Perpustakaan Digital ITB

Transisi energi di Indonesia masih menghadapi tantangan besar karena sistem kelistrikan nasional masih bergantung pada bahan bakar fosil, terutama batu bara. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) masih mendominasi kapasitas pembangkit nasional sebesar 53,99%, sehingga berkontribusi terhadap emisi gas rumah kaca dan polutan udara sulfur dioksida (SO?), dan nitrogen oksida (NOx). Sebagai bagian dari upaya mendukung target Net Zero Emission (NZE) pada tahun 2060, PT PLN (Persero) menerapkan teknologi co-firing biomassa sebagai strategi peningkatan bauran energi terbarukan tanpa pembangunan infrastruktur pembangkit baru. Salah satu implementasinya dilakukan di PLTU Punagaya Unit 1 berkapasitas 2 × 100 MW dengan memanfaatkan limbah woodchip dari lingkungan masyarakat sekitar PLTU sebagai bahan bakar substitusi. Penerapan co-firing biomassa memberikan peluang dalam menurunkan ketergantungan terhadap batu bara, tetapi juga menimbulkan tantangan operasional. Hal ini disebabkan oleh perbedaan karakteristik fisika-kimia antara woodchip dan batu bara. Woodchip memiliki kandungan volatile matter yang lebih tinggi, nilai kalor yang lebih rendah, serta massa jenis yang lebih ringan. Perbedaan tersebut dapat memengaruhi proses pembakaran di dalam boiler tipe Circulating Fluidized Bed (CFB), terutama dalam pengaturan suplai udara pembakaran. Pembagian rasio udara primer dan udara sekunder yang tidak tepat dapat menyebabkan pembakaran tidak sempurna, penurunan efisiensi termal boiler, serta peningkatan emisi gas buang. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis kinerja PLTU Punagaya Unit 1 pada penerapan co-firing biomassa sebesar 10% dengan pembebanan stabil 90 MW Gross. Fokus penelitian diarahkan pada variasi rasio suplai udara pembakaran primer terhadap sekunder (PA:SA), yaitu 55%:45%, 60%:40%, dan 65%:35%. Evaluasi dilakukan berdasarkan beberapa indikator kinerja, meliputi Specific Fuel Consumption (SFC), Gross Plant Heat Rate (GPHR), efisiensi termal boiler, serta emisi gas buang. Selain itu, penelitian ini juga melakukan validasi model ii pembangkit dan simulasi termodinamika menggunakan perangkat lunak GateCycle untuk memprediksi respons sistem pada skenario high co-firing dengan porsi biomassa 10%, 20%, dan 30%. Hasil analisis laboratorium menunjukkan bahwa pencampuran 10% woodchip menurunkan Gross Calorific Value (GCV) bahan bakar campuran menjadi 3.680,30 kCal/kg dari nilai batu bara murni sebesar 3.729 kCal/kg. Selain itu, kandungan volatile matter meningkat dari 30,69% menjadi 33,23%. Berdasarkan data operasi aktual, rasio udara 65%:35% menghasilkan kinerja termal terbaik, dengan nilai SFC terendah sebesar 0,79 kg/kWh dan GPHR sebesar 2.891,99 kCal/kWh. Namun, rasio ini juga menyebabkan peningkatan temperatur furnace hingga 916,52°C. Kondisi temperatur yang tinggi tersebut berpengaruh terhadap peningkatan emisi SO?, meskipun emisi NOx cenderung dapat ditekan akibat rendahnya kadar excess air sebesar 3,55%. Berdasarkan perbandingan antara aspek efisiensi dan pengendalian emisi, rasio udara pembakaran 55%:45% dinilai sebagai konfigurasi yang paling seimbang untuk diterapkan. Meskipun nilai SFC dan GPHR tidak serendah rasio 65%:35%, rasio 55%:45% mampu menjaga temperatur pembakaran pada kondisi yang lebih stabil sehingga emisi SO? dapat dikendalikan dengan lebih baik. Dengan demikian, konfigurasi ini memberikan solusi yang lebih tepat antara efisiensi operasi, keandalan boiler, dan kepatuhan terhadap baku mutu emisi. Hasil simulasi GateCycle pada skenario high co-firing menunjukkan bahwa peningkatan porsi woodchip hingga 30% masih layak diterapkan secara teknis. Namun, semakin besar persentase biomassa yang digunakan, semakin tinggi pula kebutuhan laju konsumsi bahan bakar untuk mempertahankan beban listrik sebesar 90 MW. Simulasi juga menunjukkan adanya penurunan efisiensi boiler secara bertahap, yaitu dari 82,31% pada campuran 10%, menjadi 82,12% pada campuran 20%, dan 81,90% pada campuran 30%. Secara keseluruhan, penelitian ini menunjukkan bahwa keberhasilan penerapan co-firing biomassa pada boiler CFB sangat dipengaruhi oleh pengaturan rasio udara pembakaran. Rasio udara primer dan sekunder sebesar 55%:45% direkomendasikan sebagai konfigurasi operasi yang paling optimal karena mampu menyeimbangkan kebutuhan efisiensi bahan bakar dan pengendalian emisi SO?. Sementara itu, penerapan high co-firing hingga 30% memiliki potensi untuk dikembangkan lebih lanjut, dengan catatan diperlukan strategi mitigasi terhadap peningkatan konsumsi bahan bakar dan penurunan efisiensi termal yang terjadi akibat karakteristik biomassa.