakan batubara saja. Tentu juga bisa untuk pulverized tersebut diganti dengan biomasa khususnya PKS tetapi ada hal spesifik yang membedakan bahan bakar biomasa dan batubara yakni kadar abu dan kimia abu. Kedua hal tersebut sangat berpengaruh terhadap karakteristik pembakaran dalam pulverized system. 

Kandungan abu batubara umumnya lebih besar daripada biomasa, selain itu kimia abu batubara sangat berbeda dengan kimia abu biomasa. Biomasa memiliki kandungan anorganik lebih kecil daripada batubara, tetapi kandungan alkali dalam biomasa bisa mengubah sifat-sifat abu batubara khususnya abu aluminosilikatnya. Praktisnya yakni jika ingin mengubah pulverized system dari batubara ke biomasa khususnya PKS maka perlu modifikasi pembangkit listrik tersebut dan ini juga tidak murah, tetapi jika ingin tanpa modifikasi atau hanya sedikit saja modifikasi pembangkit listrik diperlukan yakni dengan cara cofiring tersebut. Cofiring biomasa dengan batubara dengan porsi kecil misalnya 3-5% tidak perlu memodifikasi pembangkit listrik pulverized tersebut. Sebagai contoh Shinci di Jepang dengan kapasitas 2 x 1.000 MW supercritical pulverized fuel dengan cofiring 3% membutuhkan 16.000 ton/tahun biomasa dan tidak ada modifikasi, demikian pula dengan Korea Shoutheast Power (KOSEP) 5.000 MW dengan cofiring 5% membutuhkan biomasa 600.000 ton/tahun dan juga tanpa modifikasi. Mengapa cofiring pada pulverized system banyak dibahas? Selain pembangkit tipe ini jumlahnya paling banyak dengan kapasitas produksi listrik sangat besar sehingga menjadi sarana efektif untuk menurunkan kadar CO2 di atmosfer yang otomatis juga mengurangi penggunaan batubara, juga penggunaan biomasa dalam cofiring punya efek pada operasional pembangkit dan harga produk listrik yang dihasilkan. 

Studstrup power station Denmark 700 MW melakukan cofiring hingga 20% dengan jerami (straw)

Teknologi grate combustor, fluidized bed dan pulverized pada dasarnya adalah teknologi pembakaran. Teknologi pembakaran adalah satu diantara 3 proses thermal biomasa yang banyak diaplikasikan, dengan dua lainnya yakni gasifikasi dan pyrolysis. Gasifikasi demikian juga pyrolysis juga bisa digunakan untuk produksi listrik, tetapi penggunaannya tidak sebanyak teknologi pembakaran dan kapasitas produksi listriknya pada umumnya juga kecil. Hampir sama dengan grate combustor dan fluidized bed, bahan bakar untuk gasifikasi dan pyrolysis juga fleksibel, termasuk batubara dan PKS. Pada teknologi gasifikasi terutama untuk memaksimalkan produk gas (syngas) sedangkan pada pyrolysis untuk memaksimalkan produk padatnya. PKS bisa di pirolisis untuk menghasilkan arang sedangkan batubara akan menghasilkan kokas apabila dipirolisis. Arang dari PKS bisa digunakan untuk bahan bakar, produksi briket serta arang aktif sedangkan kokas untuk peleburan baja. Syngas merupakan produk samping pyrolysis yang bisa digunakan untuk produksi listrik sedangkan pada gasifikasi, syngas merupakan produk utama yang juga bisa digunakan untuk produksi listrik. 

Mengapa menggunakan PKS untuk bahan bakar pembangkit tersebut? Hal ini karena PKS memiliki karakteristik hampir sama dengan wood pellet, banyak tersedia dan harganya murah. Indonesia dan Malaysia adalah dua produsen utama PKS. PKS dihasilkan dari pengolahan kelapa sawit. Dengan luas perkebunan kelapa sawit Indonesia mencapai  12 juta hektar di Indonesia dan 5 juta hektar di Malaysia, maka jumlah PKS yang dihasilkan dari kedua negara mencapai 15 juta ton/tahun. Jumlah PKS tersebut kedua negara tersebut melebihi produksi wood pellet dari Amerika Serikat dan Kanada, atau 2 produsen penghasil wood pellet terbesar saat ini. Dan tentu saja Amerika Serikat dan Kanada tidak bisa menghasilkan PKS, karena tidak memiliki perkebunan kelapa sawit, tetapi Indonesia dan Malaysia bisa memproduksi wood pellet karena memiliki hutan yang luas. Produksi wood pellet Indonesia dan Malaysia masih kecil, yakni kurang dari 1 juta ton/tahunnya, tetapi produksi PKS-nya cukup besar yang bisa sebagai penggerak awal bioeconomy dan menyuplai biomasa ke Eropa.