2020 : Perancangan Optimasi Daya Output Pada Generator Set Bahan Bakar Biogas Menggunakan Metode Particle Swarm Optimization

Dr.Ir. Totok Soehartanto DEA
Arief Abdurrakhman ST., MT.

External link

Type

RESEARCH

Keywords

-


Abstract

Saat ini penggunaan energi terbarukan telah menjadi kebutuhan dan budaya baru bagi sebagian masyarakat Indonesia. Hal ini disebabkan oleh kondisi semakin menipis nya ketersediaan energi fosil yang menurun setiap tahunnya (Kementerian ESDM, 2013). Berdasarkan kondisi tersebut, maka Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia merencanakan pada tahun 2025 peran energi terbarukan mencapai 25% dari total bauran energi primer. Saat ini bauran energi nasional sudah mencapai 11 persen-12 persen dari target bauran energi nasional sebesar 23 persen di 2025. Dalam hal ini, pengembangan energi baru dan terbarukan (EBT) untuk panas bumi (geothermal) dan air (midro dan mikro hidro) sudah berkontribusi besar bagi bauran energi ini. Namun, pengembangan EBT dari biomassa masih tertinggal (Kementerian ESDM, 2018). Salah satu biomassa yang digunakan sebagai energi terbarukan di Indonesia adalah biogas skala rumah tangga. Masyarakat Indonesia yang menggunakan biogas sebagai sumber energi alternatif pada umumnya di daerah peternakan sapi. Lebih dari 70.000 orang Indonesia telah mendapatkan manfaat dari sekitar 20.000 reaktor biogas rumah (BIRU) yang terbangun sampai dengan tahun 2017 (Yayasan Rumah Energi, 2017). Jumlah 20 ribu unit reaktor biogas tersebut telah dibangun dan tersebar di 10 provinsi di Indonesia (124 kabupaten, 807 kecamatan). Jawa Timur merupakan provinsi dengan jumlah reaktor BIRU terbanyak yakni 7.293 unit. Namun pemanfaatannya sampai saat ini pada umumnya masih sebatas digunakan sebagai kompor dan lampu biogas. Pemanfaatan biogas yang kurang optimal di Indonesia salah satunya disebabkan oleh masih banyaknya gas polutan yang terkandung di dalam produk biogas skala rumah tangga, sehingga tidak banyak dimanfaatkan menjadi pembangkit listrik tenaga biogas. Saat ini telah ada beberapa penelitian tentang pemanfaatan biogas sebagai pembangkit listrik melalui generator set, seperti pada tahun 2014, Artayana melakukan penelitian terhadap unjuk kerja pada mesin generator set berkapasitas 1200 watt dengan bahan bakar biogas. Purifikasi biogas menggunakan absorben Ca(OH) dan NaOH , dan dihasilkan laju aliran maksimal biogas pada generator set sebesar 7,5 liter/menit dengan daya yang dihasilkan sebesar 924 watt. Pada penelitian lain, Abdurrakhman, 2015, juga menggunakan water scrubber system sebagai untuk mereduksi kadar CO2 dan H2S. Hasil penelitiannya adalah nilai reduksi optimum terhadap H2S berada pada temperatur air dalam water scrubber sebesar 10 °C dan 14 °C, yaitu sebesar 98,7 % Sedangkan untuk nilai reduksi optimum terhadap CO2 berada pada temperatur air dalam water scrubber sebesar 10 °C dengan nilai prosentase reduksi sebesar 4,84 %. Penelitian tentang bahan bakar biogas pada engine juga dilakukan oleh Kwon, 2017 dengan mengurangi chamber volume pada ruang pembakaran (dari 19,3 cc menjadi 16,6 cc), merubah rasio kompresi (dari 8,01:1 menjadi 9,22:1) dapat menambah power output dari 2,2 kW menjadi 2,68 kW. Pada peneltian yang lain, de Faria, 2017 telah melakukan simulai model thermodinamika untuk memprediksi performa spark ignition engine yang menggunakan bahan bakar biogas, dan menghasilkan kesimpulan bahwa peningkatan beban menghasilkan aliran udara engine yang lebih tinggi yang meningkatkan output daya, pada kecepatan engine tetap, yang lebih besar daripada bahan bakar konsumsi, sehingga menghasilkan specific fuel consumption (sfc) keseluruhan yang lebih kecil. Selain itu, oada simulasi tersebut disebutkan bahwa spark timing memiliki efek yang berlawanan pada level NOx dan sfc. Nilai daya output pada biogas juga cenderung fluktuatif mengikuti variasi komposisi biogas dan flowrate yang ada. Berdasarkan pada kondisi diatas, maka dibutuhkan sebuah optimasi daya output pada generator set (genset) bahan bakar biogas yang akan mengatur laju aliran bahan bakar biogas dengan laju aliran udara pada ruang pembakaran secara optimal. Daya output generator listrik yang stabil dan optimal dibutuhkan agar piranti elektronik yang menggunakan daya listrik dari generator listrik ini dapat beroperasi secara normal. Daya output generator listrik yang fluktuatif akan menyebabkan kerusakan pada piranti elektronik. Optimasi ini menggunakan metode Particle Swarm Optimization (PSO). PSO merupakan sebuah teknik optimisasi yang berbasis populasi untuk mencari solusi optimal menggunakan populasi dari partikel itu sendiri. Optimisasi ini perlu dilakukan sebagai mekanisme untuk mengatur keseimbangan bahan bakar dan udara yang masuk ke ruang pembakaran dari genset. Jika di dalam ruang bakar terisi bahan bakar lebih banyak daripada udara atau yang biasa disebut dengan kondisi kaya bahan bakar akan mengakibatkan penurunan nilai daya yang dihasilkan genset. Begitu pula ketika kondisi udaranya lebih banyak daripada biogas. Hasil penelitian ini diharapkan akan menjaga stabilitas performansi generator seperti torsi, daya dan tegangan, sehingga dapat menunjukkan output yang optimal pada generator dan kebermanfaatan bagi pengguna biogas. Setelah dilakukan tahap optimasi laju aliran bahan bakar dan udara pada genset bahan bakar biogas, maka pada tahap selanjutnya, proses liquifikasi biogas akan dilakukan sebagai bagian dari roadmap penelitian ini.