## ANALISA EXERGI SISTEM KOGENERASI SIKLUS KOMBINASI

## Ambo Intang
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,  Universitas Tamansiswa Palembang Email: ambo.intang@gmail.com

## ABSTRAK
Salah  satu  sektor  pemakai  terbesar  energi  fosil  adalah  Pusat  Listrik  Tenaga  Gas,  sehingga  optimalisasi konservasi  energi  pada  pusat  listrik  ini  menjadi  signifikan.  Untuk  mengetahui  dimana  konservasi  energi dapat  dilakukan  pada  peralatan  maupun  sistem  yang  ditinjau,  hal  penting  yang  harus  dilakukan  adalah dengan  membuat  analisis  kesetimbangan  massa  dan  kesetimbagan  exergi,  dan  selanjutnya  melakukan analisa  exergi  pada  sistem  tersebut  sehingga  dapat  diketahui  besaran  peningkatan  efisiensi  pemakaian energi bahan bakar.  Sistem  kogenerasi dapat  meningkatkan efisiensi pemakaian bahan bakar,  yang tepat dalam  hal  ini  adalah  Sistem  Kogenerasi  Siklus  Kombinasi.  Pada  aplikasinya  dapat  dilihat  pada  Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) yang gas buangnya masih dapat dimanfaatkan untuk pembangkit steam/uap  untuk  memutar  turbin  yang  selanjutnya  berguna  untuk  pembangkit  listrik  lanjutan.  Analisa exergi  dilakukan  pada  sistem  kogenerasi  siklus  kombinasi  pusat  pembangkit  tenaga  gas  uap  milik PT.  PLN  PJB  Unit  Pembangkitan  Muara  Tawar  yang  menyuplai  listrik  untuk  sistem  Jawa  Bali  dimana pembangkit  listrik  ini  mempunyai  kapasitas  950  MegaWatt  yang  terdiri  dari  (  5x145  MW  Gas  Turbine dan  1x225  MW  Steam  Turbin)  .  Dari  hasil  analisa  peluang  efisiensi  pemakaian  bahan  bakar  didapatkan sebesar 77,83%.
Kata Kunci: Kogenerasi Siklus Kombinasi, Exergi, Exergi Rate, Exergi Loss.

## 1. PENDAHULUAN
Usaha-usaha konservasi energi banyak dilakukan yang salah satunya dengan menggunakan kogenerasi.  Semenjak  krisis  minyak  dunia  energi  menjadi  topik  utama  masyarakat  baik  di tingkat  nasional  maupun  internasional.  Energi  telah  disadari  sebagai  kebutuhan  pokok  dan meningkat seiring dengan pertumbuhan ekonomi. Selain itu isu lingkungan  hidup juga  menjadi pendorong pengurangan penggunaan energi fosil (UNEP 2006).  Sistem  kogenerasi  terdiri  dari berbagai bentuk tergantung pada sistem pemanfaatan energinya sehingga dapat membangkitkan energi  lanjutan  yang  bisa  meningkatkan  efisiensi  dari  pemakain  sumber  energi  tertentu.  Salah satu  sistem  kogenerasi  yang  bisa  meningkatkan  efisiensi  pemakain  bahan  bakar  adalah  Sistem Kogenerasi  Siklus  Kombinasi  yang  pada  aplikasinya  dapat  dilihat  pada  Sistem  Pembangkit Listrik  Tenaga  Gas  (PLTG)  yang  gasbuangnya  masih  dapat  dapat  dimanfaataatkan  untuk pembangkit steam/uap untuk memutar turbin yang selanjutnya berguna untuk pembangkit listrik lanjutan.
Salah satu sektor pemakai terbesar energi fosil adalah  Pusat  Listrik Tenaga Gas, sehingga optimalisasi  konservasi  energi  pada  pusat  listrik  ini  menjadi  signifikan.  Untuk  mengetahui dimana  konservasi  energi  dapat  dilakukan  pada  peralatan  maupun  sistem  yang  ditinjau,  hal penting  yang  harus  dilakukan  adalah  dengan  membuat  analisis  kesetimbangan  massa  dan kesetimbagan energi, untuk selanjutnya melakukan analisa exergi pada sistem tersebut sehingga dapat diketahui besaran peningkatan efisiensi pemakaian energi bahan bakar.
Analisa  exergi  dalam  hal  ini  dilakukan  pada  sistem  kogenerasi  siklus  kombinasi  pusat pembangkit  tenaga  gas  uap  milik  PT.  PLN  PJB  Unit  Pembangkitan  Muara  Tawar  yang menyuplai  listrik  untuk  sistem  Jawa  Bali  dimana  pembangkit  listrik  ini  mempunyai  kapasitas 950 MegaWatt yang terdiri dari ( 5x145 MW Gas Turbine dan 1x225 MW Steam Turbin). Dari analisa exergi  maka dapat diketahui  Ireversibilitas masing-masing komponen utama PLTG dan
besarnya  exergi  yang  dapat  dimanfaatkan.  Dengan  mengetahui  ireversibilitas  masing-masing komponen, analisa  pemanfaatan exergi yang terbuang dapat dilakukan dengan baik.

## 2. METODELOGI
Penelitian ini dilaksanakan pada Sistem  Kogenerasi Siklus  Kombinasi  PT. PLN PJB  Unit Pembangkitan  Muara  Tawar  Blok  1.  Penentuan  lokasi  dilakukan  dengan  pertimbangan  bahwa Pusat Listrik Tenaga Gas  (PLTG) merupakan salah satu sektor yang menggunakan energi fosil cukup  besar,  sebaliknya  potensi  dilakukan  kogenerasi  untuk  Turbin  Gas  sangat  besar.  Analisa energi  juga  tidak  mamapu  digunakan  sebagai  alat  analisis  karena  tidak  mampu  menunjukkan bahwa  energi  pasca  proses  diturbin  gas  masih  mempunyai  tingkat  kualitas  yang  berpotensi untuk  termanfaatkan,  sehingga  perlu  dilakukan  analisa  exergi  pada  sistem  ini  dengan memodelkannya  menjadi sistem kogenerasi siklus kombinasi.  Teknologi untuk  melakukan ini pun, sampai dengan tingkat komersial sudah tersedia yang dikenal dengan PLTGU.

## 2.1. Prosedur Penelitian
Penelitian dilakukan berdasarkan prosedur berikut :
1. Mealukan orientasi di Pusat Listrik Tenaga Gas.
2. Pengambilan  data  operasi  diperlukan  dari  lapangan  dan  mempelajari  spesifikasi  turbin gas dari manual book.
3. Mempelajari data-data operasi untuk menentukan kondisi operasi yang akan dievaluasi. Kondisi  operasi  yang  diambil  adalah  pada  beban  tertinggi  dan  temperatur  lingkungan yang rata-rata.
4. Melakukan Studi Pustaka
5. Membuat analisa exergi pada turbin gas.

## 2.2. Studi Pustaka

## 2.2.1. Pengertian dan Pembagian Kogenerasi
Pembangkit  tenaga  pada  umumnya  mempunyai  dua  permasalahan,  pertama  efisiensinya rendah kedua mengeluarkan gas buang yang mengandung bahan pencemar. Penurunan efisiensi ini  disebabkan  karena  banyaknya  panas  yang  terkandung  dalam  gas  buang  pada  peralatan    ( kondensor  )  pembangkit  (  PLTU,  PLTD  dan  PLTG  ).  Untuk  memanfaatkan  panas  pada  gas buang dari kondensor yang disebut output termal  menjadi pemanas/pendingin digunakan suatu alat  yang  disebut  absortion  chiller,  heat  exchanger  dan  waste  heat  recovery  hal  inilah  yang disebut Kogenerasi. Atau dengan kata lain kogenerasi adalah suatu pembangkitan berurutan dua bentuk  energi  berbeda  (biasanya  energi  mekanik  dan  energi  termal)  dari  satu  sumber  bahan bakar. Energi mekanik yang dihasilkan selanjutnya dikonversi menjadi energi listrik, sedangkan energi  termalnya  bisa  digunakan  langsung  untuk  suatu  proses  ataupun  secara  tidak  langsung untuk menghasilkan uap, air panas atau sumber panas pada alat pendingin (absorption chiller).
Dengan  konsep  kogenerasi,  efisiensi  energi  secara  keseluruhan  dalam  suatu  sistem  energi bertambah  secara  signifikan.  Dalam  beberapa  kasus  bisa  bertambah  lebih  dari  30%  dibanding sistem  energi  konvensional.  Pembangkit  Kogenerasi  yang  menggabungkan  panas  dan pembangkit  listrik  dapat  menghasilkan  efisiensi  lebih  besar  sampai  80%.  Pembangkit  jenis  ini ideal bagi institusi besar seperti universitas, rumah sakit, dan bandar udara, yang membutuhkan energi listrik dan panas dalam jumlah besar, sehingga pada pembangkit kogenerasi energi panas tidak  dibuang,  tapi  digunakan  untuk  menyediakan  energi  bagi  sistem  pemanas/pendingan, bahkan bisa juga digunakan kembali untuk membangkitkan listrik (Hasan 2006).
Sistim kogenerasi biasanya diklasifikasikan menurut urutan penggunaan energi dan skema operasi yang diambil. Pada sistim kogenerasi dasar ini dapat diklasifikasikan sebagai siklus atas atau  bawah.  Jika  ditinjau  dari  tenaga  penggeraknya  maka  kogenerasi  dapat  menggunakan berbagai teknologi yang secara garis besar adalah: kogenerasi turbin uap, kogenerasi turbin gas, combined cycle cogeneration atau kogenerasi siklus kombinasi dan kogenerasi mesin diesel.
Dari  jenis  –  jenis  kogenerasi  di  atas,  kogenerasi  siklus  kombinasi  adalah  pilihan  yang paling atractive untuk pendistribusian di pabrik karena dirasakan lebih efisien.

## 2.2.2 Kogenerasi Siklus Kombinasi
Kogenerasi ini menggunakan prinsip siklus uap kondensor di mana di dalam kondensat uap panas yang berasal dari air dingin diturunkan kemudian hal ini berakibat meningkatknya energi listrik  yang  dihasilkannya.  Pemilihan  sistim  siklus  kondensasi  dan  sistim  cogeneration berdasarkan  pertimbangan  ekonomis.  Seperti  perusahaan  listrik  karena  tidak  membutuhkan energi  termal.  Berarti  energi  termal  yang  dihasilkan  oleh  pembangkit  listrik  akan  digunakan untuk  meningkatkan  produksi  listrik  untuk  itu  yang  tepat  digunakan  adalah  sistim  siklus kombinasi.  Yaitu  jika  siklus  gas  dikawinkan  dengan  siklus  uap  sehingga  menjadi  siklus kombinasi maka akan menyebabkan terjadinya peningkatan efisiensi. Pada siklus kombinasi itu boiler  PLTU  dipanaskan  hanya  oleh  gas  buang  PLTG.  Kemudian  oksigen  dalam  pipa pembuangan  turbin  gas  digunakan  untuk  pembakaran  bahan  bakar  primer  dalam  suatu  sistim boiler  uap  hilir.  Kompresor  memasok  udara  terkompresi  ke  boiler  untuk  melakukan  proses super  canggih,  kemudian  boiler  itu  menghasilkan  uap  yang  dapat  menggerakkan  turbin  uap. Selain  dari  itu  panas  limbah  dari  pipa  pembuangan  turbin  gas  juga  digunakan  untuk memanaskan boiler yang akan menghasilkan uap untuk menggerakkan turbin uap. Di mana uap boiler  itu  digunakan  untuk  menggerakkan  sebuah  turbin  uap  yang  pada  gilirannya  merupakan tenaga penggerak mula bagi sebuah generator listrik. Kemudian jika panas yang keluar dari pipa pembuangan  turbin  gas  dinaikkan  dan  gas  buang  yang  meninggalkan  boiler  digunakan  untuk memanaskan kondensat yang  menuju  maka efisiensinya bisa meningkat sampai lebih dari 50% (UNEP 2006).

## 2.2.3 Konservasi Energi
Sebagai  langkah  awal  dari  program  konservasi  energi,  khususnya  sektor  industri,  adalah melakukan  analisis  kesetimbangan  exergi.  Hal  ini  merupakan  suatu  cara  dalam  mengkaji  dan mengetahui  dimana  dan  berapa  exergi  terpakai  secara  benar  atau  terbuang  percuma,  serta membuat rekomendasi untuk pencegahan atau perbaikannya (Moran et.al 2000).
Dengan  melakukan  beberapa  pengukuran  dan  pengujian  untuk  dapat  membuat kesetimbangan  exergi  pada  sistem  energi,  akan  didapat  ireversibilitas  untuk  masing-masing fungsi,  sehingga  dapat  diidentifikasi  ada  atau  tidaknya  potensi  konservasi  energi  ditinjau  dari sisi ekonomis dan teknis.

## 2.2.4 Konstruksi Turbin Gas
Turbin  gas  merupakan  suatu  sistem  yang  terdiri  dari  tiga  komponen  utama,  seperti  pada Gambar 1, dengan fungsinya masing-masing sebagai berikut :
1. Kompresor;  yang  berfungsi  menghisap  dan  menaikkan  tekanan  udara  serta memasukkannya ke dalam ruang bakar.
2. Ruang Bakar; di mana udara segar yang dimampatkan oleh kompresor dicampur dengan bahan bakar sehingga terjadi proses pembakaran dan udara terekspansi.
3. Turbin; udara yang terekspansi dalam ruang bakar akan memutar turbin yang energinya digunakan untuk memutar Alternator dan Kompresor.
Gambar 1. Diagram Komponen Utama Gas Turbin (UNEP 2006)
Secara keseluruhan kerja ideal turbin gas adalah sesuai dengan sisklus Brayton seperti pada gambar  2  dan  gambar  3.  Pada  kenyataanya  tidak  ada  yang  benar-benar  isentropis  pada  proses kompresi maupun ekspansi, sehingga proses 1-2 dan 3-4 pada gambar 2 tidak benar-benar tegak lurus  tetapi  agak  miring  kearah  s  yang  lebih  besar,  seperti  yang  diperlihatkan  dengan  garis putus-putus.
Gambar 2. Diagram T-s untuk Siklus Brayton (Moran et.al 2000)
Gambar 3. Diagran P-V untuk Siklus Brayton Ideal (Moran et.al 2000)

## 2.2.5 Analisa Exergi
Metode  analisa  exergi  dibuat  berdasarkan  pada  hukum  termodinamika  I  dan  II.  Analisa berdasarkan hukum termodinamika  I  (analisa energi) didasarkan pada karakteristik unjuk kerja komponen-komponen  yang  digabung  menjadi  kesetimbangan    energi.  Meskipun  analisa menghasilkan perhitungan yang benar, akan tetapi analisa energi ini tidak dapat  menempatkan dan  mengukur  sumber-sumber  kerugian  yang  terjadi  di  dalam  sistem.  Hal  ini  karena  Hukum Termodinamika  I  tidak  dapat  membedakan  antara  panas  dan  kerja  serta  tidak  bisa  mengukur kualitas  energi  (Bustan  2010).  Pada  analisa  exergi  panas  dianggap  sebagai  energi  berkulitas rendah  karena  tidak  semua  energi  panas  dapat  dirubah  menjadi  energi  kerja,  sebaliknya  kerja adalah  energi  berkualitas  tinggi  karena  dapat  diubah  menjadi  panas  seluruhnya  (Moran  et.al 2000).
- Konsep Dasar Exergi
Untuk  menghitung  kualitas  variabel  dari  bentuk-bentuk  energi  yang  tidak  teratur, diperlukan  suatu  standar  kualitas  yang  universal.  Standar  yang  paling  alami  dan  sesuai  adalah kerja maksimum, yang dihasilkan dari suatu bentuk energi menggunakan parameter lingkungan sebagai keadaan referensi, standar kualitas energi ini disebut exergi (Kotas, 1985)
- Exergi Fisik
Exergi Fisik adalah jumlah maksimum kerja yang dapat diperoleh bila aliran suatu subtansi dibawa dari kondisi awal ke keadaan lingkungan yang didefinisikan dengan P o dan T o, sehingga proses-proses fisik hanya meliputi interaksi thermal dengan lingkungan (Bejan, 1988). Biasanya
analisa  proses  fisik  memerlukan  selisih  exergi  fisika  spesifik ε ph untuk  dua  keadaan  daripada dengan nilai yang terpisah.
ε ph1 - ε ph2 = (h 1 – h 2 ) – T o (s 1 – s 2 )  .......................................................................(1)
Pernyataan exergi fisika spesifik dari suatu gas sempurna adalah : ε ph = c p h (T-T o ) – T o (c p s ln T/T o – R ln P/P o )  .......................................................(2) = c p h (T-T o ) – T o c p s ln T/T o + T o R ln P/P o .....................................................(3)
Untuk  suatu  campuran  gas  yang  terdiri  banyak  komponen,  sesuai  dengan  aturan Gibss-Dalton, persamaan (2) menjadi sebagai berikut ε ph = Σ (x i (c pi h (T-T o ) – T o c pi s ln T/T o )) + T o R ln P/P o .........................................(4)
-  Exergi Kimia
Exergi kimia adalah maksimum kerja yang dapat diperoleh bila suatu subtansi dibawa dari kondisi  lingkungan  ke  kondisi  mati  (dead  state)  dengan  proses-proses  yang  meliputi perpindahan panas dan perubahan subtansi hanya dengan lingkungan (Bejan, 1988).
Untuk  mengetahui  potensi  kerja  (exergi)  dari  suatu  aliran  subtansi,  dilakukan  dengan membandingkan  potensial  kimia  dan  lingkungannya.  Sifat-sifat  elemen  kimia  aliran  harus merujuk pada sifat-sifat subtansi rujukan. Karakter utama subtansi rujukan adalah harus berada dalam kesetimbangan dengan lingkungan.  Untuk  gas ideal kerja per  mol subtansi adalah sama dengan exergi kima molar ε o : ε o = R T o ln P o /P oo .............................................................................................(5)
Exergi untuk bahan bakar  gas mempunyai komplikasi lebih dari  gas ideal karena subtansi ini  bukan  bagian  dari  subtansi  lingkungan  yang  umum  dalam  fungsi  Gibbs  rendah,  yaitu subtansi  rujukan.  Untuk  menyelesaikan  hal  ini,  pemilihan  proses  reversibel  untuk  menentukan exergi kimia bahan bakar harus menyertakan suatu reaksi kimia reversibel untuk merubah bahan bakar,  dengan  bantuan  oksigen  dari  lingkungan,  menjadi  satu  atau  lebih  subtansi  rujukan. Exergi kima molar untuk CO dapat diekspresikan sebagai berikut :
( ε o ) CO = - ( Δ G o ) CO + ( ε o ) CO2 – ½ ( ε o ) O2 ................................................................(6)
Dalam  beberapa  aplikasi  media  kerja  mengandung  campuran  beberapa  macam  gas  ideal, misalnya  bahan  bakar  gas,  hasil  pembakaran  dan  sebagainya.  Misalnya  campuran  disuplai dengan  laju  tetap  pada  kondisi  P o dan  T o .  Masing-masing  komponen  dipisahkan  dengan membrane  semi  permabel  dan  ditekan  secara  reversibel  dan  isotermal  pada  tekanan  parsial mulai P i s/d P o . Total kerja kompresi per mole dari campuran gas tersebut adalah : Σ [w xi ] REV = RT o Σ x i ln x i .........................................................................(7)
Dimana  x i adalah  fraksi  mol dari komponen ke i, sehingga exergi campuran  gas tersebut ( ε OM ) adalah :
ε OM = Σ x i ε oi + R T o Σ x i ln x i ........................................................................(8)
Untuk gas real persamaan (8) menjadi ε OM = Σ x i ε oi + R T o Σ x i ln γ i x i ...................................................................(9)
dimana γ i adalah koefisien aktivitas komponen ke i.
Dari persamaan (4) dan (8) diperoleh persamaan exergi total, untuk gas ideal, sebagai berikut : ε = ε ph + ε OM = Σ (x i (c pi h (T-T o ) – T o c pi s ln T/T o )) + T o R ln P/P o + Σ (x i ε Oi + R T O x i ln x i ) ....................................................... (10)
Pada kenyataannya kondisi aktual kandungan air di udara berbeda dengan kondisi standar, sehingga persamaan (10) perlu dikoreksi menjadi sebagai berikut :
ε = Σ (x i (c pi h (T-T o ) – T o c pi s ln T/T o )) + T o R ln P/P o + Σ (x i ε oi + R T o x i ln x i ) + x H2O R To ln(P oo /P oo ) H2O ................................... (11)

## 2.3. Pengumpulan Data
Pengumpulan data dilakukan terhadap :
1. Data-data operasi seperti temperatur, tekanan, daya listrik, aliran bahan bakar.
2. Data-data spesifikasi Gas Turbin dari Manual Book seperti jumlah aliran udara.
3. Data analisa gas alam dari PGN
4. Tabulasi Data

## 2.4. Pengolahan Data
Pengolahan  data  dilakukan  dengan  perhitungan  kesetimbangan  exergi  baik  pada  exergi kimia pada proses kompresi udara, pembakaran serta pembentukan steam dan exergi fisik pada alat penukar panas, komponen mekanikal dan generatornya.

## 2.5 Hasil yang Diharapkan
Dengan perhitungan exergi diharapkan dapat lebih  mengetahui unjuk kerja turbin  gas dan kapasitas  exergi  yang    dimanfaatkan  untuk  Back  Pressure  Combine  Cycle  atau  Sistem kogenerasi siklus kombinasinya.

## 3. PEMBAHASAN

## 3.1  Diagram Pembangkit PLTGU Muara Tawar Blok-1
Berdasarkan data-data operasi pembangkit selama bulan Desember 2011, keluaran daya dari generator adalah berkisar antara 100 MW s/d 135 MW. Kondisi ini tergantung  permintaan beban dari P3B Jawa bali . Keluaran daya dari PLTGU Muara Tawar sangat stabil karena PLTG beroperasi  dengan  bahan  bakar  Gas  dari  PGN  dan  Pertamina.    Gambar  potongan  turbin  gas seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. Gambar Potongan Turbin Gas ABB 13E2 PLTG Muara Tawar
Diagram back pressure combine cycle yang direncanakan seperti pada Gambar 5 di bawah ini :
Gambar 5. Diagram Sitem Kogenerasi Sklus Kombinasi  Rencana

## PLTGU Muara Tawar

## 3.2  Data-Data Operasi
Data-data  operasi  diperoleh  dari  buku  laporan  operator,  manual  book  dan  laporan laboratorium.  Nilai  kalor  bahan  bakar  (NCV)  adalah  876.747  kJ/kmol.  Sedang  kan  data-data lainnya,  dengan  posisi  seperti  pada  gambar  5  dan  satuannya  disesuaikan  dengan  perhitungan, diperlihatkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Data-Data Operasi PLTG Muara Tawar Blok 1
Posisi Temperatur Tekanan Laju Aliran 1 308 K 14,6 psi 29.006,52 kmol/jam 2 308 K 100,2 psi 610,33 kmol/jam 3 582 K 100,2 psi 29.006,52 kmol/jam 4 1125 K 100,2 psi 29.536,87 kmol/jam 5 795 K 15,33 psi 29.536,87 kmol/jam 6 473 K 14,6 psi 29.536,87 kmol/jam 7 401 K 55 bar 105.175,23 kg/jam 8 773 K 55 bar 105.175,23 kg/jam 9 324 K 0,13 bar 105.175,23 kg/jam

## 3.3  Kesetimbangan Massa
Ksetimbangan  massa dilakukan dengan  menganggap bahwa udara terdiri dari Oksigen, Nitrogen  dan  uap  air,  sedangkan  unsur-unsur  lainnya  diabaikan.  Data aliran  bahan  bakar  yang masuk  diperoleh  dari  uji  unjuk  kerja  mesin  yang  dilakukan  setiap  bulan.  Hal  ini  dilakukan karena  flowmeter  berada  di  produsen  gas,  sehingga  sulit  mengetahui  aliran  bahan  bakar  pada beban  tertentu  untuk  setiap  saat,  dan  hanya  bisa  dilakukan  dengan  koordinasi  antar  operator yang cukup rumit.
Uji  unjuk  kerja  dilakukan  pada  beban  134  MW  dengan  aliran  bahan  bakar  sebesar 12.108,27 m 3 /jam. Dengan data dari kurva unjuk kerja turbin (lampiran B3), aliran bahan bakar pada  beban  134    MW  dapat  dihitung.  Dari  perhitungan  kestimbangan  massa,  diperoleh  aliran gas hasil pembakaran adalah 29.536,87 kmol/jam, dengan komposisi seperti pada tabel 2.
Tabel 2. Hasil Perhitungan Neraca Massa Gas Buang
Komponen Gas buang CO 2 H 2 O O 2 N 2 Jumlah Aliran, n (kmol/jam) 611,69 2509,37 4644,32 21.771,50 29.536,87 Fraksi Aliran, x 0,0207 0,0850 0,1572 0,7371 1,00

## 3.4 Analisa Exergi Pada Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
Dari  hasil  perhitungan  exergi  seperti  pada  persamaan  1-11  diperoleh  exergi  pada berbagai posisi turbin gas (lihat Gambar 5) seperti pada Tabel 3.
Tabel 3. Exergi Pada Turbin Gas
Posisi Exergi Exergi Loss  Exergi Rate  Exergi Loss Rate kJ/jam kJ/jam % % 1 0 0 0 0% 2 561.599.062 - 100,00% 0% 3 219.741.974 9.220.636 39,13% 1,64% 4 558.408.634  222.932.403 99,43% 39,70% 5 192.646.024 - 34,30% 0% 10 136.800.000 - 24,36% 0%
Hasil  dari  tabel  tersebut  dapat  dibuat  grassman  diagram  seperti  pada  Gambar  6.  Dari Grassman  diagram  tersebut,  terlihat  rugi-rugi  exergi  atau  ireversibilitas  terbesar  terjadi  pada ruang bakar. Hal ini disebabkan oleh terjadinya perubahan exergi kimia menjadi exergi panas.
Exergi  gas pembakaran sebagian  menjadi exergi turbin dan sisanya terbuang bersama  gas buang  dan  merupakan  nomor  dua  terbesar  setelah  exergi  ruang  bakar.  Besarnya  exergi  turbin adalah  selisih  exergi  gas  hasil  pembakaran  pada  posisi  4  dan  5  yaitu  sebesar 558.408.634 – 192.646.024 = 365.762.610 kJ/jam.
Gambar 6. Diagram Grassman Turbin Gas
Exergi  turbin  digunakan  untuk  menggerakkan  kompresor  dan  generator.  Terlihat  bahwa exergi  turbin  sebagian  besar  (219.741.974/365.762.610  x  100%  =  60,08%)  digunakan  untuk kompresor,  sedangkan  rugi-rugi  exergi  akibat  gesekan,  efesiensi  turbin  dan  kompresor  serta pada  generator  hanya  12.411.064/365.762.610  x  100%  =  3,39%.  Sisanya  sebesar  36,53% menjadi  keluaran  energi  listrik  di  generator  (dengan  asumsi  energi  listrik  dapat  dirubah  100% menjadi exergi).
Efesiensi rasional total Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG) sendiri adalah : ψ = W e /E bb ; dimana We = Keluaran Daya Listrik Generator Ebb = Exergi Bahan Bakar Gas ψ = 136.800.000 / 561.599.062 =    0,2436 .................................................................... (12)
Sedangkan efesiensi konvensional PLTG adalah : η = W e / (m. NCV) = 136.800.000 / (610,33 x 876.747) =  0,2557  ................................. (13)
Dari  (12)  dan  (13)  terlihat  bahwa  efesiensi  rasional  dan  efesiensi  konvensional  turbin  tidak banyak berbeda.

## 3.5 Analisa Exergi Untuk Rencana Combine Cycle
Dari sub bab 4.D di atas terlihat bahwa rugi-rugi exergi terbesar berada di ruang bakar. Rugi-rugi  ini  karena  ireversibilitas  dari  proses  pembakaran  adiabatis  itu  sendiri.  Dengan beberapa cara efesiensi ruang bakar dapat dinaikkan, namun dari beberapa studi yang dilakukan peningkatan efesien ini hanya berkisar 3,5% sampai dengan 4,5%.
Rugi-rugi  exergi  nomor  dua  terbesar  adalah  melalui  aliran  gas  buang  ke  lingkungan. Exergi ini sebenarnya masih dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan uap ketimbang terbuang percuma.  Dalam  tulisan  ini  uap  yang  dihasilkan  akan  digunakan  untuk  membangkitkan  energi listrik.  Pada  saat  ini  di  PLTG  Muara  Tawar  pun  sedang  dibangun  combine  cycle.  Diharapkan energi gas buang dari unit 1, dapat membangkitkan energi listrik sebesar 20.000 kW.
Dari data-data spesifikasi combine cycle yang sedang di bangun diperoleh  hal-hal sebagai berikut :
a. Temperatur air masuk HRSG = 128 ºC = 401 K b. Temperatur uap masuk Turbin = 500 ºC = 773 K c. Tekanan uap masuk turbin = 55 bar
Dari  lampiran  A2  mengenai  perhitungan  exergi  di  HRSG  (dengan  kondisi  ideal,  adiabtis) diperoleh exergi pada  masing-masing posisi combine cycle (lihat  gambar 5), seperti pada tabel 4.  Exergi  turbin  adalah  137.164.353  –  11.987.629  =  125.176.724  kJ/jam.  Dengan  asumsi efesiensi  mekanik  dan  elektrik  turbin  dan  generator  adalah  0,9  dan  0,95  maka  keluaran  daya generator turbin uap adalah  W e = 125.176.724x 0,9x 0,95 = 107.026.099 kJ/jam dibagi dengan 3600 untuk merubah satuan dalam kW diperoleh 107.026.099 / 3600 = 29.729 kW.
Tabel 4. Exergi Pada Combine Cycle.
Posisi Exergi Exergi Loss  Exergi Rate Exergi Loss Rate kJ/jam kJ/jam % % 6 35.159.675 0 6,26% 0 7 4.896.528 0 0,87% 0 8 137.164.353 25.218.522 24,42% 4,49% 9 11.987.629 0 2,13% 0 11 106.479.182 18.139.649 18,96% 3,23%
Gambar 7. Diagram Grassman Combine Cycle
Kapasitas  Steam  Turbine  yang  dibangun  adalah  225.000  kW  atau  (72.000.000  x  11,25) kJ/jam,  lebih kecil dari kondisi ideal,  hal ini untuk  mengantisipasi kondisi operasi PLTG yang bebannnya  tidak  tetap  dan  kebocoran-kebocoran  yang  terjadi.  Walaupun  demikian,  dengan
manjemen pengoperasian dan perhitungan yang baik, seharusnya kapasitas combine cycle dapat diperbesar  sehingga  dapat  meningkatkan  efesiensi.  Selain  itu,  dengan  kapasitas  yang  sedikit lebih besar, faktor keamanan dalam desain akan lebih baik.
Dengan tambahan combine cycle efesiensi rasional (Gambar 7) total PLTGU menjadi : ψ creal = (W eGT + W eComb ) / Ebb   = (136.800.000 + 72.000.000) / (561.599.062) =    0,3718 .............................................................. (14)
Sedangkan apabila combine cycle dianggap ideal maka efesiensi rasional PLTGU ψ cideal = (136.800.000 + 106.479.182) / 561.599.062 = 0,4332. ................................... (15)
Pada kondisi real peningkatan efesiensi rasional Δψ real = (14) – (12) = 0,3718 – 0,2436 = 0,1282 atau Persen Efesiensi Rasional = Δψ real / ψ = 0,1282 / 0,2436 = 52,63%....................... (16)
Pada kondisi ideal penignkatan efesiensi rasional Δψ ideal = (15) – (12) = 0,4332 – 0,2436 = 0,1896
atau Persen Efesiensi Rasional = Δψ ideal / ψ = 0,1896/0,2436 = 77,83%........................ (17)

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN

## 4.1 Kesimpulan
Dari hasil analisa dan pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1.  Rugi-rugi  exergi  terbesar  terjadi  pada  ruang  bakar  sebesar  39,70%  dari  exergi  bahan  bakar yang masuk dan efesiensi rasional PLTG adalah 0,2436
2.  Untuk  PLTG  Muara  Tawar  Blok  1,  pada  beban  38.000kW  exergi  gas  buang  pada  exhaust turbin gas sebesar 192.646.024 kJ/jam atau 34,30% dari exergi bahan bakar.
3.  Exergi  gas  buang  tersebut  dapat  dimanfaatkan  untuk  Combine  Cycle.  Pada  kondisi  ideal energi listrik yang dapat dihasilkan adalah 18,96% dari exergi bahan bakar.
4.  Combine cycle yang sedang dibangun saat ini sebesar 20.000 kW, lebih kecil dari yang dapat dimanfaatkan. Efesiensi rasional PLTGU berdasarkan rencana pembangunan adalah 0,3718, dimana pada kondisi ideal efesiensi rasional adalah 0,4332 dan peluang efisiensi pemakaian bahan bakar sebesar 77,83%
5.  Dengan  manjemen pengoperasian dan perhitungan yang baik, seharusnya kapasitas combine cycle dapat diperbesar sehingga dapat meningkatkan efesiensi

## 4.2 Saran
Dalam  analisis  ini  masalah  difokuskan  untuk  menghitung  exergi  di  PLTG  Muara  Tawar Blok  1,  sehingga  dapat  mengetahui  besarnya  exergi  yang  masih  dapat  dimanfaatkan.  Untuk penelitian lebih lanjut dapat dilakukan perhitungan-perhitungan untuk hal-hal sebagai berikut :
1.  Pengaruh kelembaban pada udara masuk terhadap unjuk kerja turbin gas dan combine cycle.
2.  Pengaruh regenerasi steam terhadap unjuk kerja turbin gas dan combine cycle.

## DAFTAR PUSTAKA
Bejan, A. (1988). “Advanced Engineering Thermodinamics”. Wiley, New York: Wiley.
Bustan,  M.D.  (2010).  “  Pengaruh  Proses  Pengintegrasian  Panas  terhadap  Konversi  Amoniak pada  Intercooler  Reaktor  Amoniak  dengan  Analisis  Eksergi  dan  Pinch”.  Reaktor 13(2):117-123.
Hasan, Achmad. (2006). “Teknologi Kogenerasi”. Pusat Teknologi Konversi dan Konservasi Energi Deputi Teknologi Informasi, Energi, dan Material - BPPT.
Kotas, T., J. (1985)., “The Exergy Method of Thermal Plant Analysis”. Butterworths, London.
Moran,  M.  J.  and  Shapiro,  H.  N.(2000).  “Termodinamika  Teknik”.  Edisi  4.  Jilid  12. Terjemahan oleh Yulianto Sulistyo Nugroho. 2004. Universitas Indonesia: Erlangga.
PT. PLN (Persero). (1977.) “Operator / Maitenance Manual Book”.
UNEP.(2006.), “Kogenerasi”. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org , Terseia di http://www.energyefficiencyasia.org/docs/ee_modules/indo/Chapter%20- %20Cogeneration%20%28Bahasa%20Indonesia%29.pdf [dikases 10-11-2012]