Dalam konteks ini, root cause analysis (analisis akar penyebab) menjadi pendekatan yang penting untuk mengidentifikasi penyebab akar dari emisi abu yang tinggi pada PLTU batubara. Root cause analysis adalah metode sistematis yang digunakan untuk mengeksplorasi dan memahami akar penyebab masalah, bukan hanya mengatasi gejala atau konsekuensi yang muncul. Dengan mengidentifikasi dan memahami penyebab akar masalah, perbaikan yang tepat dapat dilakukan untuk mengurangi atau menghilangkan emisi abu yang berlebihan.

Pembuatan root cause analysis untuk emisi abu yang tinggi pada PLTU batubara melibatkan analisis mendalam tentang berbagai aspek yang terkait dengan proses pembakaran batubara, sistem pemisahan partikel, perawatan peralatan, dan pengoperasian keseluruhan PLTU. Dengan mengidentifikasi penyebab akar masalah, langkah-langkah perbaikan yang tepat dapat diambil, termasuk perbaikan peralatan, pemeliharaan yang lebih baik, pengoptimalan proses, atau penerapan teknologi yang lebih efisien.

Dalam pembuatan root cause analysis, penting untuk melibatkan berbagai pihak terkait, termasuk insinyur perawatan, operator PLTU, manajemen fasilitas, dan ahli lingkungan. Kolaborasi ini memungkinkan pengumpulan data yang komprehensif, analisis yang akurat, serta pengambilan keputusan yang terinformasi dan berkelanjutan.

Dengan memahami penyebab akar masalah ini, diharapkan muncul solusi yang efektif untuk mengurangi emisi abu yang berlebihan, meningkatkan kepatuhan terhadap peraturan lingkungan, dan menjaga keseimbangan antara kebutuhan energi dan pelestarian lingkungan.

Kemungkinan penyebab kerusakan pada ESP yang mengakibatkan tingginya kandungan abu pada stack ditunjukkan pada gambar 1. berikut

Gambar 1. Root cause kerusakan ESP

Berdasarkan gambar 1. penyebab kerusakan yang signifikan terjadi pada esp adalah:

1. Kontaminasi partikel unburncarbon

Kontaminasi partikel yang masuk ke dalam ESP adalah berupa impurities batubara atau unburncarbon (UC). UC merujuk pada karbon yang tidak mengalami reaksi pembakaran sepenuhnya selama proses pembakaran batubara di boiler. Karbon ini bisa ada dalam bentuk partikel-partikel padat atau gas yang tidak terbakar sepenuhnya.

Dampak dari adanya unburned carbon terhadap ESP (Electrostatic Precipitator) adalah sebagai berikut:

• Unburned carbon dapat mengurangi efisiensi penangkapan debu oleh ESP. ESP bekerja dengan mengenakan muatan listrik pada partikel-partikel debu yang terbawa oleh gas pembakaran dan menariknya ke permukaan elektroda yang bermuatan berlawanan. Namun, unburned carbon memiliki sifat listrik yang konduktif dan dapat menghalangi proses pengumpulan debu.
• Unburned carbon yang melewati ESP dapat mengendap dan menumpuk di dalam sistem, termasuk pada permukaan elektroda. Akumulasi unburned carbon ini dapat menyebabkan pembentukan lapisan yang mengisolasi elektroda dari gas pembakaran. Hal ini mengurangi efisiensi dan kinerja ESP secara keseluruhan.
• Jika unburned carbon tidak berhasil ditangkap oleh ESP, maka partikel-partikel karbon tersebut dapat terlempar ke udara bersama dengan gas pembakaran. Ini menyebabkan peningkatan emisi debu ke lingkungan, yang dapat berdampak negatif pada kualitas udara dan lingkungan sekitar.

Monitoring UC telah dilakukan secara rutin baik dalam bentuk visual yaitu dengan melihat adanya debu hitam pada saat proses drain fly ash hopper di ESP atau berdasarkan lab dengan mengambil sample bulanan pada fly ash hopper di ESP.

2. Peningkatan Kandungan Abu.

Abu pada proses pembakaran batubara di boiler terjadi karena adanya mineral-mineral non-karbon yang terkandung dalam batubara. Ketika batubara dibakar, proses pembakaran tidak mengubah mineral-mineral ini menjadi gas, melainkan membakar sebagian besar karbon dalam batubara untuk menghasilkan panas. Sisa-sisa mineral non-karbon yang tidak terbakar ini membentuk partikel-partikel padat yang disebut abu batubara.

Produksi abu batubara dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, termasuk pemakaian batubara. Faktor-faktor yang mempengaruhi produksi abu batubara meliputi:

1. Jenis dan kualitas batubara memiliki peran penting dalam produksi abu batubara. Batubara yang mengandung lebih sedikit mineral non-karbon akan menghasilkan jumlah abu yang lebih sedikit. Batubara yang memiliki kandungan karbon yang tinggi dan kandungan mineral yang rendah cenderung menghasilkan abu yang lebih sedikit.
2. Kandungan mineral non-karbon: Semakin tinggi kandungan mineral non-karbon dalam batubara, semakin banyak abu yang dihasilkan saat proses pembakaran. Mineral-mineral seperti silika (SiO2), aluminium oksida (Al2O3), besi oksida (Fe2O3), kalsium oksida (CaO), dan magnesium oksida (MgO) akan berkontribusi pada produksi abu.

3. Peningkatan Temperature Flue Gas

Temperatur flue gas yang tinggi dapat meningkatkan resistivitas partikel debu yang terbawa oleh gas tersebut. Resistivitas yang tinggi berarti partikel debu kurang responsif terhadap muatan listrik yang diberikan oleh ESP. Akibatnya, proses pengumpulan partikel debu menjadi lebih sulit.

Temperatur flue gas yang tinggi dapat menyebabkan perubahan sifat fisik partikel debu, seperti ukuran, kepadatan, dan kelembaban. Perubahan ini dapat mempengaruhi kemampuan partikel debu untuk ditangkap oleh ESP. Misalnya, partikel debu yang lebih kecil atau memiliki kepadatan yang lebih rendah dapat lebih sulit untuk ditangkap oleh ESP. Dari sisi komponen, temperatur flue gas yang tinggi juga dapat menyebabkan kerusakan pada elektroda ESP. Panas yang berlebih dapat menyebabkan deformasi atau kerusakan pada permukaan elektroda, mengurangi kinerja dan efektivitas ESP.

4. Kerusakan Kolektor

Kerusakan pada kolektor ESP disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya disebabkan oleh beberapa hal sebagai berikut:

Korosi

Korosi adalah salah satu penyebab umum kerusakan pada kolektor ESP. Korosi terjadi ketika elektroda dan permukaan logam lainnya pada ESP terpapar dengan gas buang yang mengandung senyawa yang bersifat korosif. Korosi dapat menyebabkan deformasi, kerapuhan, atau kerusakan pada permukaan elektroda dan struktur ESP secara keseluruhan.

Erosi

Erosi terjadi ketika partikel debu yang terbawa oleh gas buang menyebabkan gesekan dan abrasi pada permukaan elektroda atau material kolektor lainnya. Erosi yang berulang-ulang dapat mengikis dan merusak permukaan elektroda, mengurangi efisiensi pengumpulan debu, dan mengurangi umur operasional kolektor ESP.

Deposisi abu yang berlebihan

Jika jumlah abu yang terkumpul pada elektroda atau material kolektor ESP melebihi kapasitas pengumpulan atau kemampuan pembersihan sistem, maka dapat terjadi penumpukan yang berlebihan. Penumpukan abu yang berlebihan dapat menghalangi aliran gas dan mengurangi efisiensi pengumpulan debu oleh ESP.

Kelembaban yang tinggi

Kelembaban yang tinggi dalam gas buang dapat menyebabkan kondensasi air pada permukaan elektroda atau material kolektor ESP. Kondensasi air dapat menyebabkan korosi, pembentukan kerak, dan pertumbuhan mikroorganisme yang dapat merusak permukaan dan kinerja ESP.

Overloading

Overloading terjadi ketika jumlah partikel debu yang terkumpul pada ESP melebihi kapasitas desain atau kemampuan operasional sistem. Overloading dapat menyebabkan penurunan efisiensi pengumpulan debu, peningkatan tekanan drop, dan kerusakan pada elektroda akibat beban mekanis yang berlebihan.

Ketidakseimbangan listrik

Ketidakseimbangan arus listrik atau distribusi muatan pada elektroda dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan elektroda. Ketidakseimbangan listrik dapat mempengaruhi efektivitas pengumpulan debu dan menyebabkan kerusakan lokal pada elektroda.

Daftar Pustaka

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) batubara adalah jenis pembangkit listrik yang menggunakan batubara sebagai bahan bakar untuk menghasilkan listrik. Meskipun PLTU batubara dapat menyediakan sumber energi yang andal dan stabil, namun penggunaannya dapat berdampak negatif terhadap lingkungan. Oleh karena itu, penting untuk mempertimbangkan hubungan antara efisiensi energi di PLTU batubara dan dampaknya terhadap lingkungan.

Efisiensi energi di PLTU batubara sangat penting karena dapat membantu mengurangi emisi gas rumah kaca dan polutan lainnya yang berdampak buruk terhadap lingkungan dan kesehatan manusia. Semakin efisien PLTU batubara, semakin sedikit batubara yang dibutuhkan untuk menghasilkan jumlah listrik yang sama, dan semakin sedikit pula emisi yang dihasilkan.

Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi energi di PLTU batubara adalah dengan menggunakan teknologi yang lebih modern dan canggih. Misalnya, penggunaan boiler yang lebih efisien, teknologi pengendalian emisi, dan penghematan energi melalui perbaikan tata kelola dan pengelolaan operasi.

Selain dampak positif pada lingkungan, peningkatan efisiensi energi di PLTU batubara juga dapat membantu mengurangi biaya operasional dan meningkatkan keuntungan bagi perusahaan. Oleh karena itu, efisiensi energi dapat dianggap sebagai solusi yang win-win untuk lingkungan dan industri.

Namun, perlu diingat bahwa peningkatan efisiensi energi di PLTU batubara bukan satu-satunya cara untuk mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan. Upaya untuk beralih ke sumber energi yang lebih ramah lingkungan seperti energi terbarukan dan meningkatkan penghematan energi di sektor lain juga perlu dilakukan. Sehingga, secara keseluruhan dapat mencapai keseimbangan antara kebutuhan energi dan pelestarian lingkungan.

Kesimpulannya, hubungan efisiensi energi di PLTU batubara dengan lingkungan sangatlah penting. Dengan peningkatan efisiensi energi, dapat membantu mengurangi emisi dan polutan, serta memberikan manfaat ekonomi bagi perusahaan. Namun, peningkatan efisiensi energi tidak boleh menjadi satu-satunya upaya, namun juga diperlukan upaya beralih ke sumber energi yang lebih ramah lingkungan dan penghematan energi secara keseluruhan untuk mencapai tujuan yang lebih baik dalam memperhatikan aspek lingkungan.

Warmingup Period

Pada warmingup period, solid temperature mengalami kenaikkan dan solid moisture akan berkurang. Drying rate akan naik secara perlahan sampai pada constan period. Warmingup period normalnya sangat singkat bila dibandingkan dengan constant period dan falling period sehingga seringkali diabaikan saat menghitung drying time.

Constant Period

Pada constan period, drying rate dikontrol oleh heat transfer rate pada proses evaporasi. Proses drying terjadi secara diffusi dari saturated surface material melalui stagnant air film ke environment. Mass transfer rate balance dengan heat
transfer rate dan temperature saturated surface relatif konstan. Mekanisme penguapan sesuai dengan evaporasi body of water dan tidak tergantung pada kondisi solid. Jika heat transfer yang terjadi hanya konveksi maka surface temperature mendekati wet bulb temperature.

Falling Period

Periode ini terjadi karena pergerakan moisture sudah tidak dapat mempertahankan kondisi saturasi di permukaan solid. Drying rate akan menurun karena kondisi permukaan yang tidak lagi jenuh. Drying rate dipengaruhi oleh pergerakan internal dari moisture dan faktor eksternal tidak berpengaruh lagi. Periode ini biasanya sangat mendominasi pada perhitungan drying time untuk solid yang memiliki kandungan moisture rendah. Ada 2 theory dalam menganalisa falling period yaitu diffusion theory dan capillary theory.

Diffusion theory mengasumsikan proses mass transfer yaitu aliran vapor atau liquid mengikuti Fick’s Second Law of Diffusion. Pergerakan liquid karena diffusi terjadi pada kondisi kandungan equilibrium moisture dibawah atmospheric saturation point dimana liquid dan solid dalam kondisi mutually soluble. Liquid diffusivity dalam solid bisanya akan menurun bila konsentrasi moisture turun. Liquid dan vapor diffusivity akan berubah dan material akan mengalami
pengerutan (shrinks) selama proses drying. Yang termasuk golongan ini antara lain: textile, paper, wood, soap dan paste

Capillary theory mengasumsikan bahwa tumpukan batubara adalah sebuah kumpulan nonporous solid yang dilingkupi oleh ruang kosong (space) yang disebut pore. Moisture berada pada celah (interstice) solid sebagai liquid di surface atau sebagai free moisture di cell cavity. Moisture bergerak karena gravity dan capillary yang membentuk suatu jalan (passageway) untuk continuous flow. Pada proses drying, pergerakan moisture terjadi karena adanya suction pressure akibat keluarnya udara yang berada di dalam pore diantara lapisan batubara. Yang termasuk golongan ini antara lain adalah minerals, clay soil dan sand.

Sumber : Perry Robert H.(1976), Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, McGraw-Hill, Seventh Edition (1997)

Gambar 1 menunjukkan tiga aspek yang harus diturunkan bila diinginkan untuk meningkatkan kualitas batubara. Secara prinsip, ada tiga teknologi yang bisa dipilih untuk meningkatkan kualitas batubara yaitu: mixing/blending, separation dan conversion.

Blending adalah metode pencampuran dua atau lebih jenis batubara untuk mendapatkan moisture, sulfur dan ash yang diinginkan. Separation adalah teknologi yang digunakan untuk memisahkan moisture, sulfur dan ash yang ada di batubara tanpa reaksi kimia. Sedangkan teknologi conversion adalah menghilangkan kandungan moisture, sulfur dan ash dari batubara dengan cara pemisahan dan reaksi kimia.

Sumber : Clean coal technologies in Japan: Toward the technology innovation in the Field of coal Utilzation. (2004).

Jenis burner berdasarkan arah masuknya batubara terbagi menjadi 3 metode, yaitu :

Vertical atau Downshot Firing

Serbuk batubara diinjeksikan pada area lower furnace. Area lower furnace didesain dengan lining refractory sehingga mempunyai temperatur yang tinggi untuk proses penyalaan.

Gambar 1. Burner dengan metode downshot firing (Chaplin, n.d.)

Proses penyalaan awal batubara dan proses pembakaran terjadi selama bahan bakar mengalir naik menuju area waterwall pada sisi upper furnace seperti ditunjukkan pada gambar 1. Konfigurasi ini cocok untuk jenis batubara yang sulit untuk terbakar, dengan kandungan volatile mater rendah seperti batubara anthracite.

Horizontal Firing

Konfigurasi burner terpasang pada sisi dinding furnace, pada satu sisi front wall maupun kedua sisi front dan back wall seperti ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Boiler horizontal firing

Serbuk batubara diinjeksikan secara horisontal dengan tingkat turbulent swirl yang tinggi untuk menghasilkan pembakaran secara cepat. Masing masing burner membentuk nyala api secara individual dan independent. Perbandingan batubara dan udara pembakaran pada masing masing burner harus tepat untuk menghasilkan pembakaran yang baik.

Tangential Firing

Pembakaran tangensial merupakan salah satu sistem pembakaran yang dilakukan pada pulverized fuel boiler. Menggunakan 4 (empat) buah titik pembakaran (burner) dari masing-masing sudut (corner) yang ditunjukkan pada gambar 2, berfungsi untuk menciptakan bola api (fire ball) pada pusat furnace. Pada masing-masing corner memiliki burner yang bertingkat.

Gambar 3. Burner tangantial firing

Pembakaran tangensial seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. memiliki kekurangan, yaitu pada pengaturan sudut pembakaran dan apabila ada gangguan pada burner akan mengakibatkan ketidakstabilan pembentukan lingkaran bola api (fire ball). Namun juga memiliki beberapa kelebihan yang menjadikannya banyak diminati dalam pemilihan sistem pembakaran pulverizer boiler, yaitu:

• Pencampuran bahan bakar dan udara yang baik sehingga pembakaran yang terjadi hampir sempurna dan distribusi temperatur lebih rata.
• Heat flux yang seragam di dinding ruang pembakaran sehingga kegagalan akibat tingginya tegangan termal dapat diminimalis.
• Aliran udara dan bahan bakar dapat diarahkan, baik keatas atau kebawahsehingga dapat memvariasikan panas yang diserap dinding ruang pembakaran serta mengontrol suhu pada superheater.
• Vortex motion pada tengah furnace mengurangi terjadinya erosi dan local-overheating pada dinding furnace.
• Emisi NOx yang dihasilkan lebih rendah dari proses pembakaran lainnya.
• Menghasilkan fly ash hanya 15% – 40% dari keseluruhan abu.
• Carbon Loss lebih rendah dan dapat digunakan untuk proses pembakaran bahan bakar yang memiliki nilai kalor rendah.

Burner tersusun vertikal pada empat sudut furnace. Serbuk batubara diinjeksikan pada arah horisontal menuju sisi tengah area furnace (membentuk garis tangensial imaginer dengan lingkaran di titik tengah furnace). Pencampuran bahan bakar dan udara pembakaran terdistribusi secara merata pada combustion zone di dalam furnace. Proses penyalaan dan pembakaran yang terjadi lebih teratur membentuk fireball pada sisi tengah furnace.

Turbulensi pada fireball tersebut menghasilkan vortex motion sehingga terbentuk aliran pembakaran ke atas. Tangential boiler menghasilkan heat flux pada waterwall tube yang lebih merata sehingga meminimalkan potensi overheating maupun thermal stress.

Sumber : Hidayat, R. (2015). Studi Numerik Karakteristik Aliran Gas-Solid dan Pembakaran Tangentially Fired Pulverized-Coal Boiler 315 MWe dengan Variasi Sudut Tilting dan Nilai Kalor Batubara (Studi Kasus PLTU Pacitan Unit 1). Thesis Program Magister Bidang Keahlian Rekayasa Energi, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

1. Temperature, yaitu suhu yang cukup untuk terjadinya penyalaan dan menjaga penyalaan bahan bakar.
2. Turbulence, efek turbulensi akan berpengaruh terhadap pencampuran antara serbuk batubara dengan oksigen pada udara. Turbulensi yang baik menghasilkan campuran yang merata sehingga mengurangi kerugian akibat un-burnt carbon.
3. Time, adalah kecukupan waktu untuk terjadinya tahapan-tahapan proses pembakaran hingga semua combustible material bereaksi sempurna dengan oksigen dan melepaskan energi panas.
4. Oxygen, merupakan reaktan utama pada reaksi pembakaran sehingga kecukupan oksigen sangat berpengaruh terhadap kesempurnaan pembakaran. Oleh karena itu dalam aplikasinya selalu digunakan excess air (oksigen berlebih) untuk menjamin kecukupan oksigen untuk reaksi.

Reaksi utama pada proses pembakaran batubara terdiri dari reaksi combustible material (C, H, dan S) dengan oksigen yang menghasilkan produk pembakaran sempurna berupa gas CO₂ dan H₂O. Persamaan reaksi pembakaran dapat dituliskan sesuai persamaan 1 sampai 3 sebagai berikut,

2H + O₂ –> 2H₂O       (1)

2H + O₂ –> 2H₂O       (2)

C + O₂ –> CO₂               (3)

Gambar 1. Proses pembakaran batubara

1. Drying

Drying merupakan proses awal batubara untuk menghilangkan moisture yang terkandung pada permukaan ataupun pada pori-pori batubara. Proses pengeringan ini terjadi sebelum batubara bercampur dengan udara pembakaran di furnace. Pengeringan dimulai pada saat batubara bercampur dengan primary air di mill, sedangkan sisa moisture yang terletak dalam pori-pori yang sangat kecil pada batubara akan dikeringkan di dalam furnace karena membutuhkan temperatur yang lebih tinggi untuk menguapkan moisture tersebut.

2. Devolatilisasi/Pirolisis

Setelah kadar air dihilangkan maka temperatur dari partikel semakin meningkat sehingga partikel mulai terdekomposisi dan terjadi proses pelepasan zat–zat yang mudah menguap (volatile matter). Volatile matter merupakan bagian dari bahan bakar padat yang bisa terbakar. Bagian ini terdiri dari bagian yang ringan sampai berat. Bagian yang ringan akan menguap terlebih dahulu. Volatile matter keluar rongga bahan bakar dan memenuhi pori-pori. Hal ini menyebabkan oksigen dari luar tidak dapat masuk kedalam partikel. Pada tahap ini terjadi pemanasan partikel tanpa kehadiran oksigen yang disebut pirolisis. Sebagian dari gas hasil pirolisis bereaksi dengan air dan gas produk pirolisis lain. Tabel 1 menunjukkan reaksi- reaksi yang terjadi selama pirolisis.

Tabel 1 Reaksi Kimia pada proses devolatilisasi/pirolisis

Hasil pirolisis terbakar dan membentuk nyala yang memperbesar devolatilisasi. Pada bagian yang lain uap air akan mengalir keluar melewati pori-pori sehingga temperatur pembakaran turun. Setelah seluruh air keluar maka nyala api akan lebih besar dan temperatur naik.

3. Pembakaran Char (Kabon Tetap)

Char atau fixed carbon merupakan gumpalan matriks karbon dengan sedikit hidrogen yang terdapat pada senyawa bahan bakar. Bagian ini sangat berpori yang berarti luas permukaan bagian dalam sangat besar. Jika terdapat oksigen maka akan terjadi pembakaran pada char. Char memiliki nilai kalor yang paling tinggi dibandingkan dengan volatile matter. Ketika terjadi pembakaran pada char, maka temperatur akan naik lebih tinggi dari sekitarnya. Proses ini merupakan tahapan akhir dari proses pembakaran pada bahan bakar padat.

Temperatur nyala adalah temperatur pada saat jumlah zat mudah terbakar meningkat secara cepat dan tepat sebelum bereaksi dengan oksigen secara kimia. Setiap unsur memiliki temperatur nyala yang berbeda, misalnya karbon (C) memiliki temperatur nyala sekitar 343 oC. Pada kondisi nyata, setiap zat tidak terbakar secara tepat pada temperatur nyala. Bentuk ruang bakar, rasio udara terhadap bahan bakar dan beragam dampak dari campuran zat yang mudah terbakar mempengaruhi temperatur nyala. Temperatur nyala bahan bakar batubara umumnya berada pada temperatur nyala karbon. Komponen volatil pada bahan bakar batubara akan terlepas seiring dengan peningkatan temperatur, namun tidak akan terbakar sebelum temperatur nyala tercapai.

Heat Rate Break Down Losses

Untuk mengetahui letak losses tertinggi berdasarkan kelompok losses yang telah dibahas pada fase measure, maka didapatkan didapatkan analisa losses heat rate seperti pada tabel 1. berikut.

Tabel 1. Heat rate break down losses

Dari tabel 1. kemudian dirubah menjadi pareto loss seperti pada gambar 1. untuk menentukan kelompok losses yang paling tinggi sehingga proses improvement dapat terfokus pada satu permasalahan.

Gambar 1. Pareto chart heat rate losses

Berdasarkan gambar 1. diketahui bahwa losses tertinggi yang menyababkan peningkatan heat rate terdapat pada area turbin sehingga program improvement heat rate difokuskan untuk memperkecil losses yang terjadi pada area tersebut.

Identifikasi Faktor Utama Penyebab Losses

Setelah diketahui letak losses tertinggi terdapat pada area turbin maka selanjutnya dilakukan root cause analysis dengan dengan menggunakan metode fish bond diagram yang dijabarkan secara sederhana berdasarkan man power, methods, material, dan machine dengan keterangan seperti pada tabel 2. berikut.

Tabel 2. Keterangan fishbond diagram

Dari tabel 2. kemudian divisualisasikan menjadi fishbond diagram seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. kemudian ditentukan faktor dominan yang menyebabkan losses pada area turbin dengan menggunakan tools Failure Mode Effect Analysis (FMEA) dengan tujuan agar pokok permasalahan dapat teridentifikasi secara tepat sasaran. Sehingga mempermudah pemilihan tindakan apa saja yang diperlukan agar proses improvement heat rate berjalan secara efektif dan efisien.

Gambar 2. Fishbond diagram

Selanjutnya dilakukan pembuatan FMEA sebagai pendekatan untuk menentukan masalah utama pada area turbin.

Failure Mode Effect Analysis

Failure Mode Effect Analysis (FMEA) digunakan untuk identifikasi dan menentukan focus permasalahan serta prioritas langkah perbaikan. Penilaian setiap faktor dari FMEA terdiri dari keparahan akibat kegagalan (severity) dengan singkatan S, frekuensi kegagalan (occurance) dengan singkatan O, dan tingkat pendeteksian (detection) dengan singkatan D yang dilakukan dengan membagi hasil rating sehingga menghasilkan Risk Potential Number (RPN), dengan uraian seperti pada tabel 3. berikut.

Tabel 3. FMEA heat rate area Turbin

Berdasarkan tabel 3. dapat disimpulkan melalui nilai RPN tertinggi bahwa akar penyebab dari permasalahan losses pada komponen turbin adalah tidak terdapat baseline operasi untuk mengoperasikan pembangkit. Sehingga diperlukan sebuah improvement untuk menentukan baseline parameter pengoperasian turbin yang akan dibahas pada fase Improve.

@Pelabuhan Ratu

Value Stream Mapping

Distribusi energi PLTU BerbagiEnergi dibagi menjadi 3 proses yaitu air dan uap; udara dan gas; serta sistem kelistrikan, dimana ketiga bagian tersebut digambarkan dalam sebuah neraca energi seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.

Gambar 1. Neraca energi PLTU BerbagiEnergi

Gambar 1. menunjukkan bahwa sistem utama dari PLTU BerbagiEnergi terdiri dari Boiler, Turbin – Generator dan Kondensor, yang tersusun dari beberapa subsistem dengan indikator kinerja energi seperti pada tabel 1.

Tabel 1. Indikator kinerja energi

Berdasarkan gambar 1. dan tabel  1. dapat diketahui distribusi energi dan indikator kinerja energi pada setiap equipment sehingga dapat memudahkan proses identifikasi area yang saat ini mengalami banyak losses dan sebagai landasan perbaikan untuk dieksekusi pada area pembangkit.

Benchmark Kinerja

Berdasarkan laporan benchmarking Kinerja dan Pemanfaatan Sumber Daya yang diterbitkan oleh pihak ketiga menunjukkan heat rate dari PLTU BerbagiEnergi yang telah dikonversi menjadi intensitas energi (GJ/GJ) mengalami peningkatan konsumsi energi yang cukup signifikan. Sehingga apabila dibandingkan dengan unit pembangkit listrik lainnya yang sejenis maka akan menduduki peringkat yang cukup rendah seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.

Tabel 2. Intensitas energi dari perusahaan listrik di dunia.

Berdasarkan tabel 2. menunjukkan PLTU BerbagiEnergi menduduki peringkat ke 13 dari keseluruhan pembangkit yang ada. Apabila divisualisasikan dalam bentuk uji normalitas maka akan menunjukkan keterangan seperti pada gambar 2.

Gambar 3. Benchmark intensitas energi di dunia.

Dari gambar 3. dengan intensitas energi rata-rata sebesar 1,75 maka dapat disimpulkan bahwa PLTU BerbagiEnergi masih berada jauh dari rata-rata yaitu sebesar 3,15 sehingga dibutuhkan berbagai upaya perbaikan agar kinerja energi dapat menjadi lebih baik atau minimalnya di atas rata-rata data intensitas energi dunia.

Data Collection Plan

Rencana pengumpuan data dilakukan untuk menjabarkan proses improvement heat rate agar dapat lebih mudah dalam melakukan analisa dan tindakan perbaikan, seperti yang ditunjukkan pada tabel 3. berikut.

Tabel 3. Data collection plan

Perencaan data yang terdapat pada tabel 3. selanjutnya akan digunakan untuk menghitung losses pada heat rate dari masing-masing stream agar dapat diketahui gap dan losses yang paling tinggi sehingga proses identifikasi dapat diketahui secara detail.

Data Analysis

Berdasarkan data-data yang terdapat pada tabel 3. kemudian dilakukan analisa untuk mengukur intensitas energi dan besaran gap heat rate terhadap kontrak sehingga didapatkan hasil seperti pada tabel 4. berikut.

Tabel 4. Gap heat rate PLTU BerbagiEnergi

Berdasarkan hasil analisa pada tabel 4. menunjukkan bahwa rata-rata gap dari NPHR aktual terhadap kontrak adalah sebesar 52 kcal/kwh, kemudian dilakukan uji normalitas untuk mengetahui apakah data telah terdistribusi secara normal ataukah tidak, agar pengujian selanjutnya yang dilakukan dengan metode statistik dapat dipastikan tingkat validitasnya. Selanjutnya dengan menggunakan software minitab 18, didapatkan uji normalitas gap heat rate seperti pada gambar 4. berikut.

Gambar 4. Uji normalitas gap heat rate.

Berdasarkan gambar 4. diperoleh nilai P-Value sebesar > 0.150, karena nilai P-Value lebih besar dari nilai alpha 0.05, maka dapat disimpulan bahwa H₀ diterima dan hal ini berarti bahwa data mengikuti distribusi normal dan dapat dilanjutkan dengan tahapan analisa selanjutnya.

Disamping uji normalitas dilakukan pula analisa control chart untuk mengendalikan proses berdasarkan Rata-rata (X-bar) dan Standar Deviasi (s), sehingga didapatkan tren seperti yang ditunjukkan pada gambar 5.berikut.

Gambar 5. control chart gap heat rate.

Berdasarkan gambar 5. data masih dalam rentang Upper Control Limit (UCL) dan Lower Control Limit (LCL) yang membuktikan bahwa data terkendali secara statistic dimana semua nilai rata-rata dan range dari gap heat rate berada dalam batas-batas pengendalian (control limits).

Capability Process

Dengan nilai kontrak heat rate sebesar 2660 kcal/kwh dan batas toleransi gap NPHR antara aktual terhadap kontrak yang ditetapkan oleh PT. PLN P2B adalah sebesar 1% atau 27 kcal/kwh, serta gap heat rate yang menjadi target adalah 15 kcal/kwh atau dengan nilai heat rate sebesar 2687 kcal/kwh. Selanjutnya dengan menggunakan tools capability process pada minitab 18, didapatkan kurva pada gambar 6. berikut.

Gambar 6. Kurva capability process

Berdasarkan gambar 6. dengan menetapkan USL adalah batas tolerasi dan LSL adalah kontrak yang telah ditetapkan dan target yang akan dicapai oleh PLTU Pelabuhan ratu adalah sebesar 2675 kcal/kwh maka nilai sigma saat ini adalah sebesar 1,0 dan level sigma sebesar 1,28. Nilai level sigma ini cukup jauh untuk mencapai level 6 sigma. Disamping itu nilai Cp = 0,41 (Cp < 1) yang mengindikasikan proses untuk mencapai heat rate sesuai dengan target 2660 kcal/kwh tidak dapat dilakukan karena sebaran data tidak masuk dalam batas spesifikasi yang ditentukan.

@Pelabuhan Ratu

Voice Of Costumer

Industri pembangkitan listrik di Indonesia memiliki target kinerja yang telah ditentukan oleh PT. PLN seperti halnya EFOR (Equivalent Force Outage Ratio), EAF (Equivalent Availability Factor), Net Plant Heat Rate (NPHR), SdOF (Sudden Outage Frequency) dan indikator-indikator lain sebagai tolak ukur kinerja. Seluruh indikator kinerja inilah yang disebut dengan voice of costumer, karena PT. PLN adalah sebagai customer listrik yang dibangkitkan oleh pembangkit-pembangkit listrik yang ada.

Karena fokus pembahasan dalam tulisan ini adalah tentang heat rate maka dibuat permisalan bahwa PT. PLN menginginkan agar indikator kinerja heat rate pada tahun 2020 dari PLTU BerbagiEnergi adalah sebesar 2660 kcal/kwh sedangkan pencapaian heat rate tahun sebelumnya cukup tinggi dengan rata-rata 2700 kcal/kwh. Sehingga dengan kondisi ini manajemen memerlukan upaya lebih untuk menurunkan heat rate agar sesuai dengan target.

Critical To Quality

Selanjutnya disusun Critical To Quality (CTQ) yang digunakan untuk menguraikan atau mendekomposisi requirement PT. PLN khususnya pada kinerja heat rate sehingga dapat mempermudah proses. CTQ dari dari program ini ditunjukkan pada gambar 1. berikut.

Gambar 1. Critical To Quality

Berdasarkan gambar 1. kebutuhan dari PLTU Berbagi Energi terhadap PT. PLN adalah akan melakukan perbaikan heat rate yang akan dikerjakan dengan optimasi pola operasi, peningkatan keandalan peralatan, dan optimasi energi primer, dengan CTQ berupa optimasi baseline operasi, monitoring paramater operasi, upgrade spesifikasi peralatan dan lain-lain.

Identifikasi Heat Rate Saat Ini

Kinerja energi didefinisikan sebagai perbandingan antara ouput terhadap input dalam suatu proses, dimana secara umum indikator untuk mengukur efisiensi energi adalah heat rate, yang didefinisikan sebagai total panas input yang masuk ke dalam sebuah sistem dibagi dengan total daya yang dibangkitkan oleh sistem tersebut, dengan satuan Btu/kWh; kJ/kWh atau kCal/kWh.

Gambar 2 adalah kondisi heat rate saat ini pada PLTU BerbagiEnergi yang menunjukkan telah terjadi peningkatan nilai heat rate terhadap target (2660 kcal/kwh) akibat adanya losses.

Gambar 2. Breakdown losses energi pada PLTU BerbagiEnergi

Berdasarkan gambar 2. terdapat beberapa losess (warna merah) yang merupakan indikator bahwa PLTU BerbagiEnergi mengalami peningkatan heat rate dengan rata-rata deviasi terhadap baseline sebesar 40 kcal/kwh.

Berdasarkan EPRI TR – 109546 losses pembangkit dibagi menjadi 5 kelompok yaitu : losses yang disebabkan oleh kendali operasi; dari sisi boiler; dari sisi turbin; siklus pembangkit; dan losses yang disebabkan kendali unit. Hal ini bertujuan untuk optimasi proses analisa ketidaksesuaian unjuk kerja aktual terhadap target.

Project Charter

Selanjutnya dibuat sebuah tim untuk mempermudah proses analisa proses analisa dan improvement seperti yang terdapat pada gambar 3. berikut.

Gambar 3. Project Charter

Project charter pada gambar 3 telah memuat detail permasalahan dan taret yang akan dicapai, penanggung jawab dan pelaksana, time line pelaksanaan, risiko dan mitigasinya, estimasi biaya yang diperlukan serta prediksi keuntungan yang akan didapat apabila improvement telah berhasil dilaksanakan.

Stakeholder Manajemen Plant

Disamping project charter yang digunakan untuk internal unit, telah disusun juga stakeholder management plant untuk identifikasi pejabat-pejabat tertentu yang dapat mempengaruhi proses analisa dan improvement dari program ini sepert yang ditunjukkan pada tabel 1.

Tabel 1. Stakeholder Manegement Plan

Stakeholder yang terlibat pada tabel 1. adalah pejabat-pejabat di luar bidang enjinering hingga pejabat di kantor pusat, sehingga harapannya pelaksanaan program peningkatan efisiensi ini dapat berjalan secara baik karena telah didukung oleh berbagai pihak.

SIPOC

SIPOC adalah singkatan dari Supplier (Pemasok), Input (Masukan), Process (Proses), Output (Keluaran) dan Customer (Pelanggan) yang dalam program improvement ini digunakan untuk identifikasi setiap element sebelum proses dimulai, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4. berikut.

Gambar 4. SIPOC pengoperasian PLTU BerbagiEnergi

Berdasarkan gambar 4. secara umum pengoperasian unit dimulai dari pemesanan batubara, kemudian input batubara dari coal yard menuju ke boiler, yang selanjutnya dioperasikan oleh tim operasi dan dianalisa oleh tim enjinering dan diteruskan ke PT. PLN.

Analisa SWOT

Dalam perencanaan improvement anlisa SWOT sangat diperlukan untuk evaluasi kekuatan (strength) dan kelemahan (weakness), peluang opportunities), dan ancaman (threats) sehingga kemungkinan keberhasilan atau kegagalan dapat diprediksi. Analisa SWOT untuk improvement heat rate PLTU BerbagiEnergi adalah sebagi berikut.

Gambar 5. Analisa SWOT improvement heat rate

Gambar 5. di atas menunjukkan bahwa program improvement tara kalor untuk mencapai level six sigma sangat memungkinkan untuk dilakukan pada PLTU BerbagiEnergi.

Selanjutnya pada fase measure akan dilakukan beberapa analisa yang diantaranya adalah benchmark pembangkit, uji normalitas losses heat rate, capability process, dan beberapa pembahasan lain dengan menggunakan tools Minitab untuk mempermudah analisa.

@Pelabuhan Ratu

Pada sektor Pembangkitan Listrik strategi peningkatan efisiensi pembangkit untuk menurunkan heat rate dilakukan dengan menggunakan berbagai jenis pendekatan, baik pendekatan yang dilakukan dengan teknikal berupa perbaikan korektif maupun improvement pada peralatan, optimasi baseline pramater operasi, optimasi pembakaran dan juga pendekatan yang dilakukan dengan melakukan manajemen pembangkitan.

Namun permasalahan yang dihadapi oleh industry pembakit listrik tenaga uap saat ini adalah tidak adanya metode khusus dan mudah untuk melakukan improvemet penggunaan energi. Selain itu penggunaan batubara LRC yang didominasi oleh tingginya kandungan moisture, hydrogen dan sulfur juga mengakibatkan permasalahan pada proses pembakaran dan akan berakibat kepada kontrak kinerja unit (KKU) pada net plant heat rate (NPHR).

Oleh karena itu diperlukan metode khusus untuk optimasi penggunaan energi yaitu dengan cara metod lean six sigma sehingga dapat mengurangi losses energi pada pembangkit dan agar KKU perusahaan khususnya pencapaian heat rate dapat terpenuhi. Lean Six Sigma merupakan salah satu metodologi yang dapat digunakan untuk meningkatkan shareholder value dengan meningkatkan perbaikan yang berfokus pada kepuasan pelanggan, biaya, kualitas, kecepatan proses dan modal investasi.

DMAIC merupakan inti dari analisis six sigma yang menjamin voice of costumer berjalan dalam keseluruhan proses sehingga produk yang dihasilkan memuaskan pelanggan. Penjelasan singkat dari DMAIC adalah sebagai berikut :

1. Define adalah fase menentukan masalah, menetapkan persyaratan-persyaratan pelanggan, mengetahui CTQ (Critical to Quality).
2. Measure adalah fase mengukur tingkat kecacatan pelanggan (Y).
3. Analyze adalah fase menganalisis faktor-faktor penyebab masalah/cacat (X).
4. Improve adalah fase meningkatkan proses (X) dan menghilangkan faktor-faktor penyebab cacat.
5. Control adalah fase mengontrol kinerja proses (X) dan menjamin cacat tidak muncul

Penggunaan konsep DMAIC dilakukan agar identifikasi permasalahan dan improvement dapat terstruktur secara baik dan mudah untuk dikembangkan.

Next, akan dibahas langkah-langkah analisis lean six sigma secara detail dengan menggunakan tools Minitab untuk analisa data sekunder, serta Cycle Tempo untuk melakukan simulasi dari kondisi pembangkit.

@pelabuhan ratu