LAMPIRAN
DAFTAR PUSTAKA
[1] Badan Standarisasi Nasional. Klasifikasi Sumberdaya dan Cadangan Batubara. SNI 5014:1998.
[2] Guandong Power Engineering Corporation, 2014. Boiler Operation Manual. PLTU UJP Pangkalan Susu.
[3] Guandong Power Engineering Corporation, 2014. Generator Operation Manual. PLTU UJP Pangkalan Susu.
[4] Guandong Power Engineering Corporation, 2014. Turbine Operation Manual. PLTU UJP Pangkalan Susu.
[5] Kulshresta, S.K. 1989. Termodinakika Terpakai, Teknik Uap dan Panas. Jakarta: Universitas Indonesia.
[6] Marsudi, Djiteng. 2005. Pembangkitan Energi Listrik. Jakarta: Erlangga.
[7] Marsudi, Djiteng. 2006. Operasional Sistem Tenaga Listrik. Yogyakarta:
Graha Ilmu.
[8] PLN Corporate University. 2013. Pembidangan Prajabaatan S1-Enjiner Pembangkitan Termal [A.q.4.2.78.2]. Pengoperasian PLTU. Edisi I.
[9] PT. PLN (Persero), 2004. Kursus Penyegaran Unit PLTU (Refresher 1) 03. Operasi Sistem PLTU. Unit Pendidikan dan Pelatihan Suralaya.
[10] Sudarto, Yudi. 1999. Kajian Teoritk Perhitungan Efisiensi PLTU Unit I Kapasitas 400 MW di Paiton.
[11] Sinulingga, Adi Apri. 2009. Pengaruh Perubahan Beban Generator Listrik Terhadap Efisiensi Kinerja PLTU. Tugas Akhir. Medan: Universitas Sumatera Utara.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Umum
Metode penelitian merupakan suatu cara yang harus dilakukan dalam kegiatan penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu penelitian dapat memenuhi nilai-nilai ilmiah. Dengan demikian penyusunan metode ini dimaksudkan agar peneliti dapat menghasilkan suatu kesimpulan yang dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah. Metode penelitian ini mencakup beberapa hal yang masing-masing tujuannya untuk menentukan keberhasilan pelaksanaan pebelitian guna menjawab permasalahan disampaikan dalam penelitian. Langkah-langkah yang telah ditetapkan adalah penetapan tempat dan waktu penelitian, penetapan prosedur penelitian, dan membuat flowchart penelitian.
3.2 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan mulai dari tanggal 27 Juli 2016 sampai 7 Agustus
2016 dan bertempat di PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW Unit 1. Gambar 4.2 berikut ini menunjukkan project PT. Indonesia Power – Unit Jasa Pembangkit PLTU Pangkalan Susu.
3.3 Variabel yang Dibutuhkan
Variabel-variabel yang dibutuhkan pada penelitian ini adalah: 1. Daya aktif generator PLTU Pangkalan Susu Unit 1 (MW) 2. Konsumsi bahan bakar (ton/jam)
3. Nilai kalor bahan bakar (kkal/kg)
3.4 Prosedur Penelitian
Adapun metode penelitian dalam Tugas Akhir ini ditunjukkan oleh diagram alir pada Gambar 3.2.
Berikut ini langkah-langkah penelitan tugas akhir ini:
1. Mengidentifikasi masalah, yaitu menentukan tempat pengambilan data
Tugas Akhir di PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW Unit 1.
2. Selanjutnya pengambilan data, yaitu data Daya Aktif (MW) yang
dibangkitkan generator, Jumlah konsumsi bahan bakar (ton/jam), dan nilai kalor bahan bakar (kkal/kg).
3. Selanjutnya kita menganalisa data yang diperoleh untuk mendapatkan
efisiensi kerja PLTU Pangkalan Susu setiap terjadi perubahan beban geneator. Dan juga menampilkan grafik efisensi kerja PLTU Pangkalan Susu terhadap perubahan beban generator.
4. Selanjutnya memperhatikan hasil analisis berupa besar efisiensi kerja PLTU Pangkalan Susu apakah noramal atau tidak. Jika tidak kita akan mengambil data kembali sampai dihasilkan besar efisiensi kerja yang normal.
5. Selanjutnya jika besar efisiensi kerja PLTU normal maka dilanjutkan ke langkah hasil dan pembahasan, yaitu penarikan kesimpulan dari hasil
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Operasional PLTU Pangkalan Susu Unit 1
Tabel 4.1 Data Perhitungan (31 Juli 2016) Faktor kalibrasi bahan bakar (Fx = 1,125389)
Tabel 4.2 Data Perhitungan (1 Agustus 2016) Faktor kalibrasi bahan bakar (Fx = 1,125389)
Berikut ini kurva beban harian generator unit 1 PLTU Pangkalan Susu pada tanggal 31 Juli 2016 dan 1 Agustus 2016.
Gambar 4.1 Kurva beban harian generator (31 Juli 2016)
4.2 Analisa Data
Berikut ini perhitungan efisien PLTU Pangkalan Susu Unit 1 setiap terjadi perubahan beban setiap jamnya:
Jenis batubara LRC
Nilai kalor bahan bakar batubara = 4.911 kkal/kg Jam 18.00, tanggal 31 Juli 2016
Beban Generator (Pout) = 146,5 MW
Jumlah energi masukan pada boiler (Pin) adalah:
Pin = konsumsi bahan bakar x nilai kalor bahan bakar
Jam 19.00, tanggal 31 Juli 2016 Beban Generator (Pout) = 155 MW
Konsumsi bahan bakar = 69,1 x Fx = 69,1 x 1.125389 = 77,76 ton/jam = 77.760 kg/jam
Jumlah energi masukan pada boiler (Pin) adalah:
Pin = konsumsi bahan bakar x nilai kalor bahan bakar = 77.760 kg/jam x 4911 kkal/kg
Jam 02.00, tanggal 1 Agustus 2016 Beban Generator (Pout) = 144,1 MW
Jumlah energi masukan pada boiler (Pin) adalah:
Pin = konsumsi bahan bakar x nilai kalor bahan bakar = 77420 kg/jam x 4911 kkal/kg
= 442.099.297 J/s = 442.099.297 Watt
Efisiensi (η) pembangkit listrik adalah:
η = (Pout / Pin) x 100%
= (144.100.000 / 442.099.297) x 100% = 32,59 %
Jam 03.00, tanggal 1 Agustus 2016 Beban Generator (Pout) = 140,2 MW
Jumlah energi masukan pada boiler (Pin) adalah:
Pin = konsumsi bahan bakar x nilai kalor bahan bakar
= 76.860 kg/jam x 4911 kkal/kg = 377.459.460 kkal/jam
= 1.580.045,3 x 106 J/jam = 438.901.472,1 J/s = 438.901.472,1 Watt
Efisiensi (η) pembangkit listrik adalah:
η = (Pout / Pin) x 100%
= (140.200.000 / 438.901.472,1) x 100% = 31,94 %
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah menyelesaikan analisis pengaruh perubahan beban listrik terhadap efisiensi kerja PLTU Pangkalan Susu, maka didapat beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Adanya faktor kalibrasi batubara sebesar (Fx = 1.125389), yang
menyebabkan jumlah pembakaran batubara semakin besar sehingga efisien PLTU makin kecil.
2. Efisiensi tertinggi terdapat pada saat beban 155 MW dan 160.3 MW, yaitu 34,90% dan 34,21%. Efisiensi terendah terdapat pada saat beban 129.1 MW dan 144.2 MW, yaitu 30,53 % dan 30,95 %.
5.2 Saran
Dari analisis yang telah dilakukan pada PLTU Pangkalan Susu unit 1, maka
ada beberapa saran yang akan penulis sampaikan yaitu:
1. Untuk medapatkan nilai efisiensi yang lebih lengkap maka pengambilan data sebaiknya dilakukan pada lebih banyak posisi beban, yaitu mulai beban
rendah, beban menengah, dan beban tinggi
2. Nilai efisiensi kerja PLTU Pangkalan Susu unit 1 masih tergolong baik,
BAB II DASAR TEORI
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Pembangkit Listrik Tebaga Uap (PLTU) adalah suatu pusat pembangkit tenaga listrik yang menggunakan turbin uap sebagai penggerak mulanya atau dengan kata lain menggunakan energi uap untuk memutar turbin. PLTU menggunakan fluida kerja air uap yang bersirkulasi secara tertutup. Siklus tertutup artinya menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang. Urutan sirkulasinya secara singkat adalah sebagai berikut:
Pertama air diisikan ke boiler hingga mengisi penuh seluruh permukaan pemindah panas. Di dalam boiler, air ini mendapatkan panas dengan
menyerap gas panas hasil pembakaran bahan bakar batubara, HSD serta udara sehingga berubah menjadi uap untuk memutar turbin.
Kedua, uap hasil prduksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu
diarahkan untuk memutar turbin HP (High Pressure), IP (intermediet Pressure) dan LP (Low Pressure) sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran.
Ketiga, generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar
menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan megnet dalam kumparan, sehingga ketika turbin berputar dihasilkan energi listrik dari terminal output generator.
Keempat, Uap bekas keluaran turbin masuk kedalam kondensor untuk
didinginkan dengan air pendingin agar berubah kembali menjadi air kondensat. Air kondensat hasil kondensiasi uap kemudian digunakan lagi sebagai air pengisian boiler.
Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang.
Gambar 2.1 Siklus fluida kerja sederhana pada PLTU
2.2 Siklus Rankine
Siklus kerja PLTU yang merupakan siklus tertutup dapat digambarkan dengan diagram T - s (Temperatur – entropi). Siklus ini adalah penerapan siklus rankine ideal. Gamabar 2.2 menunjukkan urutan kerja dari diagram T – s Siklus PLTU.
Gambar 2.2 Diagram T–s Siklus PLTU (Siklus Rankine)
1 - 2 : Air dipompa dari tekanan P2 menjadi P1. Langkah ini adalah
langkah kompresi isentropis, dan proses ini terjadi pada pompa air pengisi.
2 - 3 : Air bertekanan ini dinaikkan temperaturnya hingga mencapai titik
wujud menjadi uap jenuh. Langkah ini disebut vapourising (penguapan) dengan proses isobar isothermis, terjadi di boiler yaitu di wall tube (riser) dan steam drum.
3 - 4 : Uap dipanaskan lebih lanjut hingga uap mencapai temperatur
kerjanya menjadi uap panas lanjut (superheated vapour). Langkah ini terjadi di superheater boilerdengan proses isobar.
4 - 5 : Uap melakukan kerja sehingga tekanan dan temperaturnya turun.
Langkah ini adalah langkah ekspansi isentropis, dan terjadi didalam turbin.
5 - 1 : Pembuangan panas laten uap sehingga berubah menjadi air
kondensat.Langkah ini adalah isobar isothermis, dan terjadi didalam kondensor. [8]
2.3 Blok Diagram PLTU
PLTU Pangkalan Susu UPK Kitsum 2 adalah PLTU terbesar di Pulau Sumatera (2 Unit) dengan kapasitas 2 X 220 MW. PLTU merupakan pusat pembangkit tenaga listrik dengan menggunakan turbin uap sebagai penggerak mula dari generator. Gambar 2.3 merupakan blok diagram dari Pangkalan Susu. [8]
2.4 Peralatan-Peralatan Pendukung PLTU 2.4.1 Desalination Plant [8]
Fungsi desalination plant adalah mengolah air laut menjadi air murni. Proses desalination yang umum dilakukan adalah dengan cara menguapkan (evaporating) air laut. Bila air laut dipanaskan, maka airnya akan menjadi uap dan garam-garamnya akan tertinggal. Selanjutnya bila uap tersebut didinginkan akan diperoleh air kondensat yang disebut air desal atau fresh water.
Gambar 2.4 berikut ini menunjukkan skema dari desalination plant di PLTU Pangkalan Susu.
Gambar 2.4 Skema Desalination Plant Untuk lebih jelasnya berikut proses desalinasi air laut:
1. Air laut yang menjadi bahan baku utama dialirkan menuju sea water pit, dan untuk menghambat pertumbuhan biota-biota laut diinjeksikan Chlorin dengan kadar tertentu. Selanjutnya air laut difiltrasi untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang berukuran besar.
berukuran kecil menjadi partikel-partikel berukuran lebih besar sehingga lebih mudah dilakukan proses filtrasi.
3. Kemudian air laut selanjutnya dipanaskan dalam pemanas garam dan
kemudian dialirkan ke dalam chamber
4. Air laut yang telah panas mengalir dari tahap bertemperatur tinggi ke tahap
bertemperatur rendah melalui suatu bukaan kecil, sementara itu penguapan tiba-tiba (flash evaporates) terjadi dalam chamber
5. Uap air yang terjadi dalam chamber pada setiap tahap mengalir melalui
pemisah, dan mengeluarkan panas laten ke dalam tabung penukar panas sementara air laut mengalir melalui bagian dalam dan kemudian uap berkondensasi. Air yang terkondensasi dikumpulkan dalam penampung dan kemudian dipompa keluar sebagai air tawar.
2.4.2 Demineralizer Plant [8]
Berfungsi untuk menghilangkan kadar mineral (ion) yang terkandung dalam
air tawar. Air sebagai fluida kerja PLTU harus bebas dari mineral, karena jika air masih mengandung mineral berarti konduktivitasnya masih tinggi. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU. Gambar 2.5 di bawah ini menunjukkan skema dari Demineralizer Plant di PLTU Pangkalan Susu.
Berikut proses demineralisasi air laut:
1. Air laut dipompakan menuju filter (reverse osmosis) yang mengalirkan air
asin yang berkonsentrasi tinggi menuju air tawar yang berkonsentrasi rendah melalui suatu membrane semipermeabel
2. Kemudian air tawar dipompa menuju tangki tempat pertukaran kation.
Dimana HCL disuntikkan yang akan menukar ion-ion positif dalam air seperti Ca, Mg, Na dengan ion H+
3. Air dipompakan lagi menuju sebuah tangki dimana CO2 harus dihilangkan
4. Air dipompakan lagi menuju tangki tempat pertukaran anion. Air yang keluar
dari cation bersifat asam maka NaOH perlu disuntikkan, anion menukar ion-ion negatif dalam air seperti Cl, SO4, SiO2 dengan ion-ion OH- .
5. Kemudian air dipompakan lagi ketangki terakhir dimana HCl dan NaOH
disuntikkan kembali untuk memastikan tidak ada lagi ion ion positif dan negative seperti Ca, Mg, Na, SO4, SiO2.
6. Air yang keluar dari hasil pertukaran ion ini disebut sebagai air demin dengan
konduktivitas rendah yang akan digunakan dalam proses siklus air-uap di PLTU Pangkalan Susu
Gambar 2.5 Skema Demineralizer Plant
2.4.3 Reverse Osmosis (RO) [8]
Gambar 2.6 Prinsip Osmosis dan Reverse Osmosis
2.4.4 Auxiliary Boiler (Boiler Bantu) [2][8]
Pada umumnya merupakan boiler berbahan bakar minyak (fuel oil), yang berfungsi untuk menghasilkan uap (steam) yang digunakan pada saat boiler utama start up maupun sebagai uap bantu (auxiliary steam).
Penggunaan Auxiliary Boiler hanya bersifat sementara yaitu ketika unit (boiler) utama masih belum menghasilkan utama.Jika unit sudah beroperasi normal, pasokan dapat diambil dari ketel utama sehingga auxiliary boiler dapat dimatikan.
2.4.5 Coal Handling System [8]
Coal handling system berfungsi menangani mulai dari pembongkaran batubara dari kapal/tongkang (unloading area), penimbunan/penyimpanan di stock area atapun pengisian ke bunker (power plant) yang digunakan untuk pembakaran di Boiler. Alat transportasi yang digunakan dengan system conveyor.
2.4.6 Ash Handling (Unit Pembuangan Abu) [2] [8]
Ash handling Plant merupakan peralatan yang berfungsi sebagai penampung dan penyalur abu sisa pembakaran yang berasal dari ruang bakar (furnace).Ash handling Plant mempunyai 2 buah bagian / system, yaitu :
a. Fly Ash System
melalui ruang yang telah dipasang EP (Electrostatic Precipitator). Partikel abu yang terdapat dalam sisa pembakaran akan ditangkap oleh EP dan disalurkan ke pembuangan melalui Transporter atau Conveyor.
b. Bottom Ash
Bottom Ash System adalah sistem Ash Handling Plant yang khusus menangani atau menyalurkan abu sisa pembakaran dari bagian bawah ruang bakar. Selain menangani dan menyalurkan abu dari dalam furnace, Bottom Ash System juga menyalurkan abu yang berasal dari Ruang Economizer dan coal rejhect dari Pulverizer.
2.5 Bagian-Bagian Utama PLTU 2.5.1 Boiler [2] [8]
Boiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air yang berada di dalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu di dalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.
Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan.
Jika dioperasikan dengan benar, boiler secara efisien dapat mengubah air dalam volume yang besar menjadi steam yang sangat panas dalam volume yang lebih besar lagi yang akan digunakan untuk memutar turbin.
Tabel 2.1 Spesifikasi Boiler
Bagian-Bagian Boiler
Economizer
Economizer adalah alat yang merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke drum. Di dalam economizer air menyerap panas gas buang yang keluar dari superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong. Sumber panas yang diperlukan oleh alat tersebut berasal dari gas buang dalam boiler dengan suhu ±460,1 oC.
Steam Drum.
Superheater
Superheater merupakan kumpulan pipa Boiler yang terletak dijalan aliran gas panas hasil pembakaran. Superheater berfungsi untuk memanaskan uap agar kandungan energi panas dan kekeringannya bertambah sehingga menjadi uap superheat (uap panas lanjut). Pemasanan dilakukan dalam dua atau tiga tahap, sebagai pemanasnya adalah gas hasil pembakaran bahan bakar. Panas dari gas ini dipindahkan ke Saturated Steam yang ada dalam pipa Superheater, sehingga berubah menjadi Super Heated Steam sebelum disalurkan ke Turbin. Suhu pada Superheater 540 oC dan tekanan 13.43 MPa.g.
Reheater
Setelah tekanan dan temperatur SH Steam turun maka SH Steam tersebut akan dikembalikan ke Boiler untuk pemanasan ulang. Pemanasan ulang ini berlangsung di bagian Boiler yang disebut Re-Heater yang merupakan kumpulan pipa Boiler yang diberi panas dari gas pembakaran seperti Superheater dengan suhu inlet/outlet 322oC/540oC dan tekanan inlet/outlet
2,7/2,505 MPa.g. Di bagian Re-Heater, SH Steam akan dikembalikan untuk memutar Intermediate Presure Turbine (IP) dan Low Presure Turbine (LP).
Air Preheater
Peralatan Bantu Pada Boiler
Mill Pulverizer
Pulverizer adalah alat untuk menggiling batubara sehingga menjadi halus dan kemudian bersama dengan udara primer akan dialirkan ke Furnace dan untuk mengeringkan batubara sehingga mudah dihaluskan dan dibakar.
Dalam penggunaan Pulverizer yang perlu diperhatikan adalah temperatur dari udara primer, temperatur yang terlalu tinggi dapat menyalakan batubara dari dalam Pulverizer dan menyebabkan ledakan. Jika temperatur terlalu rendah, batubara tidak bisa kering dan sulit dihaluskan. Temperatur idealnya kira-kira 650C.
Coal Feeder
Peralatan yang berfungsi untuk mengatur laju aliran (Flow) ± 21 t/h (untuk membangkitkan 220 MW) batu bara dari Coal Banker menuju Mill Pulverizer.
ID Fan, FD Fan dan PA Fan.
Udara pembakaran ada dua macam, yaitu udara primer dan udara sekunder. Udara primer dipasok oleh Primary Air Fan (PA Fan) yang dihembuskan menuju ke alat penggiling batubara (Pulverizer) dengan suhu ±50oC dan tekanan ±15 kPa kemudian bersama-sama dengan serbuk batubara dialirkan ke Furnace.
Udara primer tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan untuk menghasilkan pembakaran sempurna. Untuk itulah diperlukan pasokan dari udara sekunder yang dihasilkan oleh FD Fan dengan suhu ±30oC dan tekanan ±2 kPa bersama ID Fan dengan suhu ±150 oC dan tekanan 300 Pa.
Gambar 2.7 Siklus Air dan Uap pada Boiler PLTU Pangkalan Susu 2.5.2 Turbin Uap [4] [8]
Turbin uap berfungsi untuk mengkonversi energi panas yang dikandung oleh uap menjadi energi putar (energi mekanik). Poros turbin dikopel dengan poros generator sehingga ketika turbin berputar generator juga ikut berputar.
Uap yang telah melakukan kerja di turbin tekanan dan temperatur turun hingga kondisinya menjadi uap basah.Uap keluar turbin ini kemudian dialirkan kedalam kondensor untuk didinginkan agar menjadi air kondensat, sedangkan
tenaga putar yang dihasilkan digunakan untuk memutar generator.
Jenis Turbin Uap
Jenis turbin menurut prinsip kerjanya terdiri dari : 1. Turbin Impuls (aksi)
Turbin impuls atau turbin tekanan tetap, adalah turbin yang ekspansi uapnya hanya terjadi pada sudu-sudu tetap atau nosel. Ketika uap
2. Turbin Reaksi
Pada turbin reaksi penurunan tekanan terjadi pada sudu tetap dan sudu gerak. Kedua jenis turbin ini mempunyai karakteristik yang berbeda seperti ditunjukkan dalamgambar dibawah. Gambar 2.8 berikut ini menunjukkan jenis turbin uap dan karakeristiknya.
Gambar 2.8 Jenis Turbin Uap dan Karakteristiknya
Bagian Turbin Uap
Casing
Casing adalah bagian yang diam merupakan rumah atau wadah dari rotor.Pada casing terdapat sudu-sudu diam (disebut stator) yang dipasang melingkar dan berjajar terdiri dari beberapa baris yang merupakan pasangan dari sudu gerak pada rotor.Sudu diam berfungsi untuk mengarahkan aliran uap agar tepat dalam mendorong sudu gerak pada rotor.
Rotor
gerak disebut tingkat (stage).Sudu gerak (rotor) berfungsi untuk mengubah energi kinetik uap menjadi energi mekanik.
Bantalan
Fungsi bantalan adalah untuk menopang dan menjaga rotor turbin agar tetap pada posisi normalnya. Ada dua macam bantalan pada turbin, yaitu:
- Bantalan journal yang berfungsi untuk menopang dan mencegah poros
turbin daripergeseran arah radial
- Bantalan aksial (thrust bearing) yang berfungsi untuk mencegah turbin
bergeserkearah aksial.
Katup Utama
Katup utama turbin terdiri dari :
Main Stop Valve (MSV)
Katup ini berfungsi sebagai katup penutup cepat jika turbin trip atau sebagai katup pengisolasi turbin terhadap uap masuk. MSV bekerja dalam dua posisi yaitu menutup penuh atau membuka penuh. Pada saat turbin beroperasi maka MSV membuka penuh. Sebagai penggerak untuk membuka MSV digunakan tekanan minyak hidrolik. Sedangkan untuk menutupnya dengan kekuatan pegas.
Governor Valve (GV)
Turbin harus dapat beroperasi dengan putaran yang konstan pada beban yang berubah ubah. Untuk membuat agar putaran turbin selalu tetap digunakan governor valve yang bertugas mengatur aliran uap masuk turbin sesuai dengan bebannya. Sistem governor valve yang digunakan umumnya adalah mechanic hydraulic (MH) atau electro hydraulic (EH).
Pada turbin dengan kapasitas > 100 MW dilengkapi dengan katup uap reheat, yaitu Reheat Stop Valve (RSV) dan Interceptor Valve (ICV).
Tabel 2.2 Spesifikasi Turbin Uap
2.5.3 Kondensor [8]
Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas dari turbin (uap yang telah digunakan untuk memutar turbin).Proses perubahannya dilakukan dengan cara mengalirkan uap ke dalam suatu ruangan yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir di luar pipa-pipa (shell side) sedangkan air sebagai pendingin mengalir di dalam pipa-pipa (tube side). Kebutuhan air untuk pendingin di kondensor sangat besar sehingga dalam perencanaan biasanya sudah diperhitungkan. Air pendingin diambil dari sumber yang cukup persediannya,
yaitu dari danau, sungai atau laut. Posisi kondensor umumnya terletak dibawah turbin sehingga memudahkan aliran uap keluar turbin untuk masuk kondensor karena gravitasi.
Konstruksi Kondensor
Gambar 2.9 berikut ini menunnjukkan konstruksi dari kondensor yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu.
Gambar 2.9 Konstruksi Kondensor
2.5.4Generator Sinkron [3] [8]
Tujuan utama dari kegiatan di PLTU adalah menghasilkan energi listrik.Produksi energi listrik merupakan target dari proses konversi energi di PLTU. Generator yang dikopel langsung dengan turbin akan menghasilkan tegangan listrik ketika turbin berputar. Gambar 2.10 berikut ini merupakan Generator PLTU dengan main exciter dan pilot exciter.
Proses konversi energi didalam generator adalah dengan memutar medan magnet didalam kumparan. Rotor generator sebagai medan magnet menginduksi kumparan yang dipasang pada stator sehingga timbul tegangan diantara kedua ujung kumparan generator. Untuk membuat rotor agar menjadi medan magnet, maka dialirkan arus DC ke kumparan rotor. Spesifikasi utama dari generator yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu akan dijelaskan pada tabel 2.3 berikut ini.
Tabel 2.3 Spesifikasi Generator
Konstruksi Generator Sinkron
Generator sinkron pada prinsipnya terdiri atas 2 bagian utama, yaitu: 1. Rotor
Gambar 2.11 Rotor Non- sailent dan penampang rotor pada generator sinkron di PLTU Pangkalan Susu
2. Stator
Stator terdiri dari casing yang berisi kumparan dan rotor yang merupakan medan magnet listrik terdiri dari inti yang berisi kumparan.Inti ini terbentuk
Gambar 2.12 Stator Generator di Pangkalan Susu Prinsip kerja generator adalah sebagai berikut:
1. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber
eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.
2. Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya.
= .
dimana : n = Kecepatan putar rotor (rpm) P = Jumlah kutub rotor
f = frekuensi (Hz)
3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang
besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut, hal tersebut sesuai dengan persamaan :
= −� �
= −� � �� � �
= −� � � �� cos � .
bila: � = �
= −� � � �� cos � .
bila:
=
�.= −� ( . � . . ) � �� cos � .
�� = � ( . , . . ) � �� .
= ��
√ =
� . , . . � ��
√
= , � � �� .
bila:
= , �
maka:
= . . � �� .
Dimana:
C = Konstanta Φmaks = Fluks magnetik (weber)
p = Jumlah kutub
Untuk generator sinkron tiga fasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparanjangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk menghasilkan energi listrik. [12]
Reaksi Jangkar Generator Sinkron [12]
Saat generator sinkron bekerja pada beban nol tidak ada arus yang mengalir melalui kumparan jangkar (stator), sehingga yang ada pada celah udara hanya fluksi arus medan rotor. Namun jika generator sinkron diberi beban, arus jangkar Ia akan mengalir dan membentuk fluksi jangkar. Fluksi jangkar ini kemudian mempengaruhi fluksi arus medan dan akhirnya menyebabkan berubahnya harga tegangan terminal generator sinkron. Reaksi ini kemudian dikenal sebagai reaksi jangkar seperti pada gambar 2.13 berikut :
Keterangan gambar :
a) Medan magnet yang berputar akan menghasilkan tegangan induksi EAmax
b) Tegangan resultan menghasilkan arus lagging saat generator berbeban
induktif
c) Arus stator menghasilkan medan magnet sendiri BS dan tegangan Estat pada
belitan stator
d) Vektor penjumlahan BS dan BR yang menghasilkan Bnet dan penjumlahan
Estat dan EAmax menghasilkan VΦ pada outputnya.
Perbedaan pengaruh yang ditimbulkan fluksi jangkar tergantung kepada beban dan faktor daya beban, yaitu:
1) Untuk beban resistif (cosφ = 1)
Pengaruh fluksi jangkar terhadap fluksi medan hanya sebatas mendistorsinya saja tanpa pengaruh kekuatannya (cross magnetizing)
2) Untuk beban induktif murni (cosφ = 0 lag)
Arus akan tertinggal 900 dari tegangan. Fluksi yang dihasilkan oleh arus
jangkar akan melawan fluksi arus medan. Dengan kata lain reaksi jangkar akan demagnetising artinya pengaruh reaksi jangkar akan melemahkan fluksi arus medan.
3) Untuk beban kapasitif murni (cosφ = 0 lead)
Arus akan mendahului tegangan sebesar 900. Fluksi yang dihasilkan arus jangkar akan searah dengan fluksi arus medan sehingga reaksi jangkar yang terjadi magnetizing artinya pengaruh reaksi jangkar akan menguatkan fluksi arus medan.
4) Untuk beban tidak murni (induktif/kapasitif)
2.6 Pengaturan Frekuensi dan Daya Aktif
Daya aktif mempunyai hubungan erat dengan nilai frekuensi sistem. Penyediaan daya aktif harus disesuaikan dengan kebutuhan daya aktif beban, penyesuaian ini dilakukan dengan mengatur kopel penggerak generator, sehingga tidak ada pemborosan penggunaan daya.
Pada umumnya dalam sistem tenaga listrik digunakan generator sinkron tiga fasa untuk pembangkit tenaga listrik yang utama. Oleh karena itu, pengaturan frekuensi sistem tergantung pada karakteristik generator sinkron. Menurut Hukum Newton ada hubungan antara kopel mekanik penggerak generator dengan perputaran generator :
�− � = � .
Dimana :
TB = Kopel penggerak generator
TG = Kopel beban yang membebani generator
H = momen inersia dari generator beserta mesin penggeraknya ω = kecepatan sudut perputaran generator
Frekuensi akan turun jika daya aktif yang dibangkitkan tidak mencukupi kebutuhan beban dan sebaliknya frekuensi akan naik jika kelebihan daya aktif dalam sistem. Secara mekanis apabila :
� − � = � < , � < , ℎ� �
�− � = � > , �> , ℎ� � �
Dari persamaan di atas, secara tidak langsung penyediaan daya aktif dapat pula mempengaruhi frekuensi sistem. [7]
2.7 Pengaturan Putaran (Governing)
Sistem governing pada turbin berfungsi untuk mengontrol aliran uap agar
Tetapi apabila terjadi beban turbin turun dengan pembukaan katup uap yang tetap, maka putaran akan naik akibat jumlah uap melebihi yang dibutuhkan. Untuk mengembalikan keputaran normal maka perlu memperkecil pembukaan katup uap agar menyesuaikan jumlah uap yang dibutuhkan. Begitu juga dengan sebaliknya jika beban turbin naik. Untuk mengatasi hal-hal tersebut di atas, maka governor dapat melakukan perubahan-perubahan sesuai kebutuhan secara automatik. [9]
Speed Droop Governor
Speed Droop adalah bilangan prosentase yang menyatakan kepekaan turbin merespon perubahan frekuensi. Semakin kecil nilai prosentase speed droop, maka semakin peka terhadap perubahan frekuensi. Demikian pula sebaliknya, semakin besar nilai prosentase speed droop, maka semakin malas merespon perubahan frekuensi.
Speed droop menentukan hubungan antara sinyal pengaturan putaran (governor) dengan output beban yang dibangkitkan oleh Generator. Speed Droop merupakan perbandingan beban dengan frekuensi.
Makin kecil nilai speed droop dari governor maka makin peka terhadap perubahan beban. Sekilas jika pada suatu pembangkit memiliki nilai speed droop sebesar 5 % maka dapat dihitung :
5 % = 0,05 x 50 Hz = 2,5 Hz
2.8 Bahan Bakar Batubara
Dalam PLTU, energi primer yang dikonversikan menjadi energi listrik adalah bahan bakar. Bahan bakar yang digunakan dapat berupa batubara (padat), minyak (cair), atau gas. Ada kalanya PLTU menggunkan kombinasi beberapa macam bahan bakar. Untuk setiap macam bahan bakar, komposisi perpindahan panas berbeda. [6]
Batubara merupakan bahan baku pembangkit energi listrik yang pada umumnya digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga uap. Batubara dibedakan berdasarkan nilai kalor serta lama proses pembentukannya. Pengelompokan ini menunjukkan kualitas batubara yang akan membedakan nilai ekonomis serta kegunaan batubara tersebut. Terdapat empat jenis batubara mulai dari kualitas rendah hingga tinggi, yaitu: lignit, sub-bituminous, bituminous, dan antrasit.
Indonesia, tersebar di pulau sumatera, kalimantan dan Sulawesi, biasa
digunakan untuk proses pemanasan. Bituminous memiliki nilai kalor 5700
kcal/kg hingga 6900 kcal/kg.
Sub-bituminus mengandung sedikit Karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan
bituminous. Batubara sub-bituminous memiliki nilai kalor 4166 kcal /kg
hingga 5700 kcal/kg.
Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya. Lignit atau sering disebut sebagai brown coal. Batubara ini merupakan batubara kelas rendah dengan nilai
Komposisi kimiawi batubara berpengaruh kuat pada daya pembakarannya. Sifat-sifat batubara secara luas diklasifikasikan kedalam sifat fisik dan sifat kimia. Sifat fisik batubara termasuk nilai panas, kadar air, bahan mudah menguap dan abu. Sifat kimia batubara tergantung dari kandungan berbagai bahan kimia seperti karbon, hidrogen, oksigen, dan sulfur.
Terdapat dua metode untuk menganalisis batubara, yaitu analisis ultimate dan analisis proximate. Analisis ultimate menganalisis seluruh elemen komponen batubara, padat atau gas dan analisis proximate meganalisis hanya fixed carbon, bahan yang mudah menguap, kadar air dan persen abu. Analisis ultimate harus dilakukan oleh laboratorium dengan peralatan yang lengkap oleh ahli kimia yang trampil, sedangkan analisis proximate dapat dilakukan dengan peralatan yang sederhana. [1]
2.9 Rugi – Rugi
Sesuai dengan hukum II termodinamika yang menyatakan bahwa energi termal tidak dapat dikonversi menjadi kerja oleh proses siklus dengan efisiensi
100% maka setiap alat konversi energi akan mempunyai rugi-rugi. Pada pembangkit listriktenaga uap terdapat tiga alat konversi energi yang bekerja pada sistem yaitu boiler atau ketel uap, turbin uap dan generator listrik atau alternator.
Proses pembakarn dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram aliran energi. Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukkan jumlah energi yang dikandung dalam aliran masing-masing.
Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Kerugian ditiap-tiap tingkat turbin adalah kerugian di sudu-sudu turbin, kerugian gesekan dan kerugian ventilasi, serta kerugian kebocoran (celah). Sudu-sudu turbin adalah suatu tempat dimana energi aliran uap harus diubah menjadi gaya keliling. [5]
Pada turbin uap terjadi kerugian gesekan dengan roda uap, harga gesekan ini akan makin besar bila diameter roda makin besar dan makin tinggi kecepatan roda serta makin besar kerapatan uapnya. Karena hanya sebagian dari sudu disekeliling roda yang dimasuki/digerakkan oleh uap, maka akibatnya akan timbul kerugian ventilasi. Bila sudu jalan yang bergerak melewati bagian yang tidak ada nozel atau sudu pengarahnya, sehingga sudu jalan tersebut tidak dialiri/dimasuki uap, maka pada bagian ini akan terdapat olakan pada pusaran-pusaran uap, dan hasilnya dari peristiwa ini akan bekerja sebagai rem. Kerugian ventilasi ini tergantung kepada panjang sudu, besarnya pemasukan uap kedalam sudu-sudu turbin dan kecepatan keliling serta kepada kerapatan uap. Untuk turbin yang kecil kerugian ventilasi ini dapat diketahui dengan jelas dan sangat mengurangi
efisiensi turbin. Kerugian kebocoran (celah) terdapat diantara rotor dan rumah turbin pada ujung dari sudu pengarah dan sudu jalan. Makin pendek panjangnya sudu dan makin besar kebutuhan celah untuk mengatasi perbedaan temperatur
pada saat turbin start, makin besarlah kerugian kebocorannya. Sebab uap tersebut mengalir di ujung-ujung sudu melalui penampang celah tanpa bekerja (memberikan energinya untuk bekerja).
Pertimbangan terhadap rugi-rugi mesin listrik merupakan hal yang penting berdasarkan ketiga alasan berikut : (1) rugi-rugi menentukan efisiensi mesin dan cukup berpengaruh terhadap biaya pemakaiannya; (2) rugi-rugi menentukan pemanasan mesin sehingga menentukan pula keluaran daya atau ukuran yang dapat diperoleh tanpa mempercepat keausan isolasinya; dan (3) jatuhnya tegangan atau komponen arus yang bersangkutan dengan rugi-rugi yang dihasilkan harus diperhitungkan dengan semestinya dalam penampilan mesin.
(kecuali daya yang diperlukan untuk mendorong udara melalui terowongan luar yang panjang terhadap mesin). Rugi-rugi gesekan dan perlilitan dapat diukur dengan menentukan masukan pada mesin yang bekerja pada kecepatan yang semestinya tetapi tidak diberi beban dan tidak diteral. Kadang-kadang juga dimasukkan rugi-rugi inti dan ditentukan pada saat yang sama.
Rugi-rugi inti rangkaian terbuka, atau tanpa beban. Rugi-rugi inti rangkaian terbuka terdiri atas rugi-rugi histerisis dan arus-eddy yang timbul dari perubahan kecepatan fluks pada besi mesin dengan hanya lilitan peneral utama yang diberi tenaga. Peda mesin dc dan mesin serempak, rugi-rugi ini terutama dialami oleh besi armatur, meskipun pembentukan pulsa fluks yang berasal dari mulut celah akan menyebabkan rugi-rugi pada besi medan juga, terutama pada sepatu kutub atau permukaan besi medan. Rugi-rugi inti rangkaian terbuka dapat diperoleh dengan mengukur masukan pada mesin pada saat bekerja tanpa beban pada kecepatan ukuran atau frekuensi ukuran dan dengan fluks atau tegangan yang semestinya dan kemudian mengurangan rugi-rugi perlilitan dan gesekan dan, jika mesin tersebut bekerja sendiri selama dites, rugi-rugi I2 R armatur tanpa beban
(rugi-rugi I2 R stator beban pada motor induksi). Biasanya data diambil untuk suatu kurva rugi-rugi inti sebagai fungsi dari tegangan armatur di sekitar tegangan ukuran. Maka rugi-rugi inti dalam keadaan dibebani ditentukan sebagai harga
pada suatu tegangan yang besarnya sama dengan tegangan ukuran yang merupakan perbedaan dari jatuhnya tahanan-ohm armatur pada saat dibebani (pada mesin ac merupakan pembetulan fasor). Rugi-rugi arus eddy tergantung pada kuadrat dari kerapatan fluks, frekuensi, dan ketebalan dari lapisan. Pada keadaan mesin normal besarnya dapat didekati dengan:
Pe = Ke . (Bmaks. f . τ)2 (2.10)
Dimana :
τ = tebal lapisan
Bmaks = kerapatan fluks maksimum
f = frekuensi
Harga Ke tergantung pada satuan yang digunakan, volume besi, dan resistivitas
besi. Ragam dari rugi-rugi histerisis dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan empiris saja. Persamaan yang banyak digunakan adalah :
Ph = Kh f Bnmaks (2.11)
Dimana Kh merupakan tetapan pembanding yang besarnya tergantung pada
karakteristik dan volume besi dan satuan yang dipergunakan dan pangkat n berkisar antara 1,5 sampai dengan 2,5 dan biasa diambil 2,0 dalam memperkirakan penampilan mesin. Pada kedua persamaan diatas frekuensi dapat diganti dengan kecepatan dan kerapatan fluks dengan tegangan yang sesuai, dengan mengubah besarnya tetapan pembanding juga. [11]
2.10 Efisiensi
Seperti telah kita ketahui bahwa energi masukan pada PLTU adalah pemasukan sejumlah bahan bakar pada ruang bakar ketel uap dan dan dikonvesikan melalui media uap sehingga keluaran dari unit pembangkit ini adalah berupa daya listrik pada generator listrik. Keluaran dari generator listrik berupa GGL listrik sebesar :
jadi jika nilai f dimasukkan ke persamaan di atas, maka:
= , .�. . Φ . N volt .
Karena nilai P dan N tidak berubah pada generator maka harga-harga yang tidak
berubah akan dijadikan menjadi suatu ketetapan yang kita sebut dengan konstanta (C), sehingga persamaan lebih mudah untuk dipahami.
E = C . n . Φ .
Gambar 2.15 Rangkaian listrik generator berbeban
Dimana:
E : GGL induksi (volt)
C : konstanta
Φ : besarnya fluks magnet (Weber)
Pada generator sinkron berbeban, maka pada kumparan armatur timbul Ia dan Xm akibatnya timbul penurunan GGL armatur tanpa beban. Tegangan terminal Vt yang timbul adalah :
Vt = Ea – I (Ra + j Xs)
Vt = Ea – Ia Zs . Daya sebuah generator 3 phasa dinyatakan dalam rumus berikut :
= √ . ��−�. . cos φ . Atau
= . ��−� . . cos φ .
Resistansi jangkar, resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya
kerugian tegangan jatuh/fasa dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar.
Reaktansi bocor jangkar, saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang sudah ditentukan, hal seperti ini disebut fluks bocor.
Reaksi jangkar, adanya arus mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluks jangkar (ФA) yang ber integrasi dengan fluks yang dihasilkan medan rotor (ФF), sehingga akan
dihasilkan suatu fluks resultan sebesar ФR = ФA + ФF. [12]
Dalam sistem tenaga listrik ada dua variabel yang dapat diatur secara bebas, disebut variabel pengatur (control variabel), yaitu daya nyata (MW) dan daya reaktif (MVAR). Pengaturan daya nyata akan mempengaruhi frekwensi dan konsumsi bahan bakar, sedangkan pengaturan daya reaktif akan mempengaruhi tegangan dan arus eksitasi (fluksi).
Pada saat beban listrik naik maka daya yang timbul untuk melawan generator akan makin besar juga sehingga putaran generator akan turun begitu juga dengan tegangan. Turunnya putaran generator maka putaran turbin ikut turun, oleh sebab itu maka diperlukan lebih banyak jumlah uap untuk menaikkan putaran turbin. Untuk menaikkan jumlah uap maka pasokan bahan bakar pada ruang bakar harus ditambah sehingga produksi uap bertambah. Begitu juga sebaliknya jika beban generator berkurang maka putaran generator naik dan
tegangan juga naik maka konsumsi bahan bakar perlu dikurangi untuk menjaga frekuensi tetap stabil.
Mengingat masalah-masalah tersebut diatas yang menyangkut masalah proses produksi uap dan masalah –masalah pemuaian yang terjadi dalam turbin, sebaiknya PLTU tidak dioperasikan dengan persentase perubahan-perubahan beban yang besar. Efisiensi PLTU banyak dipengaruhi ukuran PLTU, karena ukuran PLTU menentukan ekonomis tidaknya penggunaan pemanas ulang dan pemanas awal. [11]
Efisiensi pada boiler diberikan dengan persamaan sebagai berikut:
� � � � � = %
� � � � � = . (ℎ − ℎ ). � % .
Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler adalah:
Jumlah steam yang dihasilkan per jam (Q) dalam kg/jam
Jumlah bahan bakar yang dipergunakan per jam (q) dalam kg/jam
Tekanan kerja (kg/cm2) dan suhu lewat panas (0C), jika ada hg : Entalpi air umpan dalam kkal/kg air
Efisiensi perubahan energi pada turbin uap sampai kepada tenaga mekanis di kopling turbin didapat dari :
� =ℎ − ℎℎ = � .
Efisiensi generator listrik dapat dihitung dengan persamaan berikut:
� � � = +
Dimana:
Pout = daya yang dikeluarkan = Vt . IL (Watt)
Pin = daya yang dimasukkan = Pout + Prugi-rugi
Prugi-rugi = rugi-rugi mekanik + histerisi + inti dll
Jadi efisiensi keseluruhan pada PLTU mulai dari bahan bakar sampai pada energi listrik yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan berikut:
� =�
�� % .
Dimana:
Pout = energi keluaran pada generator (Watt)
Pin = energi masukan pada boiler/ketel uap(kkal/jam) atau kJ/jam [10]
Catatan:
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Listrik merupakan bentuk energi sekunder yang paling praktis penggunaannya oleh manusia, dimana listrik dihasilkan dari proses konversi energi sumber energi primer seperti, potensial air, energi angin, minyak bumi, batubara, dll, yang digunakan sebagai penggerak turbin.
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan pembangkit listrik yang menggunakan turbin uap sebagai penghasil energi mekanik. PLTU pada umumnya menggunakan bahan bakar batubara sebagai penghasil uap pada proses pembakaran air. Dalam pengoperasian sistem tenaga listrik, kendala operasi pada PLTU perlu mendapat perhatian khusus. Hal ini disebabkan karena proses konversi energi yang terjadi di PLTU cukup panjang dan tiap bagian pada jalur proses perubahan energi ini, tidak sama kemampuannya untuk menghadapi perubahan beban.
Perubahan beban PLTU harus pula diikuti dengan pengaturan yang merubah aliran entalphy, aliran kalori, dan aliran bahan bakar serta aliran udara, melalui
sistem kontrol PLTU. Proses konversi energi yang panjang pada PLTU, maka kemampuan sebuah PLTU untuk menghadapi perubahan beban dalam sistem sangat tergantung kepada besarnya tempat penyimpanan energi, misalnya ruang bakarnya dan drum ketelnya. Lambatnya kemampuan PLTU untuk menghadapi perubahan beban akan menyebabkan pemborosan bahan bakar yang berpengaruh terhadap efisiensi kerja PLTU. [11]
1.2 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Mengetahui bagian-bagian yang mempengaruhi efisiensi kerja PLTU 2. Untuk mendapatkan nilai efisiensi kerja PLTU Pangkalan Susu pada
saat terjadi perubahan beban.
1.3 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah : 1. Berapa beban yang dipikul PLTU setiap jamnya
2. Apa jenis bahan bakar batubara yang digunakan pada PLTU Pangkalana Susu
3. Bagaimana pengaruh perubahan beban terhadap efisiensi kerja PLTU Pangkalan Susu.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah:
1. Data beban yang digunakan adalah data dari PLTU Pangkalan Susu Unit 1
2. Jenis bahan bakar yang digunakan adalah batubara jenis batuminous 3. Analisa efisiensi kerja PLTU Pangkalan Susu Unit 1.
1.5 Manfaat Penulisan
Manfaat yang diharapkan dari tugas akhir ini adalah:
1. Sebagai acuan atau pengetahuan praktis mengenai pembangkit listrik
dengan tenaga uap
2. Hasil penelitian ini nantinya diharapkan dapat menjadi salah satu
1.6 Metode Penulisan
Karena Laporan Tugas Akhir ini merupakan suatu studi penulisan, maka penulis mencari dan mengumpulkan bahan-bahan dan data-data yang diperlukan melalui:
Studi literatur dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik
tugas akhir ini, yaitu berupa buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis maupun dari perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lini-lain.
Studi bimbingan dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini
dengan dosen pembimbing, dengan dosen-dosen bidang energi dan teman-teman sesama mahasiswa.
Proses selanjutnya adalah pengumpulan data. Data yang dikumpulkan
diperoleh langsung dari PLTU Pangkalan Susu unit 1 berupa data beban yang dibangkitkan per jam dan data jumlah bahan bakar yang digunakan setiap jamnya.. Setelah data dikumpulkan, data selanjutnya diolah untuk menentukan efisiesi kerja PLTU Pangkalan Susu unit 1.
Tahap selanjutnya adalah pembahasan dan penarikan kesimpulan
berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan.
1.7 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pemahaman, tugas akhir ini ditulis dengan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, rumusan masalah, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II : DASAR TEORI
Pada bab ini dijelaskan tentang Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Pangkala Susu, Siklus Rankine, Bagian-bagian utama PLTU, Pengaturan frekuensi dan daya aktif, Pengaturan putaran (Governing), bahan bakar batubara, konversi energi, rugi-rugi, dan efisiensi pembangkit listrik.
BAB III : METODE PENELITIAN
Bab ini mengulas tentang Waktu dan tempat penelitian, Variabel yang dibutuhkan, dan Prosedur Penelitian.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang data yang diperoleh dari PLTU Pangkalan Susu Unit 1, dan analisis perubahan beban yang dibangkitkan terhadap efisiensi kinerja PLTU Pangkalan Susu Unit 1.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
ABSTRAK
Dalam pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) perlu mendapat perhatian khusus. Hal ini disebabkan karena proses konversi energi yang terjadi cukup panjang. Perubahan beban PLTU harus pula diikuti dengan pengaturan yang merubah aliran entalphy, aliran kalori, dan aliran bahan bakar serta aliran udara, melalui sistem kontrol. Proses konversi energi yang panjang pada PLTU, maka kemampuan PLTU untuk menghadapi perubahan beban dalam sistem sangat tergantung kepada besarnya tempat penyimpanan energi, misalnya ruang bakarnya dan drum ketelnya. Lambatnya kemampuan PLTU untuk menghadapi perubahan beban akan menyebabkan pemborosan bahan bakar yang berpengaruh terhadap efisiensi kerja PLTU.
Penelitian ini dilakukan untuk menentukan pengaruh perubahan beban generator terhadap efisiensi kerja PLTU Pangkalan Susu Unit 1 berdasarkan data
operasional tanggal 31 Juli 2016 – 1 Agustus 2016. Data yang dikumpulkan diperoleh dari PLTU Pangkalan Susu. Data kemudian digunakan untuk menghitung efisiensi kerja PLTU. Dari hasil perhitungan diperoleh nilai efisiensi kerja pembangkit. Efisiensi tertinggi terdapat pada saat beban 155 MW dan 160.3 MW, yaitu 34,90% dan 34,21%. Efisiensi terendah terdapat pada saat beban 129.1 MW dan 144.2 MW, yaitu 30,53 % dan 30,95 %.
TUGAS AKHIR
Analisis Pengaruh Perubahan Beban Generator Terhadap Efisiensi Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(Aplikasi Pada PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW)
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Energi
Oleh:
GUNTUR GUSMAO LINTANG NIM : 120402002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
TUGAS AKHIR
Analisis Pengaruh Perubahan Beban Generator Terhadap Efisiensi Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(Aplikasi Pada PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW)
Oleh:
GUNTUR GUSMAO LINTANG 120402002
Disetujui Oleh:
Pembimbing,
Ir. RAJA HARAHAP, M.T. NIP: 1965011319980131002
Diketahui Oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP: 195405311986011002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Dalam pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) perlu mendapat perhatian khusus. Hal ini disebabkan karena proses konversi energi yang terjadi cukup panjang. Perubahan beban PLTU harus pula diikuti dengan pengaturan yang merubah aliran entalphy, aliran kalori, dan aliran bahan bakar serta aliran udara, melalui sistem kontrol. Proses konversi energi yang panjang pada PLTU, maka kemampuan PLTU untuk menghadapi perubahan beban dalam sistem sangat tergantung kepada besarnya tempat penyimpanan energi, misalnya ruang bakarnya dan drum ketelnya. Lambatnya kemampuan PLTU untuk menghadapi perubahan beban akan menyebabkan pemborosan bahan bakar yang berpengaruh terhadap efisiensi kerja PLTU.
Penelitian ini dilakukan untuk menentukan pengaruh perubahan beban generator terhadap efisiensi kerja PLTU Pangkalan Susu Unit 1 berdasarkan data
operasional tanggal 31 Juli 2016 – 1 Agustus 2016. Data yang dikumpulkan diperoleh dari PLTU Pangkalan Susu. Data kemudian digunakan untuk menghitung efisiensi kerja PLTU. Dari hasil perhitungan diperoleh nilai efisiensi kerja pembangkit. Efisiensi tertinggi terdapat pada saat beban 155 MW dan 160.3 MW, yaitu 34,90% dan 34,21%. Efisiensi terendah terdapat pada saat beban 129.1 MW dan 144.2 MW, yaitu 30,53 % dan 30,95 %.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT karena atas Berkah dan Rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :
Analisis Pengaruh Perubahan Beban Genarator Terhadap Efisiensi Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(Aplikasi Pada PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW)
Tugas Akhir merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1) di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu Ayahanda Muktar Lintang dan Ibunda Yasmina Rangkuti, yang telah membesarkan, mendidik dan selalu mendoakan penulis tanpa mengenal rasa lelah. Selanjutnya rasa sayang kepada saudara penulis, Alfi Alzry Lintang, Topo Lintang, Paris Lintang dan Bunga Kasih Lintang yang selalu memberi dukungan dan semangat kepada penulis.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga menyelesaikan Tugas Akhir, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari
berbagai pihak. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang tulus kepada :
1. Bapak Ir. Raja Harahap, M.T, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
penulis yang senantiasa membimbing dan memberikan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Yulianta Siregar, S.T, M.T. selaku Dosen Wali penulis yang
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Rahmad Fauzi, S.T, M.T, selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh Staf Pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis
dan Staf Pegawai di Departemen Teknik Elektro.
6. Sahabat terbaik Fauziah Nur Siregar yang selalu memberikan semangat dan
dukungan kepada penulis selama perkulihan di kampus
7. Seluruh sahabat penulis, Arif Piliang, Sudarmin, Fajar, Junaidi, Antan, Bambang, Windi, Wahyu, Leily, Rini, Fauzan, Ibnu, Fauzi, Arif Drok, Agida, Hendra Prayetno, Roso, Ihsan, Royansyah, Muadzzah, Syahrul, Yogy, Dody, Ilham Bagus, Elyani, Mahatir, Lipi, Rasyid, Gansyar, Kennedy, dan teman-teman angkatan 2012 lainnya, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan kepada penulis selama menjalani masa perkuliahan.
8. Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro atas dukungan dan
bantuan yang diberikan kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna.
DAFTAR ISI
1.7 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II. DASAR TEORI ... 5
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap ... 5
2.2 Siklus Rankine ... 6
2.3 Blok Diagram PLTU ... 7
2.4 Peralatan-Peralatan Pendukung PLTU ... 8
2.4.1 Desalination Plant ... 8
2.4.2 Demineralizer Plant ... 9
2.4.3 Reverse Osmosis (RO) ... 10
2.4.4 Auxiliary Boiler (Boiler Bantu) ... 11
2.4.5 Coal Handling System ... 11
2.4.6 Ash Handling (Unit Pembuangan Abu) ... 11
2.5 Bagian-Bagian Utama PLTU... 12
2.5.2 Turbin Uap ... 16
2.5.3 Kondensor ... 19
2.5.4 Generator Sinkron ... 20
2.6 Pengaturan Frekuensi dan Daya Aktif ... 27
2.7 Pengaturan Putaran (Governing) ... 27
2.8 Bahan Bakar Batubara ... 29
2.9 Rugi-Rugi ... 30
2.10 Efisiensi ... 33
BAB III. METODE PENELITIAN ... 38
3.1 Umum ... 38
3.2 Waktu dan Tempat Penelitian ... 38
3.3 Variabel yang Dibutuhkan ... 39
3.4 Prosedur Penelitian ... 39
BAB IV. OPERASIONAL PLTU PANGKALAN SUSU ... 41
4.1 Data Operasional PLTU Pangkalan Susu ... 41
4.2 Analisa Data ... 44
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 51
5.1 Kesimpulan ... 51
5.2 Saran ... 51
DAFTAR PUSTAKA ... 52
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus fluida kerja sederhana pada PLTU ... 6
Gambar 2.2 Diagram T–s Siklus PLTU (Siklus Rankine) ... 6
Gambar 2.3 Diagram Blog PLTU Pangkalan Susu ... 7
Gambar 2.4 Skema Desalination Plant ... 8
Gambar 2.5 Skema Demineralizer Plant ... 10
Gambar 2.6 Prinsip Osmosis dan Reverse Osmosis... 11
Gambar 2.7 Siklus Air dan Uap pada Boiler PLTU Pangkalan Susu ... 16
Gambar 2.8 Jenis Turbin Uap dan Karakteristiknya ... 17
Gambar 2.9 Konstruksi Kondensor ... 20
Gambar 2.10 Generator PLTU dengan Main Exciter dan Pilot Exciter...20
Gambar 2.11 Rotor Non- sailent dan penampang rotor pada generator sinkron di PLTU Pangkalan Susu ... 22
Gambar 2.12 Stator Generator di Pangkalan Susu ... 23
Gambar 2.13 Model reaksi jangkar ... 25
Gambar 2.14 Diagram neraca energi boiler ... 30
Gambar 2.15 Rangkaian listrik generator berbeban ... 34
Gambar 3.1 Project Landscape ... 38
Gambar 3.4 Diagram alir proses penelitian Tugas Akhir ... 39
Gambar 4.1 Kurva beban harian generator (31 Juli 2016) ... 43
Gambar 4.2 Kurva beban harian generator (1 Agustus 2016) ... 43
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Boiler ... 13
Tabel 2.2 Spesifikasi Turbin Uap ... 19
Tabel 2.3 Spesifikasi Generator ... 21
Tabel 4.1 Data Perhitungan (31 Juli 2016) ... 41
Tabel 4.2 Data Perhitungan (1 Agustus 2016) ... 42
Tabel 4.3 Data Hasil Perhitungan (31 Juli 2016) ... 47
