Indonesia memiliki pertumbuhan penduduk yang sangat tinggi. Menurut data dari databoks.katadata.co.id, kebutuhan energi masyarakat Indonesia setara dengan 861 juta barel minyak. Energi listrik memiliki penggunaan yang sangat luas dalam masyarakat Indonesia. Energi listrik dapat dihasilkan melalui berbagai proses, salah satunya melalui pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). PLTU menghasilkan listrik dengan memanfaatkan uap air berkecepatan tinggi untuk menggerakan turbin yang terhubung ke dinamo yang akan menghasilkan listrik. Uap air dihasilkan dari air yang dipanaskan melalui proses pembakaran dengan bahan bakar. Proses pembakaran ini menghasilkan gas karbondioksida (CO2) yang dapat mencemari udara.
Gas CO2 dapat menyebabkan berbagai masalah lingkungan dan kesehatan manusia. CO2 merupakan gas rumah kaca yang dapat menjebak panas di dalam bumi. Akibatnya suhu di bumi akan terus meningkat. Peningkatan suhu global yang esktrem sangat berdampak pada stabilitas iklim di bumi. Dampak dari perubahan iklim sangatlah nyata, dengan memicu fenomena-fenomena, seperti cuaca ekstrem, naiknya permukaan laut, dan ganguan ekosistem. Selain itu, gas CO2 juga bisa menyebabkan berbagai macam penyakit pernapasan, seperti pneumonia dan kanker paru-paru.
Salah satu jenis dari PLTU adalah PLTU batubara, PLTU batubara menggunakan batubara sebagai bahan bakar pemanas air. PLTU batubara menghasilkan emisi gas berupa gas CO2 dengan suhu mencapai 482 hingga 593. Suhu gas emisi PLTU batubara yang relatif tinggi ini kemudian mendingin setelah dilepaskan di udara. Dalam upaya mencari solusi energi yang terbarukan, suhu gas emisi PLTU batubara yang tinggi ini dapat dimanfaatkan kembali dengan menggunakan teknologi Heat Recovery Steam Generator (HRSG).
PLTU ibarat sebuah tugku besar yang menghasilkan gas dengan suhu yang sangat tinggi. Setelah makanan matang, biasanya panas dari tungku ini dibiarkan menghilang begitu saja. Namun, dengan memanfaatkan teknologi seperti HRSG, panas sisa dari tungku itu bisa dialirkan ke panci lain, untuk menghangatkan air atau memasak hidangan lainnya tanpa perlu menyalakan api lagi. Demikianlah cara HRSG bekerja, memanfaatkan sisa panas yang sebelumnya terbuang untuk menghasilkan energi tambahan, membuat proses produksi energi menjadi lebih efisien dan ramah lingkungan.
Prinsip Kerja Heat Recovery Generator
Skema HRSG. Sumber: https://www.savree.com/
HRSG merupakan sebuah sistem yang dirancang untuk memanfaatkan panas yang tersisa dari proses-proses industri, seperti dari pembangikit listrik tenaga gas (PLTG). Cara kerja dari HRSG menyerupai PLTU. Panas yang tersisa dapat dimanfaatkan oleh HRSG untuk memanaskan air dan menghasilkan uap yang dapat memutar turbin. Dengan ini, energi panas dapat diubah menjadi energi mekanik. Kemudian turbin ini dapat memutar generator dan menghasilkan listrik. Setelah melewati turbin, uap air akan terbawa ke kondensor, dimana uap akan didinginkan dan mengalami kondensasi kemudian berubah kembali menjadi air.
HRSG memanfaatkan prinsip konduksi dan konveksi termal untuk mentransfer panas dari gas sisa kepada air. Dalam fisika, fenomena ini dijelaskan dengan Hukum Fourier, yang menyatakan bahwa aliran panas akan bergerak dari area yang bersuhu tinggi ke suhu yang lebih rendah hingga kesetimbangan tercapai. Energi panas ini kemudian memanaskan air dalam HRSG melalui tiga tahap utama, yaitu economizer, evaporator, dan superheater.
Secara lebih detail, setiap bagian dari HRSG akan mendapatkan panas dari sisa gas hasil pembakaran PLTU dengan suhu yang berbeda-beda. Economizer terletak paling jauh dari sumber gas emisi. Pada bagian ini, air dipanaskan hingga mendekati titik didihnya. Kemudian evaporator berada lebih dekat dengan sumber gas emisi, sehingga suhunya lebih tinggi. Pada bagian ini, air dipanaskan hingga menjadi uap air. Terakhir, superheater terletak paling dekat sumber gas emisi, dengan suhu yang paling tinggi. Pada bagian ini, tekanan dan kecepatan uap iar mengalami peningkatan drastis karena suhunya yang tinggi. Hal ini disebabkan oleh hukum gas ideal, yakni peningkatan suhu gas akan menyebabkan peningkatan kecepatan dan tekanan gas tersebut. Uap air yang memiliki tekanan dan kecepatan tinggi ini kemudian diarahkan ke turbin untuk mengubah energi uap menjadi energi mekanik. Selanjutnya, turbin ini menggerakan generator yang mengubah energi mekanik ini menjadi energi listrik.
Secara teknis, terdapat beberapa prinsip kimia dan fisika yang terjadi pada HRSG. Ketika air menyerap panas molekul HO mengalami peningkatan energi kinetik, yang memutuskan ikatan hidrogen antar molekul dan mengubah fase cair menjadi uap. Di superheater, energi panas lebih lanjut meningkatkan suhu dan tekanan uap, menghasilkan superheated steam dengan energi kinetik yang sangat tinggi. Uap ini kemudian diarahkan ke turbin dan energi termal uap dikonversi menjadi energi mekanik yang memutar baling-baling turbin sesuai Hukum Termodinamika Pertama. Proses ini mengikuti prinsip siklus Rankine, yang beroperasi dalam tahapan pemanasan, penguapan, superheating, dan ekspansi uap di turbin. Setelah melalui turbin, uap bertekanan rendah dikondensasikan kembali menjadi air untuk kembali ke economizer, memungkinkan siklus berlangsung berulang untuk menghasilkan energi mekanik yang kemudian diubah menjadi listrik.