Analisis Numerik dan Tekno-Ekonomi Pemakaian Bahan Bakar Campuran Syngas dan Natural Gas pada PLTGU

Rahman, Muhammad Ridho (2024) Analisis Numerik dan Tekno-Ekonomi Pemakaian Bahan Bakar Campuran Syngas dan Natural Gas pada PLTGU. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6007221010-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (9MB) | Request a copy

Abstract

Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) memiliki peran penting dalam proses transisi energi karena kemampuannya untuk menyesuaikan output daya dengan cepat. Fitur ini penting karena memungkinkan PLTGU untuk mengimbangi sifat tidak terduga dan intermitensi dari variable renewable energy (VRE), seperti energi surya atau angin. CCPP juga memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan emisi yang lebih rendah dibandingkan Pembangkit Listrik Tenaga Uap batu bara. Meskipun begitu, CCPP menghadapi tantangan seperti keterbatasan ketersediaan gas alam dan sisa emisi gas rumah kaca yang mereka hasilkan. Alternatif bahan bakar yang ramah lingkungan, seperti bio-syngas, muncul sebagai pengganti yang layak. Karena sumber biomassa yang dapat digunakan sangat beragam, membuat bahan bakar ini berpotensi lebih handal dan berkelanjutan dibandingkan gas alam.
Penelitian ini menggunakan simulasi computational fluid dynamics (CFD) untuk meneliti kinerja pembakaran dan emisi ruang bakar turbin gas dengan campuran bio-syngas dan gas alam. Tiga jenis syngas dan empat proporsi syngas dievaluasi. Hasil menunjukkan bahwa peningkatan proporsi syngas mengurangi efisiensi pembakaran. Penurunan paling mencolok diamati pada syngas 1, di mana efisiensi pembakaran turun dari 99,21% menjadi 97,56%. Struktur nyala api bergeser ke tengah ruang bakar pada proporsi syngas yang lebih rendah dan ke sisi pada proporsi yang lebih tinggi, karena perubahan dalam laju aliran massa. Proporsi syngas yang lebih rendah meningkatkan keseragaman keluaran, sementara proporsi yang lebih tinggi meningkatkan faktor pola, yang berpotensi menjadi tidak aman untuk memasuki area turbin. Analisis emisi menunjukkan bahwa proporsi syngas yang lebih tinggi meningkatkan CO2 dan CO per heat input, sementara temperatur pembakaran yang lebih rendah mengurangi produksi NOx.
Tinjauan keekonomian menyimpulkan bahwa tanpa dibantu oleh insentif karbon, minimum kapasitas gasifier yang diperlukan untuk kelayakan investasi adalah 21925 mmbtud syngas. Break even point (BEP) terbaik yang dapat diperoleh adalah 10.39 tahun pada fasilitas produksi syngas 2 dan 10.21 tahun pada syngas 3. Di samping itu nilai insentif karbon, harga biomassa, dan capacity factor pembangkit sangat berpengaruh terhadap ketercapaian BEP.
========================================================================================================================
The transition to net-zero emissions energy is imperative, and combined cycle power plants (CCPPs) are pivotal in this shift due to their capacity to quickly adjust their power output. This feature is important because it allows CCPPs to compensate for the unpredictable and intermittent nature of variable renewable energy (VRE), such as solar or wind energy. CCPPs also boast relatively higher efficiency and lower emissions compared to coal-fired power plants. Despite these benefits, CCPPs face challenges such as the limited availability of natural gas and the residual greenhouse gas emissions they produce. Environmentally friendly fuel alternatives, such as bio-syngas, are emerging as viable replacements. The diverse sources of biomass that can be used make this fuel potentially more reliable and sustainable than natural gas.
This study used computational fluid dynamics (CFD) simulations to examine combustion performance and emissions of gas turbine combustion chambers with bio-syngas and natural gas mixtures. Three types of syngas and four syngas proportions were evaluated. Results show that increasing syngas proportion reduces combustion efficiency. The most notable decrease is observed in syngas 1, where the combustion efficiency drops from 99.21% to 97.56%. Flame structure shifts to the chamber center at lower syngas proportions and to the sides at higher proportions, due to changes in mass flow rate. Lower syngas proportions enhance outlet uniformity, while higher proportions increase the pattern factor, potentially becoming unsafe for turbine entry. Emissions analysis indicates that higher syngas proportions increase CO2 and CO per heat input, while lower combustion temperatures reduce NOx production.
The economic review concludes that without the aid of carbon incentives, the minimum gasifier capacity required for investment feasibility is 21,925 mmbtud syngas. The best break-even point (BEP) that can be achieved is 10.39 years at syngas production facility 2 and 10.21 years at syngas 3. Additionally, the value of carbon incentives, biomass prices, and the plant's capacity factor significantly affect the achievement of BEP.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	PLTGU, co-firing bio-syngas, computational fluid dynamics, tekno-ekonomi, CCPP, co-firing bio-syngas, computational fluid dynamics, techno-economic
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ164 Power plants--Design and construction T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ254.7 Combustion chambers T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ266 Turbines. Turbomachines (General) T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ778 Gas turbines T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ808 Renewable energy sources. Energy harvesting.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Muhammad Ridho Rahman
Date Deposited:	05 Aug 2024 06:42
Last Modified:	05 Aug 2024 06:42
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/112589

Actions (login required)

View Item