45 BAB V ANALISIS Bab ini berfokus pada analisis hasil simulasi dan evaluasi terhadap berbagai parameter operasi sistem turbin gas dengan campuran bahan bakar hidrogen dan gas alam. Analisis dilakukan untuk memahami dampak teknis dan ekonomis dari variasi kandungan hidrogen, yang mencakup performa komponen utama seperti kompresor, ruang bakar, dan turbin, serta aspek lainnya seperti efisiensi sistem, konsumsi bahan bakar, dan emisi gas buang. Dengan membandingkan hasil simulasi pada setiap skenario kandungan hidrogen, diharapkan penelitian ini akan memberikan wawasan mengenai potensi transisi ke bahan bakar hidrogen dalam mendukung pembangkitan energi yang rendah karbon. V.1 Analisis Teknis Proses simulasi pada aplikasi ASPEN HYSYS dilakukan dengan mempertahankan daya yang dihasilkan sebesar 72,75 MW, hal ini dapat dilakukan dengan memvariasikan laju aliran udara yang masuk ke dalam kompresor. Semakin tingginya kandungan hidrogen dalam campuran bahan bakar, terdapat parameter- parameter sistem turbin gas yang mengalami perubahan seperti laju aliran bahan bakar campuran, laju aliran udara masuk ke dalam kompresor, daya kompresor, turbin, & bruto, dan tingkat emisi yang dihasilkan. V.1.1 Laju aliran bahan bakar Ketika kandungan hidrogen dalam campuran bahan bakar meningkat, laju aliran massa bahan bakar mengalami penurunan seperti terlihat pada Gambar V.1 (a). Hal ini disebabkan oleh nilai LHV gravimetrik hidrogen yang lebih tinggi dibandingkan dengan gas alam. Hidrogen memiliki LHV gravimetrik sekitar 120 MJ/kg, jauh lebih besar daripada gas alam yang hanya sekitar 50 MJ/kg. Dengan demikian, untuk menghasilkan jumlah energi yang sama, massa bahan bakar yang dibutuhkan dalam campuran menjadi lebih kecil seiring meningkatnya kandungan hidrogen. Sebaliknya, ketika kandungan hidrogen meningkat seperti terlihat pada Gambar V.1 (b), laju aliran volume bahan bakar menunjukkan peningkatan. Hal ini berkaitan dengan LHV volumetrik hidrogen yang lebih rendah dibandingkan Koleksi digital milik UPT Perpustakaan ITB untuk keperluan pendidikan dan penelitian 46 dengan gas alam. Hidrogen memiliki densitas yang jauh lebih rendah dibandingkan gas alam pada kondisi tekanan dan temperatur yang sama, sehingga LHV volumetriknya lebih kecil. Akibatnya, untuk menghasilkan energi dalam jumlah yang sama, volume hidrogen yang lebih besar diperlukan dalam campuran, menyebabkan peningkatan laju aliran volume bahan bakar campuran. Kedua fenomena ini menunjukkan karakteristik unik hidrogen sebagai bahan bakar dengan energi spesifik yang sangat tinggi secara massa, tetapi densitas energi yang rendah secara volume. (a) (b) Gambar V.1 (a) Laju massa aliran bahan bakar, (b) laju aliran volume bahan bakar V.1.2 Laju Aliran Udara V.1.2.1 Udara Masuk Kompresor Gambar V.2 menunjukkan laju aliran udara masuk ke kompresor menurun seiring dengan meningkatnya kandungan hidrogen dalam campuran bahan bakar. Hal ini disebabkan oleh kebutuhan udara (oksigen) dalam reaksi kimia pembakaran hidrogen yang lebih kecil dibandingkan dengan gas alam. Secara stoikiometri hidrogen (H2) membutuhkan sekitar 8 unit massa udara untuk setiap 1 unit massa bahan bakar untuk pembakaran sempurna, sementara gas alam 0 1 2 3 4 5 0%20%40%60%80%100% Laju aliran massa (kg/s) Kandungan Hidrogen Gas Alam Hidrogen Bahan Bakar Campuran 0 20 40 60 80 100 120 0%20%40%60%80%100% Laju aliran volume (m3/h) Kandungan Hidrogen Gas Alam Hidrogen Bahan Bakar Campuran Koleksi digital milik UPT Perpustakaan ITB untuk keperluan pendidikan dan penelitian 47 (CH4) membutuhkan sekitar 17,2 unit massa udara untuk setiap 1 unit massa bahan bakar. Karena kebutuhan udara untuk pembakaran hidrogen lebih rendah, peningkatan kandungan hidrogen dalam campuran bahan bakar mengurangi total kebutuhan udara. Hal ini menyebabkan laju aliran udara masuk kompresor menurun secara proporsional dengan peningkatan kandungan hidrogen. Gambar V.2 Laju aliran udara masuk kompresor dan ruang bakar V.1.2.2 Oksigen berlebih hasil pembakaran Jumlah oksigen yang berlebih dari hasil pembakaran meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan hidrogen seperti ditunjukkan pada Gambar V.2.