## Desain Pembangkit Listrik Turbin Uap Berbahan Bakar Batu Bara yang Efektif dan Ramah Lingkungan
DADANG MULYADI 1 , DANI RUSIRAWAN 2 , NOVRITA I 3
1 Pusat Riset Elektronika-BRIN, Indonesia
2 Teknik Mesin-Institut Teknologi Nasional, Indonesia 3 Pusat Riset Elektronika-BRIN, Indonesia Email: dangmulyadi01@gmail.com

## ABSTRAK
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan salah satu sumber pembangkit listrik  yang  banyak  digunakan  di  berbagai  negara  karena  memiliki  beberapa keunggulan diantara-Nya; teknologi sudah dikuasai, bahan bakar murah, dan usia pakai yang lama. Prinsip kerja PLTU adalah mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik yang menggunakan generator untuk memutar turbin. Pembangkit ini menggunakan bahan bakar batu bara maupun bahan bakar minyak untuk memanaskan air. Penggunaan bahan bakar batu bara hingga saat ini masih menjadi andalan di Indonesia karena sumber yang tersedia banyak dan harga  yang  murah.  Akan  tetapi,  penggunaan  batu  bara  dapat  menyebabkan pencemaran gas CO 2 yang membahayakan lingkungan dan kesehatan. Untuk itu, desain  dan  karakteristik  turbin  uap  yang  baik,  sangat  diperlukan  agar  dapat menghasilkan pembakaran yang efektif dan optimal dengan emisi gas CO 2 yang rendah.  Dalam review  paper  ini  disampaikan  berbagai  hasil  penelitian  yang menunjukkan  desain  turbin  uap  yang  inovatif,  efisien,  dan  ramah  lingkungan dalam menghasilkan energi listrik.
Kata kunci : Turbin uap, pembangkit listrik, batu bara, generator, turbin

## ABSTRACT
Steam Power Plant (PLTU) is a source of electricity that is widely used in various countries because it has several advantages including technology that has been mature, cheap fuel, and long lifetime. The working principle of the PLTU is to rely on the kinetic energy of steam to produce electrical energy that uses a generator to rotate the turbine. This power plant uses coal or oil as fuel to heat water. The use of coal as fuel is still a mainstay in Indonesia because of the available sources and low prices. However, the use of coal can cause CO 2 gas pollution which is harmful  to  the  environment  and  health.  For  this  reason,  the  design  and characteristics of a good steam turbine are needed in order to produce an effective and  optimal  combustion  with  low  CO2  emissions.  In  this  review  paper,  various research results are presented showing that steam turbine designs are innovative, efficient, and environmentally friendly in generating electricity power.
Keywords: Steam turbine, power plant, coal, generator, turbine

## 1. PENDAHULUAN
Dalam aktivitas kehidupan sehari-hari, listrik adalah merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia modern yang harus tersedia. Melalui perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi kebutuhan tersebut dapat dipenuhi, salah satunya melalui pembangkit listrik.
Pembangkit  listrik  dibangun  dan  dioperasikan  untuk  menghasilkan  listrik  sehingga  dapat disuplai ke rumah-rumah penduduk. Cukup banyak jenis pembangkit listrik yang diciptakan dan  digunakan  saat  ini,  seperti  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air  (PLTA),  Pembangkit  Listrik Tenaga  Surya  (PLTS),  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Gas  (PLTG),  Pembangkit  Listrik  Tenaga Panas  Bumi  (PLTB),  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Diesel  (PLTD),  Pembangkit  Listrik  Tenaga Ombak (PLTO), dan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Pembangkit listrik PLTU banyak dipakai dan digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik penduduk di seluruh negara.
Komponen yang digunakan pada PLTU adalah turbin uap, dimana turbin uap telah menjadi komponen yang sangat penting dalam keberadaan pembangkit listrik. Tanpa turbin uap, sulit untuk  bisa  mendapatkan  daya  listrik  yang  diinginkan.  Fungsi  turbin  uap  adalah  untuk mengonversi energi panas yang dikandung oleh uap menjadi energi putar (energi mekanik). Poros turbin dihubungkan dengan poros generator sehingga ketika turbin berputar, generator juga  ikut  berputar. (Liheng,  dkk,  2022) Pada  dasarnya  prinsip  kerja  turbin  uap  adalah penggerak  awal  yang  berguna  untuk  mengubah  energi  potensial  yang  ada  menjadi  energi kinetik.  Energi  kinetik  ini  kemudian  diubah  menjadi  energi  mekanik  yang  terbentuk  pada putaran  poros  turbin.  Selanjutnya  poros  turbin  dihubungkan  dengan  mekanisme  yang digerakkan, bisa langsung atau dengan bantuan elemen lainnya sehingga menghasilkan energi listrik. Dengan mekanisme kerja yang demikian akhirnya turbin uap dapat berguna menjadi pembangkit listrik.
Secara sederhana, turbin uap bekerja dengan menggunakan sumber panas yang berasal dari gas, batu bara, nuklir, dan matahari untuk memanaskan air sampai suhu yang sangat tinggi hingga  diubah  menjadi  uap.  Saat  uap  mengalir  melewati  bilah  turbin  yang  berputar,  uap mengembang  dan  mendingin.  Energi  potensial  uap  diubah  menjadi  energi  kinetik  di  bilah turbin yang berputar. Karena turbin uap menghasilkan gerakan berputar, mereka sangat cocok untuk menggerakkan generator listrik untuk pembangkit tenaga listrik. (Heng, dkk, 2020)
Sekitar 36,4% pembangkit listrik tenaga uap di dunia menggunakan batu bara sebagai energi panas. Banyak negara berusaha mengurangi ketergantungan mereka pada pembangkit listrik tenaga batu bara dengan menggantinya dengan energi terbarukan. Energi matahari semakin mendapat  perhatian  dengan  berkembangnya  teknologi  tenaga  surya.  Namun,  pembangkit listrik tenaga surya tradisional masih membutuhkan biaya investasi yang tinggi dan efisiensi masih  rendah. (Cheng, dkk, 2020) Untuk  itu,  turbin  uap dengan  bahan  bakar batu bara masih  dianggap  paling  potensial  dalam  menghasilkan  energi  listrik.  Desain  dan  rancangan turbin uap terus ditingkatkan oleh para pakar agar menghasilkan desain turbin uap berbahan bakar batu bara yang dapat menghasilkan energi listrik dengan optimal dengan sedikit emisi gas buang CO 2 .
Jenis  pembangkit  uap  yang  diperlukan  untuk  menghasilkan  listrik  sangatlah  kompleks, dirancang sedemikian rupa sehingga setiap bit panas yang dapat digunakan yang dihasilkan oleh  pembakaran  batu  bara  diubah  menjadi  kerja  mekanis  di  turbin  uap.  Jika  pabrik menggunakan  jenis  batu  bara  sebagai  bahan  bakar,  aliran  udara  dan  pembakaran  tungku perlu diubah untuk mencegah panas berlebih. Secara kompleks, semua komponen suhu tinggi harus didorong sekuat mungkin agar menghasilkan energi listrik yang maksimal. (Jianlan, dkk, 2021) Siklus  pemanasan  ulang  tunggal telah  banyak  dipakai pada  pembangkit  listrik
berbahan bakar batu bara untuk meningkatkan efisiensi turbin karena mengurangi kebasahan uap  buangan  dari  turbin  tekanan  rendah.  Namun,  untuk  unit  superkritis  atau  unit  ultra superkritis, siklus pemanasan ulang tunggal terbatas dan siklus pemanasan ulang ganda dapat memperoleh efisiensi yang lebih tinggi. Efisiensi turbin dengan pemanasan ulang ganda secara teoritis 1.0 s/d 2.0% lebih tinggi dibandingkan dengan pemanasan ulang tunggal. (Wenfeng, dkk, 2021) Li dkk. memperkenalkan surya reheater untuk memanaskan IP exhaust steam ke 538 o C untuk 300 MW berbahan bakar batu bara, dan menemukan bahwa tingkat konsumsi batu bara standar SACP sistem dalam mode PB dan FS dapat dikurangi sebesar 35,98 dan 34,99 g/ kWh. Namun, mereka fokus pada efisiensi termal tetapi mengabaikan batas suhu tahan panas dari turbin LP. Suhu layanan material maksimum LP umumnya tidak lebih dari 400 0 C untuk unit berbahan bakar batu bara 300 MW. (Jianlan, dkk, 2021)
Banyak teknologi telah diusulkan untuk meningkatkan fleksibilitas turbin berbahan bakar batu bara. Teknologi semacam itu terutama dibagi menjadi dua kategori. Yang pertama mencapai unit  tenaga  termal  dengan  menambahkan  tautan  penyimpanan  energi.  Kategori  kedua, digunakan  untuk  meningkatkan  fleksibilitas  keseluruhan  unit  berbahan  bakar  batu  bara dengan  memanfaatkan  karakteristik  penyimpanan  energi  mereka  sendiri. (Cheng,  dkk, 2020)
Turbin uap terdiri dari beberapa komponen yang masing-masing berguna untuk memberikan performa  yang  baik  terhadap  kinerja  mesin.  Masing-masing  komponen  tersebut  secara bersama-sama  menghasilkan  uap  dalam  jumlah  yang  tepat  sehingga  dapat  menghasilkan energi listrik yang optimal. Ada tujuh komponen turbin uap, yaitu; 1) casing, sebagai penutup utama  dari  bagian-bagian  dalam  turbin  uap.  Dengan  adanya casing, komponen  turbin  uap tidak  langsung  terekspos  dari  luar  sehingga  tetap  awet;  2) rotor,  bagian  dari  turbin  yang berputar dan jumlahnya cukup banyak. Terdapat dua bagian rotor pada turbin uap, yaitu rotor shaft (berfungsi sebagai komponen untuk pemasangan piringan sepanjang sumbu) dan rotor blades (berfungsi sebagai penerima gaya energi kinetik uap); 3) cakram, berfungsi sebagai tempat dipasangnya sudu-sudu secara radial di antara poros-poros; 4) nosel, media pemuaian uap  yang  nantinya  dapat  mengubah  energi  potensial  yang  ada  menjadi  energi  kinetik;  5) bearing,  berfungsi  untuk  menyangga  kedua  ujung  poros  dan  juga  bermanfaat  sebagai penerima  beban  yang  ditimbulkan;  6) seal,  berfungsi  untuk  mencegah  hal-hal  yang  tidak diinginkan  seperti  kebocoran  uap.  Biasanya,  segel  dipasang  di  sekitar  poros;  7) clutch, berfungsi sebagai penghubung antara kerja turbin uap dengan mekanisme yang digerakkan oleh turbin uap.
Cukup  banyak  komponen  yang  ada  pada  turbin  uap,  namun  turbin  uap  tetap  menjadi kebutuhan utama di industri saat ini. Oleh sebab itu, metode, desain dan perancangan turbin uap yang efektif dan optimal sangat diperlukan. Pada makalah ini, akan disampaikan jenis- jenis metode, desain turbin uap yang menggunakan sumber bahan bakar batu bara dengan desain  yang  efektif  dapat  mengurangi  pencemaran  kandungan  CO 2 hasil  pembakaran  dan menghasilkan energi listrik yang optimal.

## 2. DESAIN TURBIN UAP BERBAHAN BAKAR BATU BARA
Teknologi yang digunakan untuk meningkatkan fungsi turbin uap berbahan bakar batu bara dengan  mengurangi  pembakaran  yang  menghasilkan  emisi CO 2 dilakukan  dengan  berbagai metode seperti dekarbonisasi, termodinamika, siklus termodinamika, efisiensi pembakaran gas buang dll.

## 2.1 Dekarbonisasi Superkritikal
Cheng Xu mengusulkan  metode dekarbonisasi superkritis dengan modifikasi supplementary steam turbine (SST), process heat recovery dan konfigurasi penukar pemanas pada boiler. Bagian  dari proses panas di  dalam  unit  penangkap/kompresi CO 2 diperoleh  kembali  secara efisien  dan  menguntungkan  yang  digunakan  untuk  memanaskan  udara  sekitar  sebelum memasuki  pemanas  udara  awal.  Gas  buang  yang  disimpan  dapat  digunakan  untuk memanaskan  uap  air  dalam economizer  suhu  rendah  (LTE),  sehingga  dapat  menghemat sebagian uap yang keluar dari turbin. Hasil menunjukkan bahwa efisiensi energi dari sistem yang diusulkan dapat menurun emisi sebesar 3,86%. Skema diagram pembangkit listrik batu bara berdasarkan metoda de-karbonisasi dapat dilihat pada Gambar 1.

## Gambar 1. Skema diagram pembangkit listrik batu bara berdasarkan metoda     de- karbonisasi (Cheng, dkk, 2020)
Diagram  gambar  1  menunjukkan  skema  pembangkit  listrik  berbahan  bakar  batu  bara berdasarkan dekarbonisasi monoethanolamine (MEA) konvensional 1000 MW, yang terdiri dari pembangkit  listrik  induk  dan  unit  penangkap/kompresi  CO 2 .  Dengan  kata  lain,  pembangkit listrik  induk  tidak  dilengkapi  dengan  unit  penangkap/kompresi  CO 2 .  Pembangkit  referensi adalah  pembangkit  yang  dilengkapi  dengan  unit  penangkapan/kompresi  CO 2 dan menggunakan parameter termodinamika yang sama dengan pembangkit induk. Perlu dicatat bahwa, untuk menjamin parameter steam yang sama (tekanan dan suhu steam bleed) dengan pembangkit listrik induk, ukuran turbin suhu rendah di pembangkit dikurangi.
Parameter pembangkit listrik induk dan unit penangkapan/kompresi CO 2 sama dengan yang diadopsi.  Pembangkit  listrik  menghasilkan live  steam  pada  600  °C,  26,25  MPa  dan  reheat steam pada 600 °C, 5,65 MPa dengan proses pemanasan ulang tunggal. Regeneratif delapan tahap pemanas digunakan dan uap diekstraksi dari HPT, IPT dan LPT untuk pra-pemanasan air yang terkondensasi/umpan. Laju aliran massa keseluruhan dari aliran uap akan berubah setelah menerapkan proses penangkapan CO 2 . Di dalam unit penangkap/kompresi CO 2 , semua
gas buang keluar unit desulfurisasi didinginkan dalam pendingin gas buang hingga 40 °C dan kemudian dikompresi oleh kipas booster untuk mengatasi penurunan tekanan dalam kolom penyerap.  Gas  buang  terkompresi  memasuki  bagian  bawah  kolom  penyerap  dan  bereaksi dengan 30% berat larutan MEA, yaitu disuntikkan dari atas absorber. Gas buang yang diolah, mengandung N 2 , H 2 O, dan O 2 , langsung dibuang ke atmosfer. Setelah menyerap CO 2 , larutan yang  mengandung  amina  dialirkan  ke  penukar  panas.  Energi  regenerasi  yang  dibutuhkan untuk disediakan oleh uap dari pipa penghubung antara IPT dan LPT. Steam bleed pertama- tama  dikurangi  tekanannya dan  didinginkan  hingga 130 °C  sebelum  memasuki reboiler. Di outlet  reboiler,  udara  (disebut  sebagai  kondensat  reboiler) didinginkan  ke  65  °C  kemudian dialirkan ke kondensor. CO 2 didesorpsi di stripper dan larutan amina dikirim ke penukar panas untuk  mentransfer  panas  dengan  larutan  yang  mengandung  amina,  dan  kemudian  suhu sekitar 60 °C didinginkan hingga 40 °C dan dikembalikan ke absorber. Aliran CO 2 keluar di bagian atas adalah sekitar 100 °C dan kemudian didinginkan dalam pendingin CO 2 hingga 40 °C  untuk  menghilangkan  kelembapan.  Setelah  itu,  Aliran  CO 2 dikompresi  dan  didinginkan dalam  kompresor  tiga  tahap  dengan intercooler untuk mencapai parameter 8,0 MPa/38 °C untuk  penyimpanan.  Pada  setiap  tahap  kompresor,  CO 2 dikompres  dengan  rasio  kompresi pada  3,5  terhadap  suhu  sekitar  158  °C  dan  didinginkan  hingga  38  °C  sebelum  memasuki kompresor  berikutnya.  Jumlah  energi  yang  besar  diperlukan  untuk  menangkap  CO 2 /unit kompresi  dan  beberapa  bentuk  kehilangan  energi  (panas  dan  tekanan)  diproduksi  secara sinergis.  Kehilangan  tekanan  uap  yang  besar  dari  0,66  MPa  menjadi  0,27  MPa  di  katup throttling  di  saluran  masuk  reboiler  juga  terjadi.  Sebagai  untuk  kerugian  kerja,  hampir setengah dari uap antara pipa IPT dan LPT diekstrak, menghasilkan pengurangan hasil kerja di  LPT.  Berdasarkan  parameter  rinci  dan  kinerja  termodinamika,  pembangkit  listrik  yang menggabungkan unit penangkap CO 2 dapat dicapai menggunakan simulasi proses.
Skema  diagram  tersebut  yang  menggunakan  metoda  dekarbonisasi  superkritis  dengan menggabungkan turbin uap tambahan, sisa proses pemanasan, dan modifikasi desain boiler menghasilkan keunggulan seperti;
- Integrasi desain turbin uap dapat memberikan aliran uap yang lebih cocok untuk ketel ulang di dalam unit penangkap CO 2 dan pemanas air secara regenerative pemanas 3 – 5,  menghilangkan  kehilangan  panas  pendingin  pembuangan  uap  (95,5  MWth)  dan kehilangan tekanan (0,39 MPa), secara bersamaan juga mengurangi emisi karbon.
- Pendingin  CO 2 dan intercooler  kompresi  tiga  tahap  dalam  unit  kompresi  CO 2 dapat memanaskan  udara  sekitar  hingga  129,9  °C  sebelum  memasuki preheater  udara, sehingga menghemat 359 kg/s gas buang untuk memanaskan umpan/air kondensasi pada suhu rendah, yang menurunkan ekstraksi uap untuk sistem regeneratif sebesar 3,4%.
- Konsep ini dapat meningkatkan keluaran daya listrik bruto sebesar 92,8 MW setelah mempertimbangkan konsumsi listrik di kompresi CO 2 (91,9 MW) dan pompa air umpan (43,5 MW) dan menurunkan konsumsi energi sebesar 3,86%.
- Biaya listrik dan biaya gas emisi CO 2 berkurang 9,5% dan 27,7%.
Desain metode ini menunjukkan konsep termodinamika yang tepat pada variasi yang luas dari pembangkit listrik.

## 2.2   Penangkapan Gas CO 2 pasca-pembakaran
Wenfeng Fu telah merancang sistem termal pada double reheat pembangkit listrik tenaga batu bara yang terintegrasi dengan full-scale penangkapan CO 2 pasca-pembakaran. Melalui metode ini, konsumsi batu bara dan tingkat emisi CO 2 berkurang karena full-scale penangkapan CO 2 secara efisien mencegah ekstraksi superheat uap dan ketidaksesuaian antara tekanan silinder knalpot dan reboiler dari menghasilkan kerugian energi yang berlebihan. Sistem integrasi yang
baik  dibuat  seperti  pada  Gambar  2  yaitu  suatu  diagram  untuk  peningkatan  sistem penangkapan CO 2 berbahan bakar batu bara double reheat yang terdiri dari beberapa skema integrasi yang memiliki beberapa karakteristik. Pertama, skema baru yang mengusulkan turbin tekanan  balik  ekstraksi yang  disebut carbon  capture  turbine  (CCT) bersama  dengan  turbin utama sehingga membentuk sistem pembangkit listrik double-shaft. Kedua, uap ekstraksi yang mengalir dari high pressure cylinder (HP) dan (IP) ke sistem regeneratif digantikan oleh uap yang  diekstrak  oleh  CCT.  Ketiga,  tekanan  uap  buang  dan  suhu  CCT  memenuhi  kebutuhan reboiler  untuk  penyerap  regenerasi.  Keempat,  drain  reboiler  mengalir  kembali  ke  outlet pemanas regeneratif yang sumber uapnya berasal dari knalpot CCT.
Gambar 2. Skema diagram peningkatan integrasi sistem penangkapan CO 2 berbahan bakar batu bara double reheat (Wenfeng, dkk, 2021)
Bila dibandingkan dengan unit retrofit konvensional, efisiensi sistem termal dan optimalisasi beberapa  parameter  meningkat  sebesar  1,22%.  Selain  itu,  konsumsi  batu  bara  berkurang sebesar 0,01264 kg/(kW$h) dan tingkat emisi CO 2 menjadi 0,00423 kg/(kW$h. Metode analisis eksergi adalah diterapkan untuk memvalidasi dan mengidentifikasi efisiensi keunggulan desain unit termal yang baru dirancang. Boiler, sistem regeneratif, dan karbon sistem penangkapan di unit yang baru dirancang menunjukkan berbagai tingkat pengurangan kerugian energi, yang mengungkapkan penghematan energi yang sangat baik dari skema ini. Efisiensi CCT hampir sama  tingginya  dengan  efisiensi  utama  turbin  karena  kapasitasnya  yang  cukup  besar  dan penurunan entalpi. CCT juga dapat mencegah ekstraksi steam superheat dan ketidakcocokan antara silinder tekanan menengah knalpot dan reboiler dari kerugian yang berlebihan secara efisien.  Di  dalam  kasus  ini,  CCT  dapat  memberikan  desain  yang  sangat  masuk  akal  untuk pemanasan ulang ganda unit pembangkit berbahan bakar batu bara yang terintegrasi dengan PCC.

## 2.3   Analisis kinerja sistem pemanfaatan limbah panas yang efisien di pembangkit listrik tenaga batu bara ultra-superkritis
Mei  Y  menganalisis  kinerja  sistem  pembangkit  tenaga  uap  dengan  metode  memanfaatkan limbah  panas  secara  efisien  dan  efektif  pada  pembangkit  listrik  tenaga  batu  bara  ultra- superkritis yang dapat pengurangan emisi untuk pembangkit listrik tenaga batu bara sehingga dapat berkontribusi untuk mencapai tujuan netralitas pencemaran gas karbon.

## Gambar 3. Skema diagram pemanfaatan limbah panas (Mei, 2022)
Dengan  munculnya  sumber  energi  baru  di  industri  listrik,  meningkatkan  efisiensi  berbahan bakar batu bara pembangkit listrik sangat penting. Saat ini, penyebab utama hilangnya energi ireversibel adalah energi tingkat ketidakcocokan boiler dan turbin. Termodinamika pembangkit listrik  berbahan  bakar  batu  bara  ultra-superkritis  sistem  direkonstruksi  berdasarkan  hukum termodinamika  pertama  dan  kedua  untuk  meningkatkan  efisiensi  pembangkit  listrik,  dan cerobong terintegrasi udara pemanasan awal air kondensat yang efisien. Sistem pemanfaatan pemanas limbah yang efisien dengan demikian diusulkan di sini. Akibatnya, tinggi dan sedang aliran ekstraksi turbin uap dikembalikan ke turbin uap untuk melakukan kerja dan kehilangan sumber dingin dikurangi dengan meningkatkan aliran uap ekstraksi dari silinder bertekanan rendah.  Pada  waktu  bersamaan,  suhu  udara  masuk  di preheater  udara  meningkat  secara signifikan  dengan  memanaskan  udara  panas  terlebih  dahulu  dengan  air  kondensat, menghasilkan  perbedaan  suhu  perpindahan  panas  yang  berkurang  dan  signifikan meningkatkan efisiensi eksergi. Dibandingkan dengan economizer suhu rendah konvensional dan  cerobong  asap  skema  pemanfaatan  limbah  panas,  hasil  menunjukkan  bahwa  efisiensi eksergi  perpindahan  panas  meningkat  secara  signifikan  dari  78,49%  menjadi  95,88%  di preheater udara, dan tingkat konsumsi panas turbin genset turun sebesar 108,06 kJ/(kWh). Efisiensi  pembangkitan  meningkat  sebesar  0,74%,  sedangkan  tingkat  konsumsi  batu  bara standar menurun sebesar 3,92 g/(kWh). Dalam hal investasi ekonomi, periode pengembalian dinamis adalah 3,31 tahun dan nilai sekarang bersih adalah $2,20 juta/tahun.
Makalah ini menyediakan konservasi energi yang efektif dan rencana pengurangan emisi untuk pembangkit listrik tenaga batu bara untuk berkontribusi untuk mencapai tujuan puncak karbon nasional dan netralitas karbon
2.4   Sistem termodinamika pada turbin uap berdasarkan siklus S-CO 2 Lihua C. (07 2022), melakukan analisa energi termodinamika siklus S-CO 2 pada boiler uap yang hasilnya  menunjukkan  bahwa  kondisi  penerimaan  panas  turbin  (THA),  sistem  termal  yang diusulkan  dapat  mengurangi  tingkat  konsumsi batu bara  standar  sebesar 0,91% pada  unit pembangkit listrik berbahan bakar batu bara sehingga emisi CO 2 juga berkurang.

## Gambar 4. Skema diagram desain sistem termodinamika (Lihua, dkk, 2022)
Pada metoda ini, konfigurasi sistem siklus S-CO 2 tambahan untuk unit pembangkit berbahan bakar  batu  bara.  Sistem  ini  mencapai  pemanfaatan  kaskade  ekstraksi  turbin  uap  dan  gas buang  boiler  energi,  untuk  meningkatkan  efisiensi  pembangkitan  unit  tenaga  batu  bara. Analisis termodinamika adalah dilakukan untuk sistem termal baru berdasarkan analisis energi dan eksergi. Hasilnya menunjukkan bahwa di bawah kondisi penerimaan panas turbin (THA), sistem termal yang diusulkan dapat mengurangi tingkat konsumsi batu bara standar sebesar 0,91% pada unit pembangkit listrik berbahan bakar batu bara. Selanjutnya faktor-faktor yang mempengaruhi  kinerja  sistem  dianalisis,  dan  hukum  efek  dari  berbagai  elemen  pada  total investasi  dan  periode  pengembalian  diturunkan.  Sistem  termodinamika  yang  disarankan menyediakan metode untuk digunakan energi di kedua sisi boiler dan turbin uap.
Sebuah sistem termodinamika unit berbahan bakar batu bara dibangun berdasarkan siklus S- CO 2 untuk meningkatkan efisiensi operasi Gambar 4. Pengaruh tekanan keluar kompresor S- CO 2 terhadap  kinerja system  unit  pembangkit  listrik  berbahan  bakar  batu  bara.  Di  bawah kondisi kerja THA, analisis termodinamika dilakukan, dan faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja sistem dan hukum perubahan teknis dan indeks ekonomi dipelajari. Kesimpulan yang berikut diperoleh adalah sbb:
(1) Sistem  siklus S-CO 2 tambahan  mencapai pemanfaatan  gas buang,  udara,  uap,  air,  dan energi yang komprehensif unit pembangkit listrik berbahan bakar batu bara dan mengurangi standar  tingkat  konsumsi  batu  bara  unit  sebesar  0,91%.  Siklus  tambahan  mengurangi kehilangan eksergi pertukaran panas dengan mengubah perbedaan suhu pertukaran panas dari fluida kerja yang berbeda. Untuk sistem siklus tambahan, kerugian eksergi gas buang-S- CO2 pertukaran panas dan pertukaran panas S-CO 2 udara relative besar, terhitung masing- masing 66,35% dan 15,91%.
(2)  Meningkatkan  laju  alir  S-CO 2 antara  60  kg/s  dan  90  kg/s  dapat  meningkatkan  beban pembangkit listrik dari sistem siklus S-CO 2 sekitar 4,8 MW – 6,8 MW. Antara 60 kg/s dan 90 kg/s,  dengan  peningkatan  laju  aliran  S-CO 2 ,  total  investasi  sistem  meningkat  dari  $3.6  M menjadi $5.5 M, dan siklus pemulihan statis meningkat dari 5,2 menjadi 6,8 tahun.
(3)  Tekanan  masuk  dan  keluar  kompresor  sedikit  berdampak  pada  distribusi  beban  dan ekonomi yang diusulkan sistem. Ketika efisiensi kompresor/turbin didistribusikan dalam kisaran 70% – 90%,  total  beban  unit  meningkat  dengan  peningkatan  efisiensi.  Ketika  efisiensi kompresor/turbin  meningkat sebesar 5%,  beban  pembangkit  listrik  unit meningkat  sebesar 0,0636%  P0.  Ketika  efisiensi  kompresor/turbin  adalah  antara  70% – 85%,  dampaknya  pada
investasi peralatan dan periode pengembaliannya tidak jelas. Ketika efisiensi kompresor/turbin mencapai 90%, total investasi sistem dan periode pengembalian meningkat secara signifikan.

## 2.5 Peningkatan fleksibilitas beban pembangkit listrik tenaga batu bara dengan mengintegrasikan  penyimpanan  energi  termal  suhu  tinggi  melalui  siklus termodinamika
Ruifeng C menyajikan pendekatan baru untuk meningkatkan fleksibilitas beban pembangkit listrik  tenaga  batu  bara  dengan  mengintegrasikan  penyimpanan  energi  panas  suhu  tinggi (HTTES)  melalui  siklus  termodinamika  tambahan.  Hal  ini  bertujuan  untuk  menyelidiki kelayakan  siklus  tambahan  yang  dibantu  HTTES  ke  dalam  siklus  uap-air  pembangkit  listrik tenaga batu bara konvensional dan untuk menguji bagaimana efisiensi bolak-balik yang tinggi dapat dicapai dengan HTTES.
Gambar 5. Diagram sistem termal pembangkit listrik tenaga batu bara high temperature thermal energy storage (HTTES) (Ruifeng dkk, 2020)

## 3. PENGGUNAAN TURBIN UAP BERBAHAN BAKAR BATU BARA DIMASA DEPAN
Indonesia  mempunyai  banyak  sumber  energi  seperti  :  batu  bara,  gas  alam,  minyak  bumi, energi air, dan geothermal. Batu bara merupakan sumber energi dengan cadangan terbesar, yaitu 36,34 x 106 ton. Sedangkan cadangan gas alam sebesar 137,79 TSCF ( Tera Standard Cubic Feet) dan minyak bumi sebesar 9,09 x 109 SBM (Setara Barel Minyak).
Oleh sebab itu, batu bara diperkirakan paling dominan digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit  listrik  tenaga  uap  (PLTU)  di  Indonesia  di  masa datang,  walaupun  penggunaan batu bara dalam jumlah yang besar akan meningkatkan emisi seperti emisi partikel, SO 2 , NO x , dan CO 2 . Salah satu cara untuk mengurangi emisi adalah dengan menerapkan teknologi dalam mendesain turbin uap yang efektif dan efisien.
Aplikasi  lain  dari  turbin  uap  yang  lebih  modern  dimasa  mendatang  dapat  digunakan  pada kendaraan.  Beberapa  alasan  mengapa  turbin  uap  modern  memiliki  potensi  besar  untuk kendaraan masa depan adalah:
1. Sumber  energi bisa fleksibel,  selain batu bara  juga dapat  menggunakan  matahari, listrik dan biofuel.
2. Dapat didesain secara hybrid dengan ICE, electric propulsion dan fuel cells.
3. Tingkat pencemaran rendah.
4. Dapat digabungkan dengan baterai termal.
5. Pengereman mesin regeneratif
6. Energi efisien.
7. Murah.

## 4. KESIMPULAN
Desain  dan  karakteristik  turbin  uap  yang  baik,  sangat  diperlukan  agar dapat  menghasilkan pembakaran yang efektif dan optimal dengan emisi gas CO 2 yang rendah. Dalam review paper ini disampaikan berbagai hasil penelitian yang menunjukkan desain turbin uap yang inovatif, efisien,  dan  ramah  lingkungan  dalam  menghasilkan  energi  listrik  dengan  berbagai  metoda seperti dekarbonisasi, termodinamika, siklus termodinamika, efisiensi pembakaran gas buang.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih Ketua Jurusan Mesin Institut Teknologi Nasional dan Pusat Riset  Elektronika  Badan  Riset  dan  Inovasi  Nasional  yang  telah  memberikan  kesempatan kepada penulis untuk  melanjutkan  studi  dan  menambah  ilmu  serta dapat  membuat review paper khususnya dalam bidang energi pembangkit listrik.

## DAFTAR RUJUKAN
Liheng, G., & Yudong D. (2022). A new heat supply strategy for CO2 capture process based on the heat recovery from turbine exhaust steam in a coal-fired power plant. Elsevier, Energy, 239)12181.
Jianlan, Li., & Yu, X. (2021). Safety and thermal efficiency performance assessment of solar aided coal-fired power plant based on turbine steam double reheat. Elsevier, Energy 226, 120277.
Cheng, X., & Xiaosa L. (2020). An integrated de-carbonization supercritical coal-fired power plant  incorporating  a  supplementary  steam  turbine,  process  heat  recovery  and  a modified boiler structure. Elsevier, Applied Thermal Engineering, 178, 115532.
Wenfeng, F., & Lanjing W. (2021). Optimal design for double reheat coal-fired power plants with post-combustion CO2 capture: A novel thermal system integration with a carbon capture turbine. Elsevier, Energy, 221, 119838.
Mei Y., & Yunlong Z. (2022).  Performance analysis of an efficient waste heat utilization system in an ultra-supercritical coal-fired power plant. Elsevier, Energy Reports,  8, 5871 – 5882.
Lihua C., & Di W. (2022). Thermal system for comprehensive utilization of boiler and steam turbine energy of coal-fired power units based on the S-CO2 cycle. Elsevier, Energy Reports, 8, 15286 – 15295
Ruifeng C., & Chuanxin Y. (2020). A novel approach to improving load flexibility of coal-fired power plant by integrating high temperature thermal energy storage through additional thermodynamic cycle. Elsevier, Applied Thermal Engineering, 173, 115225.
Ning Y. & Xinzhe G. (2018). A flexible CO capture operation scheme design and evaluation of a coal-fired 2 power plant integrated with a novel DCP and retrofitted solar system. Energy, 1 – 42.
Heng C. & Tong L. (2020). Design and performance evaluation of a new waste incineration power system integrated with a supercritical CO2 power cycle and a coal-fired power plant. Elsevier, Energy Conversion and Management, 210, 112715.
Haochen L., & Shuyin L. (2020). A regional integrated energy system with a coal-fired CHP plant, screw turbine and solar thermal utilization: Scenarios for China. Elsevier, Energy Conversion and Management, 212, 112812.
Heng C., & Tong L. (2020). An innovative waste-to-energy system integrated with a coal-fired power plant. Elsevier, Energy, 194, 116893.
Sisi Guo & Pei Liu (January 2016). Data reconciliation for the overall thermal system of a steam turbine power plant.
Ganjehkaviri, & M.N M. Mohd Jaafar.  (2014). Optimization and the effect of steam turbine outlet quality on the output power of a combined cycle power plant.
Jalalia,⁎,  Amin  Amiri  Deloueib .  (2019). Failure  analysis  in  a  steam  turbine  stop  valve  of  a thermal power Plant. (Received in revised form 25 July 2019; Accepted 28 July 2019)
Zaixi Zhong a,& Zhaoyi Huo a,*, (2021). New steam turbine operational mode for a gas turbine combine cycle bottoming cycle system.
Lihua Cao a, Xiaoli Li a, ∗ (2022). Thermal system for comprehensive utilization of boiler and steam turbine energy of coal-fired power units based on the S-CO2 cycle.
( www.elsevier.com/locate/renene 2021 ). Recent advances in renewable energy technology for the energy transition.