Analisa Efisiensi Combined Cycle 2-2-1 dan 1-1-1 PLTGU Block 1 Sicanang Belawan

(1)

TUGAS SARJANA

ANALISA EFISIENSI COMBINED CYCLE 2-2-1 DAN 1-1-1

PLTGU BLOK 1 SICANANG BELAWAN Skripsi yang diajukan sebagai syarat memperoleh gelar sarjana teknik

Disusun Oleh:

RAHMAT KURNIAWAN NIM : 110421003

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

ABSTRAK

Dalam era yang semakin membutuhkan tenaga Listrik yang cukup besar, maka perlu senantiasa mengupayakan peningkatan effisiensi dalam segala hal, termasuk effisiensi operasi pembangkitan listrik. Usaha peningkatan effisiensi operasi ini dilakukan dengan berbagai cara, diantaranya dengan cara meningkatkan PLTG (Open Cycle) menjadi PLTGU (Combined Cycle).

Combined cycle adalah suatu siklus yang memanfaatkan panas gas buang dari PLTG untuk memanaskan air didalam Heat Recovery Steam Generator (HRSG), selanjutnya uap ini digunakan untuk menggerakkan turbin uap yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan generator listrik, dan keseluruhan instalasi ini disebut PLTGU. Pada saat ini ada beberapa pola yang digunakan dalam beroperasinya PLTGU, pola ini disebut pola kombinasi. Pola ini tergantung dari jumlah turbin gas, HRSG dan turbin uap yang digunakan pada setiap bloknya (PLTGU). Pada pola kombinasi 1-1-1 masing-masing turbin gas mempunyai efisiensi rata-rata 29,50%, dengan daya Turbin Uap sebesar 108.163 kW dan pola 2-2-1 masing-masing turbin gas memiliki efisiensi rata-rata 30% dengan daya dihasilkan Turbian Uap sebesar 152.040 kW. jadi semakin tinggi efisiensi masing-masing turbin gas semakin tinggi pula efisiensi totalnya (PLTGU).

(10)

ABSTRACT

In an era of increasingly require substantial electricity power, it is necessary to constantly strive to increase efficiency in everything, including the operating efficiency of power generation. Efforts to improve the efficiency of this operation is done in various ways, including by improving power plant (Open Cycle) to PLTGU (Combined Cycle).

Combined cycle is a cycle that utilizes exhaust heat from the go turbine to water in a Heat Recovery Steam Generator (HRSG), then steam is used to drive a steam turbine which is then used to drive electric generators, and the entire installation is called PLTGU. At this time there are some patterns that are used in combined cycle operation, this pattern is called pattern combinations. This pattern depends on the number of gas turbine, HRSG and steam turbine are used in each of blocks (combined cycle). At 1-1-1 combination cycle of each gas turbine has an average efficiency of 29.50%, with a power of 108,163 kW steam turbines and 2-2-1 Combined Cycle each gas turbine has an average efficiency of 30% with power Steam Turbine is produced by 152.040 kW. so the higher the efficiency of each gas turbine, the higher the total efficiency (combined cycle).

(11)

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT Yang Maha Pengasih dan Maha Mengetahui, yang telah memberikan nikmat iman, kekuatan, kemampuan berfikir, semangat yang tinggi dan orang-orang tercinta di sekitar penulis. Dengan izin dan rahmat Nya lah penulisan dan penyusunan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Tugas sarjana ini yang merupakan tugas akhir untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul tugas akhir ini yaitu “Analisa Efisiensi Combined Cycle 2-2-1 dan 1-1-1 PLTGU Block 1 Sicanang Belawan”

Dan pada kesempatan ini, penulis ingin manghaturkan ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tuaku tercinta yang telah memberikan doa dan motivasi yang tiada henti-hentinya kepada penulis, meski belum ada yang dapat penulis berikan, penulis selalu berharap dapat membahagiakan hati keduanya.

2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc, Sebagai dosen pembimbing yang telah membimbing penulis dari awal hingga akhir penyelesaian tugas sarjana ini.

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, Sebagai Ketua Departemen Teknik mesin USU dan Bapak Ir. Syahril Gultom, MT Sebagai sekretaris Jurusan teknik Mesin USU.

(12)

5. Bapak Dodi Budiana, Bapak Wendi Sasmita dan karyawan PT. PLN (Persero) Sicanang Belawan yang telah membantu penulis selama melaksanakan penelitian di PT. PLN (Persero) Sicanang Belawan.

6. Sahabatku Adit, Amung, Cecep, Yudi, Ridwan, Helbi. Dorongan semangat kalian adalah keyakinan diri bagi penulis.

7. Dan ucapan terima kasih kepada Om Wuryanto, Tante Armi dan Adik-adik penulis Dek Pan, Dek Gam dan Azro phona. Dengan dorongan dan dukungan kalianlah sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan tugas sarjan ini.

8. Teman-teman mahasiswa Ekstensi khususnya stambuk 2011 yang telah banyak membantu penulis selama perkuliahan dan dalam penyelesaian Tugas Sarjana Ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih mempunyai beberapa kekurangan, untuk itu penulis sangat mengharapkan adanya saran dari para pembaca untuk memperbaiki dan memperlengkapi tulisan ini ke depan. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini kedepan. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat berguna memperkaya pengetahuan pembaca. Terima kasih.

Medan, Juni 2013 Penulis,

(13)

DAFTAR ISI

ABSTRAK i

KATA PENGANTAR iii

DAFTAR ISI v

DAFTAR TABEL vii

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR NOTASI ix

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar belakang 1

1.2 Batasan masalah 2

1.3 Tujuan penulisan 2

1.4 Metode pengambilan data 3

1.5 Sistematika penulisan 4

BAB II TEORI DASAR 5

2.1 PLTG (open cycle) 5

2.1.1 Siklus teoritis PLTG 5

2.1.2 Siklus actual PLTG 6

2.2 PLTU 8

(14)

2.4 Heat balance HRSG 14 2.4.1 Diagram temperatur (T) – Heat transfer (Q) 14

2.4.2 Efisiensi HRSG 14

2.5 Komponen utama PLTGU 16

2.5.1 Kompresor 16

2.5.2 Ruang bakar 17

2.5.3 Turbin gas 17

2.5.4 Heat Recoveri Steam Generator (HRSG) 19

2.5.5 Turbin uap 20

2.5.6 Kondensor 20

2.5.7 Generator turbin gas dan turbin uap 20

2.5.8 Cerobong (stack) 21

2.5.9 Pemurnian air (water treatment) 21

2.6 Jenis dan konfigurasi HRSG 23

2.7 Jenis sistem combined cycle 25

BAB III METODE PENELITIAN 29

3.1 Metode Penelitian 29

3.2 Tempat dan Waktu 29

3.2.1 Tempat 29

(15)

3.2.3 Alat 30 3.3 Data Operasional PLTGU Sicanang Belawan 31

3.4 Pengambilan Data 35

3.5 Analisa Teoritis 35

BAB IV ANALISA DATA 36

4.1 Perhitungan efisiensi PLTGU pola 2-2-1 36

4.1.1 Proses di PLTG 36

4.1.2 Proses di HRSG 42

4.1.3 Proses di turbin uap 48

4.1.4 Efisiensi keseluruhan PLTGU 52 4.2 Perhitungan efisiensi PLTGU Pola 1-1-1 54

4.2.1 Proses di PLTG 54

4.2.2 Proses di HRSG 57

4.2.3 Proses di turbun uap 60

4.2.4 Efisiensi keseluruhan PLTGU 63

4.3 Tabel hasil perhitungan 65

Bab. V Kesimpulan dan saran 66

5.1 Kesimpulan 66

5.2 Saran 67

(16)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Data Operasi Turbin Gas dan HRSG PLTGU

Sicanang Blok 1 dengan pola kombinasi 2-2-1. 31 Tabel 3.2 Data Operasi Turbin Uap PLTGU Sicanang Blok 1 32 Tabel 3.3 Data Operasi Turbin Gas dan HRSG PLTGU

(17)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Siklus Brayton teoritis 5

Gambar 2.2 Siklus Brayton sebenarnya 6

Gambar 2.3 Siklus Rankine teoritis 8

Gambar 2.4 Skema pembangkit daya siklus gabungan 2-2-1 10 Gambar 2.6 Skema pembangkit daya siklus gabungan 1-1-1 10

Gambar 2.5 Siklus Combined Cycle 11

Gambar 2.7 Konfigurasi PLTGU sicanang Belawan 12

Gambar 2.8 Diagram T – Q 13

Gambar 2.9 Penampang memanjang dari suatu konstruksi turbin gas 17 Gambar 2.10 Penampang pusat kombinasi turbin gas dengan turbin uap 21

Gambar 2.11 HRSG dengan vertikal gas flow 22

Gambar 2.12 Gambar HRSG dengan horizontal gas flow 23 Gambar 2.13 Diagram flow Combined Cycle “Single Pressure System” 24 Gambar 2.14 Diagram flow Combined Cycle “Single Pressure System”

dengan low pressure evaporator (preheating loop) 25 Gambar 2.15 Diagram flow Combined Cycle “Two Pressure System” 26 Gambar 3.1 Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap 29

Gambar 3.2 Bagan Alir Metode Eksperimen 34

(18)

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

Ca Kecepatan aksial aliran fluida m/s

Cpa Panas spesifik udara kJ/kg.K

Cpg Panas spesifik gas kJ/kg.K

f Perbandingan bahan bakar dengan udara teoritis f’ Perbandingan bahan bakar dengan udara aktual

h enthalpy kJ/kg

K Koefisien penurunan tekanan pada Hole W/m K

k Eksponen Adiabatik

Ka Konductifitas thermal udara W/m K

Kg Konductifitas thermal gas W/m K

Kl Konductifitas bahan liner W/m K

L Luminositas factor

LHV Low Heating Value

ma Laju aliran udara kg/s

man Laju aliran massa udara annular kg/s

mc Laju aliran massa campuran kg/s

(19)

P Tekanan bar

Qin Panas Masuk kJ/kg

Qout Panas keluar kJ/kg

Wc Daya Kompresor kW

Wg Daya Generator kW

Wt Daya Turbin kW

SH Panas yang diserap kJ/kg

SG Spesific gravity

R Konstanta Gas J/kg K

W Kerja Spesifik kJ/kg_udara

Wnet Kerja Bersih kJ/kg_udara

T Temperatur K

(20)

Notasi Yunani Keterangan Simbol

η Efisiensi %

ε Emisivitas

θ Sudut jet o

� Konstanta Stefan Boltzman W/m2.K4

µg Viskositas dinamik gas kg/m.s

α Faktor kelebihan udara %

(21)

ABSTRAK

Dalam era yang semakin membutuhkan tenaga Listrik yang cukup besar, maka perlu senantiasa mengupayakan peningkatan effisiensi dalam segala hal, termasuk effisiensi operasi pembangkitan listrik. Usaha peningkatan effisiensi operasi ini dilakukan dengan berbagai cara, diantaranya dengan cara meningkatkan PLTG (Open Cycle) menjadi PLTGU (Combined Cycle).

Combined cycle adalah suatu siklus yang memanfaatkan panas gas buang dari PLTG untuk memanaskan air didalam Heat Recovery Steam Generator (HRSG), selanjutnya uap ini digunakan untuk menggerakkan turbin uap yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan generator listrik, dan keseluruhan instalasi ini disebut PLTGU. Pada saat ini ada beberapa pola yang digunakan dalam beroperasinya PLTGU, pola ini disebut pola kombinasi. Pola ini tergantung dari jumlah turbin gas, HRSG dan turbin uap yang digunakan pada setiap bloknya (PLTGU). Pada pola kombinasi 1-1-1 masing-masing turbin gas mempunyai efisiensi rata-rata 29,50%, dengan daya Turbin Uap sebesar 108.163 kW dan pola 2-2-1 masing-masing turbin gas memiliki efisiensi rata-rata 30% dengan daya dihasilkan Turbian Uap sebesar 152.040 kW. jadi semakin tinggi efisiensi masing-masing turbin gas semakin tinggi pula efisiensi totalnya (PLTGU).

(22)

ABSTRACT

In an era of increasingly require substantial electricity power, it is necessary to constantly strive to increase efficiency in everything, including the operating efficiency of power generation. Efforts to improve the efficiency of this operation is done in various ways, including by improving power plant (Open Cycle) to PLTGU (Combined Cycle).

Combined cycle is a cycle that utilizes exhaust heat from the go turbine to water in a Heat Recovery Steam Generator (HRSG), then steam is used to drive a steam turbine which is then used to drive electric generators, and the entire installation is called PLTGU. At this time there are some patterns that are used in combined cycle operation, this pattern is called pattern combinations. This pattern depends on the number of gas turbine, HRSG and steam turbine are used in each of blocks (combined cycle). At 1-1-1 combination cycle of each gas turbine has an average efficiency of 29.50%, with a power of 108,163 kW steam turbines and 2-2-1 Combined Cycle each gas turbine has an average efficiency of 30% with power Steam Turbine is produced by 152.040 kW. so the higher the efficiency of each gas turbine, the higher the total efficiency (combined cycle).

(23)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Pada saat sekarang ini, listrik memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan suatu teknologi, karena penggunaan listrik sudah sangat luas, hampir mencakup ke segala bidang dan sangat erat pula kaitannya dengan aktivitas manusia dalam berbagai aspek kehidupan serta dalam berbagai kegiatan sehari-hari yang juga merupakan salah satu kebutuhan masyarakat banyak maupun individu.

Listrik merupakan alat yang sangat vital dan strategis dalam menunjang segala kebutuhan manusia. Kemajuan teknologi banyak mendukung usaha pembangunan di Indonesia, sebagai negara yang memiliki wilayah serta penduduk yang sangat besar dimana pada saat sekarang ini kebutuhan akan listrik sangat meningkat hingga ke pelosok desa. Kebutuhan akan listrik yang menjadi salah satu sumber utama segala aktivitas, menghasilkan suatu perhatian yang sangat serius dalam hal penanganan produksi listrik tersebut. Hal ini membuat kita ikut andil demi menjaga kelancaran dalam proses memproduksi listrik secara aman dan efisien.

(24)

lebih baik dan ramah lingkungan, karena semakinbaik pendistribusian listrik, maka akan semakin cepat terjadi petumbuhan ekonomi.

Sedangkan untuk pembangkit tenaga gas – uap terdiri dari beberapa komponen utama yaitu : Turbin gas, HRSG dan Steam Turbin. Kemajuan sistem tenaga saat ini berkembang dengan sangat pesat. Dan melalui sistem siklus gabungan gas – uap untuk meningkatkan hasil energi listrik yang lebih baik lagi

1.2 Batasan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas maka dapat teradapat beberapa batasan permasalahan sebagai berikut:

• Efisiensi yang diperoleh oleh PLTGU dengan pola kombinasi 2-2-1 dan pola 1-1-1

• Efisiensi yang diperoleh dari PLTGU dengan pola kombinasi 2-2-1 lebih baik dari pola kombinasi 1-1-1

• Solusi apabila efisiensi yang didapat kurang baik

1.3 Tujuan Penulisan

Dengan memperhatikan permasalahan diatas, maka tujuan penulisan yang ingin dicapai adalah:

(25)

 Menerapkan dan mengaplikasikan ilmu teoritis yang telah didapat di bangku kuliah dengan menghitung efisiensi PLTGU pada Sektor Pembangkitan Belawan.

 Mengenal dan mempelajari berbagai hal tentang permasalahan yang terdapat pada PLTGU.

1.5 Metode Pengambilan Data.

Agar tujuan seperti yang telah diuraikan sebelumnya tercapai dengan baik, maka diperlukan data yang akurat sebagai dasar penulisan. Data untuk dasar penulisan ini dikumpulkan dengan cara sebagai berikut :

1. Melakukan Observasi.

Mendatangi langsung ke perusahaan untuk memperoleh data yang diperlukan dalam penyusunan tulisan dengan pengamatan langsung di lapangan.

2. Melakukan Interview.

Dengan mengajukan pertanyaan-pertanyaan kepada pihak maintenance sehubungan dengan masalah yang akan dikemukakan dan memperoleh penjelasan yang terkait.

3. Studi Literatur.

(26)

1.6 Sistematika Penulisan

Pada Bab I Pendahuluan dijelaskan secara ringkas mengenai latar belakang, pembatasan masalah, rumusan masalah, maksud dan tujuan penulisan, metode pengambilan data dan sistematika penulisan tugas akhir.

Pada Bab II teori dasar membahas tentang dasar turbin gas, siklus brayton, siklus rankine, prinsip kerja PLTGU, prinsip kerja turbin uap, prinsip kerja dari siklus gabungan (CombinedCycle).

Pada Bab III ini metodologi penelitian membahas tentang data-data yang mendukung untuk dilakukannya perhitungan efisiensi PLTGU.

Pada Bab IV ini analisa data membahas tentang perhitungan efisiensi PLTGU secara thermodinamis.

(27)

BAB II

TEORI DASAR

2.1 PLTG (Open Cycle)

Dasar dari teknologi turbin gas adalah pemanfaatan energi dari gas bersuhu tinggi hasil pembakaran campuran bahan bakar dengan udara tekan. Udara tekan dihasilkan oleh kompresor, yang menyerap daya yang dihasilkan oleh turbin. Udara yang dihasilkan kompresor digunakan untuk :

1. 20 - 30 % sebagai udara pembakaran 2. 70 - 80 % sebagai pendingin, antara lain

a. Sebagai pendingin gas hasil pembakaran, agar suhunya bisa diterima oleh material turbin.

b. Sebagai pendingin material ruang bakar (combustion liner). c. Sebagai pendingin sudu-sudu turbin.

2.1.1 Siklus Teoritis PLTG

(28)

Gambar 2.1 Siklus Brayton teoritis

Proses dari turbin gas secara teoritis adalah sebagai berikut :

- _{Isentropic compression (1 – 2) terjadi di dalam compressor.}

- _{Isobaric combustion (2 – 3), berlangsung di dalam combustor basket, dimana} udara tekan dari kompresor dicampur dengan bahan bakar dan dibakar dengan tekanan konstan.

- _{Isentropic exspansion (3 – 4), berlangsung pada sudu-sudu turbin, dimana gas} panas hasil pembakaran melakukan kerja pada sudu-sudu turbin sehingga rotor berputar.

- _{Isobaric rejektor (4 – 1), gas bekas dibuang ke udara luar.}

(29)

2.1.2 Siklus Actual PLTG

Gambar 2.2 Siklus Brayton sebenarnya (Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor )

Pada kenyataannya proses yang dialami oleh PLTG sederhana :

- _{Pada proses kompresi (langkah 1-2, pada gambar 2.2), karena adanya gesekan} antara udara dengan sudu-sudu kompresor, terjadi kenaikan entropy. Hal ini menyebabkan kerja yang diperlukan untuk memutar kompresor menjadi lebih besar.

Efisiensi kompresor =

1 ' 2

1 2

T T

− −

- _{Pada proses pembakaran (2’ – 3’), terjadi kehilangan tekanan karena gesekan gas} panas dengan kombustor basket, transition piece dan first nozzle.

(30)

- _{untuk mengatasi gesekan pada bantalan – bantalan, reduction gear dan untuk} menggerakkan peralatan Bantu lain misalnya mainoilpump, governor / impeller dan lain-lain alat yang digerakkan oleh accecorisgear.

Efisiensi Turbin =

4 3

' 4 ' 3

T T

− −

- _{Proses keempat, tidak terjadi didalam mesin melainkan pada udara bebas, yang} mana tekanan gas keluar (titik 4’) lebih besar dari pada tekanan udara masuk kompresor (titik 1), karena :

• Tekanan gas keluar, sedikit diatas tekanan atmosfir, karena diperlukan untuk mengatasi gesekan (pressure drop) pada waktu melewati exhaust silencer.

• Tekanan udara masuk kompresor sedikit dibawah tekanan atmosfir karena mengalami penurunan tekanan pada saat melewati inlet filter dan inlet silencer.

Pada gambar 2.2 jelas terlihat bahwa siklus sebenarnya adalah terbuka dan tidak terdiri dari dua proses adiabatic dan dua isobaric, karena adanya gesekan - gesekan yang merupakan losses. Jadi dapat dijelaskan disini bahwa :

1. Bertambah tinggi posisi titik 2’, atau dengan kata lain, bertambah tinggi suhu udara kompresor, bertambah rendah efisiensi kompresor, sehingga daya yang dipakai untuk memutar kompresor menjadi lebih besar.

(31)

2.2 PLTU

Pada dasarnya prinsip kerja suatu PLTU adalah mengikuti siklus Rankine ideal, seperti gambar di bawah ini :

Gambar 2.3 Siklus Rankine teoritis (Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor ) Proses yang terjadi pada siklus Rankine adalah sebagai berikut :

 a – b = Kompresi isentropis, terjadi dalam Boiler Feed Pump.

 b – c = Pemanasan air pada tekanan konstan, terjadi dalam Economizer.

 c – d = Penguapan air sampai menjadi uap jenuh pada tekanan dan temperature konstan, terjadi dalam Evaporator.

 d – e = Uap jenuh dikeringkan lebih lanjut sampai menjadi uap panas lanjut pada tekanan konstan, terjadi dalam Superheater

 e – f = Ekspansi Isentropis (Adiabatis), terjadi dalam Turbin Uap

(32)

2.3 PLTGU (Combined Cycle)

2.3.1 Pandangan Umum Siklus Gabungan

(33)

Gambar 2.5 Skema Pembangkit daya siklus gabungan 1-1-1 Keterangan gambar 2.4 dan Gambar 2.5 :

P = Pompa

HRSG = Heat Recovery Steam Generator

TG = Turbin Gas

C = Condensor

K = Kompresor RB = Ruang Bakar TU = Turbin Gas

Proses siklus gabungan dimulai dari siklus Brayton, dimana udara yang sudah dimampatkan oleh kompresor kemudian dibakar bersamaan dengan bahan bakar di dalam ruang bakar. Hasil dari pembakaran tersebut berupa gas panas yang kemudian diekspansikan untuk menggerakkan sudu – sudu turbin gas.Sisa gas panas yang keluar dari turbin gas tersebut kemudian disalurkan ke dalam HRSG (Heat Recovery Steam Generator) untuk memanaskan air hingga menjadi uap kering. Uap kering

HRSG

C

P

TU K

RB

TG

1

2 3

4

1 2

3

(34)

yang dihasilkan dari HRSG selanjutnya akandiekspansikan untuk menggerakkan sudu – sudu turbin uap. Karena merupakan gabungan dari siklus Brayton dan siklus Rankine maka siklus ini dinamakan siklus gabungan (Combined Cycle), seperti terlihat pada gambar berikut :

Gambar 2.6 Siklus gabungan ( Combined Cycle ) ( Rolf Kehlhofer, Combined Cycle Gas & Steam Turbine Power Plant )

Pada umumnya PLTGU disusun oleh tiga komponen mesin utama yaitu : 1. Gas turbine

2. HRSG (Heat Recovery Steam Generator) dan 3. Steam Turbine

yang masing-masing akan dibahas perbagian secara terpisah, dari segi susunan dan jumlah tiga komponen utama diatas, secara umum konfigurasi PLTGU dapat di bedakan menjadi beberapa sistem yaitu :

(35)

Sistim 2-2- 1 yaitu : 2 unit Gas Turbine, 2 Unit HRSG, 1 Unit Steam Turbine Sistim 3-3-1 Yaitu : 3 unit Gas Turbine, 3 Unit HRSG, 1 Unit Steam Turbine

Namun tidak tertutup kemungkinan adanya konfigurasi 2-1-1 yaitu 2 gas turbine, 1 HRSG, 1 Steam turbine.

Contoh untuk konfigurasi 2-2-1 adalah PLTGU Belawan yang terdiri dari 2 blok PLTGU dengan kapasitas terpasang total 817,6 MW. Untuk lebih jelas konfigurasinya dapat dilihat pada gambar 2.6

Gambar 2.7 Konfigurasi PLTGU Belawan

(36)

Efisiensi Panas dari CombinedCycle

Definisi umum dari Efisiensi termal pada suatu PLTGU ( CombinedCycle ) adalah :

ηth = GT

ST GT

Q P

P +

Dimana :

PGT = Daya Turbin Gas

PST = Daya Turbin Uap

QGT = Panas yang masuk tubin gas

Efisiensi dari siklus tunggal ( Single Cycle ) dapat dilihat sebagai berikut :

- _{Untuk Turbin Gas :} η_GT₌ GT GT Q

P

- _{Untuk Turbin Uap :} η_ST₌ Exh ST Q

P

Jika : QGT = Qexh + PGT

Qexh = QGT - η( QGT )

(37)

ηST =

) 1

( GT

GT ST Q

P

η

−

2.4 Heat Balance HRSG

2.4.1 Diagram Temperatur (T) – Heat transfer (Q)

Gambar 2.8 Diagram T – Q

( Rolf Kehlhofer, Combined Cycle Gas & Steam Turbine Power Plant )

2.4.2 Efisiensi HRSG ( ηHRSG )

(38)

ηHRSG =

HRSG input

HRSG output

Q Q

x 100 %

Panas yang masuk HRSG (Q input HRSG) didapat dari panas yang terkandung didalam gas asap keluar turbin gas, untuk menghitung Q input HRSG digunakan rumus :

Q input HRSG = G x Cp x ∆T (kW)

= G x ∆h (kW)

Dimana :

G = Massa aliran gas asap (kg/s)

Cp = Panas jenis gas asap tekanan konstan (kJ/kg.oC)

∆T = Selisih antara temperatur gas asap masuk HRSG dengan temperatur udara diluar HRSG (oC)

∆h = Enthalpy gas asap masuk HRSG dikurangi dengan enthalpy gas asap keluar HRSG (kJ/kg)

Panas yang dibutuhkan untuk memanaskan air di economizer, penguapan di evaporator serta penguapan lanjut di superheater merupakan panas (Q) output dari HRSG. Adapun rumus untuk menghitung Q output HRSG adalah sebagai berikut :

(39)

Panas di economizer (QEco), dihitung dengan : QEco = M x Panas jenis air x ∆T (kW)

Dimana :

M = Massa aliran air masuk economizer (kg/s)

Panas jenis air = 4,19 kJ/kg.C

∆T = Temperatur air masuk economizer dikurangi dengan temperatur air keluar economizer (oC)

Panas di evaporator (QEva), dihitung dengan : QEva = M x ∆h (kW)

Dimana :

M = Massa aliran air masuk evaporator (kg/s)

∆h = Enthalpy uap jenuh keluar evaporator dikurangi dengan enthalphy air masuk evaporator (kJ/kg)

Panas di superheater (QSH), dihitung dengan : QSH = M x Cp x ∆T (kW)

= M x ∆h (kW)

(40)

M = Massa aliran uap jenuh masuk SH (kg/s)

Cp = Panas jenis uap pada tekanan konstan (kJ/kg.oC )

∆T = Temperatur uap panas lanjut keluar SH dikurangi dengan temperatur uap jenuh masuk SH (oC)

∆h = Enthalpy uap panas lanjut keluar SH dikurangi dengan enthalpy uap jenuh masuk SH (kJ/kg)

2.5 Komponen Utama PLTGU

2.5.1 Kompresor

Kompresor yang umum dipakai pada turbin gas adalah jenis kompresor aksial bertingkat 15 – 20. Pada sisi masuk kompresor ini dipasang inlet guide vane (sejenis damper) untuk mengurangi jumlah udara pada beban rendah, karena pada beban rendah kebutuhan udara untuk pendinginan juga rendah.

Permukaan sudu dibuat sangat halus / licin, agar kerugian gesekan sekecil mungkin. Bila sudu-sudu kotor, kerugian gesekan akan naik sehingga tekanan udara keluar kompresor turun dan suhu naik.

Pada tingkat-tingkat tertentu, terdapat exstraction (bliding) udara, yang dimaksudkan untuk :

(41)

putaran masih rendah, tekanan udara pada tingkat yang lebih tinggi masih rendah. Udara mengalir dengan kecepatan tinggi, padahal laluan udara pada tingkat yang lebih tinggi semakin sempit. Hal ini mengakibatkan terganggunya aliran udara secara tiba-tiba.

2. Pengambilan udara untuk pendinginan sudu-sudu turbin.

2.5.2 Ruang Bakar (Combustion Chamber)

Ruang bakar turbin gas umumnya berupa tabung silinder terbuat dari material tahan panas, dimana pada bagian ujung yang satu dipasang Nozzle bahan bakar yang dikelilingi oleh pengolak (Swirler) udara primer (udara pembakaran) dan pada bagian ujung lainnya dihubungkan oleh Transition Piece ke First Stage Nozzle.Di sepanjang dan di sekeliling sisi tabung ruang bakar terdapat lubang-lubang yang digunakan untuk jalan masuk udara sekunder (udara pendingin).

2.5.3 Turbin Gas

(42)

Gambar 2.9 Penampang memanjang dari suatu konstruksi turbin gas. ( Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor )

Keterangan gambar :

K. Paket kendali T. Pakt turbin G. Paket generator.

1. Pemasukan udara kompresor 2. Peredam suara masuk

3. Rotor

(43)

7. Kotak transmisi beban 8. Generator

9. Unit eksiter

10. Saluran keluar generator

11. Pemasukan udara pendingin generator 12. Turbin uap start

13. Kotak transmisi bantu

14. Penghembus udara pendingin 15. Saringan minyak lumas 16. Pendingin minyak lumas 17. Saringan minyak bakar 18. Pompa minyak lumas bantu 19. Lemari saklar

20. Pemasukan minyak bakar 21. Pemasukan gas bakar 22. Instalasi pemakaian api 23. Fundasi

2.5.4 Heat Recoveri Steam Generator (HRSG)

(44)

HRSG terdiri dari susunan pipa-pipa penyerap panas (TubeBundles) yang berfungsi sebagai :

1. Economizer, bagian teratas dari HRSG yang berfungsi sebagai pemanas air dari deaerator dengan suhu ± 130 0 C

2. Evaporator, berfungsi mengubah fase air menjadi uap jenuh dengan suhu ± 1600 C.

3. Superheater, bagian terbawah dari HRSG berfungsi untuk meningkatkan temperatur uap ketel di atas titik didihnya serta tingkat kekeringan uap ketel.

Di dalam HRSG juga terdapat Drum uap tempat air masuk dari ekonomizer dan tempat pemisah uap jenuh dari air mendidih, dari drum uap air yang tersisa disirkulasikan kembali melalui downcomer. Adapun fungsi lain dari drum uap adalah sebagai berikut :

1. Tempat menginjeksi bahan-bahan kimia (Na3PO4) untuk mencegah pergerakan dan menaikkan PH.

2. Blow down untuk mengurangi kandungan bahan padat terlarut dalam air. 3. Dengan volume yang besar, memungkinkan perubahan tinggi permukaan

(45)

2.5.5 Turbin Uap

Turbin uap berfungsi untuk mengkonversikan energi (enthalpy) uap menjadi energi mekanis penggerak generator.

Energi panas dari uap, berupa tekanan dan temperatur uap dihasilkan oleh HRSG, kemudian dialirkan ke turbin uap yang selanjutnya memutar sudu – sudu turbin.uap yang keluar dari sudu – sudu terakhirnya disebut exhaust steam dan kemudian mengalir ke kondensor.

2.5.6 Kondensor

Tugas utama kondensor adalah mengkondensasi uap dari turbin untuk digunakan lagi sebagai air pengisi HRSG. Kunci operasinya adalah menjaga tekanan exhaust steam (vacum) serendah mungkin, agar heat drop di turbin besar, sehingga akan menaikkan kerja turbin, menaikkan efisiensi unit pembangkit dan menurunkan jumlah aliran uap pada beban tertentu. Caranya adalah menjaga jumlah air pendingin melalui pipa kondensor cukup jumlahnya (menjaga agar pipa kondensor tidak tersumbat kotoran), dan menjaga kebersihan pipa kondensor agar heat transfernya tidak terganggu.

2.5.7 Generator Turbin Gas dan Turbin Uap

(46)

tengah dengan electromagnet, yang diisi oleh sebuah dinamo penguat (Exciter) dipasang pada poros generator.

Stator adalah bagian generator yang tidak bergerak / statis dimana kumparan menghasilkan tegangan. Bilamana terdapat suatu gerakan relative antara rotor dan stator maka garis-garis gaya magnet dari rotor memotong belitan kumparan dari stator yang akan menginduksikan suatu Gaya Gerak Listrik (GGL) sehingga menjadi energi listrik dan dihubungkan dengan jaringan luar.

2.5.8 Cerobong (Stack)

Fungsi dari cerobong adalah :

1. Membantu fan untuk mengatasi pressurelosses dalam boiler. 2. Membantu penyebaran flue gas di atmosfir.

2.5.9 Pemurnian Air (WaterTreatment)

Air yang digunakan untuk menghasilkan uap dalam HRSG adalah air yang sudah dibebaskan dari kandungan unsur – unsur tertentu. Adapun proses dari pemurnian air tersebut adalah sebagai berikut :

Air dari laut dipompakan oleh Seawatersupply pump menuju Desalination Plant dan Electrolytic Chlorination.

(47)

DemineralisationPlant lalu ke MixedBedExchanger, untuk menghasilkan air murni yang kemudian ditampung di MakeUpWater Tank. Dan selanjutnya digunakan sebagai air penambah HRSG.

- Proses di ElectrolyticChlorination akan menghasilkan cairan Chlorine yang ditampung di Hipoclorit tank, kemudian diinjeksikan oleh Injection Pump ke Inlet air pendingin Kondensor. Proses ini dilakukan untuk menahan pertumbuhan dan pembentukan koloni organisme laut di dalam peralatan air pendingin Kondensor, sehingga dapat menjaga kondisi peralatan tersebut dalam keadaan bersih, aliran dan perpindahan panas efisien.

(48)

2.6 Jenis dan konfigurasi Heat Recovery Steam Generator ( HRSG )

HRSG jika dilihat dari aliran gasnya dibagi dalam dua disain :

a. Vertical Gas Flow HRSG

Aliran gas secara vertikal dari bawah keatas, sehingga susunan peralatan superheater, evaporator, dan economizerbertumpuk keatas. Pipanya sendiri tersusun horizontal.Keuntungannya adalah menghemat tempat sedang kelemahannya adalah memerlukan kontruksi baja yang besar untuk menahan HRSG. Untuk memastikan distribusi air yang merata (uniform) diseluruh susunan pipa HRSG, diperlukan Circulating pump.

Gambar 2.11 HRSG dengan vertikal gas flow

(49)

b. Horizontal Gas Flow HRSG

Aliran gas secara horizontal, sehingga membutuhkan banyak tempat (ruangan), tetapi sangat memudahkan pemeliharaan.Menggunakan pipa-pipa vertikal dengan header diatas dan dibawah. Bundel (suction) digantung atau disangga dibawah. Tanpa menggunakan circlulating pump (Natural circulating). HRSG jenis ini bisa mencapai perbandingan sirkulasi tinggi.

Gambar 2.12 Gambar HRSG dengan horizontal gas flow

(50)

2.7 Jenis sistem Combined cycle

Dilihat dari sistem HRSGnya combined cycle dikenal ada “Single pressure sistem” dan “Two pressure sistem”. Semua sistem tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing, misal : “Two Pressure system” memiliki effisiensi lebih tinggi dari “Single Pressure System”. Adapun berbagai tipe Combined Cycle dilihat dari system HRSGnya dapat dijelaskan berdasarkan gambar diagram flow, sebagai berikut :

1. Combined cycle dengan HRSG Single pressure system

HRSG dengan singgle pressure system ini hanya memiliki satu Economizer, Evaporator dan superheater yang bekerja pada tekanan yang sama dan juga turbin uap yang digunakan yaitu turbin tekanan tunggal.

(51)

Keterangan Gambar :

1. Compressor 2. Gas turbine 3. Bypass stack 4. Superheater 5. Evaporator 6. Economizer 7. Boiler drum 8. Steam turbine 9. Condenser 10.Steam bypass 11.Feed water tank 12.Feed water pump 13.Condensate pump

2. Combined Cycle dengan HRSG Single pressure system with Preheating loop Pada HRSG system ini prinsip dasarnya sama dengan single pressure tanpa preheating loop, pada sistem ini preheating loop berfungsi untuk menaikkan temperatur didalam tangki air pengisi (Feed water tank), sehingga air pengisi yang dimasukan kedalam ekonomizer memiliki temperatur yang tinggi.

Gambar 2.14 Diagram flow Combined Cycle “Single Pressure System” dengan low pressure evaporator (preheating loop)

(52)

Keterangan gambar :

1. Preheating loop Compressor 2. Gas turbin

3. Flue gas bypass (optional) 4. Superheater

5. Evaporator 6. Economizer

7. Boiler drum (high pressure) 8. Steam turbine

9. Condenser

10.Steam bypass (high pressure) 11.Feed water tank,deaerator 12.Feed pump (high pressure) 13.Condensate pump

14.flash system 15.Booster pump 16.Flash tank

3. Combined Cycledengan HRSG Two pressure system

(53)

Gambar 2.15 Diagram flow Combined Cycle “Two Pressure System” . ( Rolf Kehlhofer, Combined Cycle Gas & Steam Turbine Power Plant )

Keterangan Gambar :

1. Compressor 2. Gas turbin

3. Flue gas bypass (optional) 4. High pressure Superheater 5. High Pressure Evaporator 6. High pressure Economizer 7. High pressure Boiler drum 8. Steam turbine

9. Condenser

10.High pressure Steam bypass 11.Feed water tank/deaerator 12.High pressure Feed pump 13.Condensate pump

(54)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Pada pengerjaan tugas akhir ini metode penelitian yang dilakukan yaitu sebagai berikut :

 Studi literatur, yaitu dengan mempelajari beberapa referensi yang mampu menunjang untuk melakukan penelitian. Referensi yang digunakan antara lain bersumber dari buku-buku, artikel, sumber dari internet, serta sumber-sumber lain yang berhubungan dengan penelitian yang dilakukan.

 Metode survey, yaitu melakukan penelitian terhadap Pembangkit listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) baik efisiensi maupun performansi. Serta data-data pendukung lainnya.

3.2 Tempat dan Waktu

3.2.1 Tempat

(55)

3.2.2 Waktu

Waktu penelitian dilaksanakan pada saat melakukan Praktek Kerja Lapangan yaitu pada bulan Desember 2012 sampai dengan selesai.

3.2.3 Alat

Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU)

Gambar 3.1 Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap

(56)

Spesifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap Blok 1 (satu)

GT-11 / GT-12

Merk : Siemens KWU

Turbin – Compressor

Type : V94.2

Putaran : 3000 rpm

Combustor : 2

Bahan Bakar : HSD/Gas

Tingkat Sudu : 16/4

Control System : Iskamatic/Simadyn-D

Merk : KWU

Generator

Type : TLRI 108/41-108/36

MVA :150MVA /162,7MVA

os φ : 0.8

Frekuensi : 50 Hz

Tegangan : 10.5 Kv

Cooling system : Air Open / Air Close loop

Merk : Trafo Union

Trafo Utama

Type : TLSM 8252

Tegangan : 10.5/155

Jenis : Konveksi, sirkulasipaksa

(57)

Pabrik pembuat : Aalbolg, Denmark

Type : TLRI 108/ 41

Generator

Pabrik pembuat : Siemens KWU,Jerman

Kapasitas : 150.000 kVA

Faktor daya : 0,8

Tegangan : 10,5 kV ± 5%

Frekuensi : 50 Hz

Sistem pendingin : Udara, open loop

Type : TLSM 8252

Trafo Daya

Pabrik pembuat : Trafo – union, Jerman

Kapasitas : 151.000 kVA

Pendingin : ONAN / ONAF

3.3 Data Operasional PLTGU Sicanang Belawan

Pusat Listrik Tenaga Uap dan Gas (PLTGU) Sicanang Belawan terdiri dari dari 2 blok masing-masing blok terdiri dari tiga turbin gas dan satu turbin uap (pola konfigurasi 2-2-1). Keseluruhan paket dari turbin gas merupakan pabrikan dari

(58)

PLTGU SicanangBelawan terdiri dari dua tekanan pada HRSGnya yaitu tekanan tinggi dan tekanan rendah. Untuk turbin uap nya pun terdiri dari dua tekanan yaitu turbin tekanan tinggi (High Pressure Turbine) dan turbin tekanan rendah (Low Pressure Turbine).

Tabel 3.1 Data Operasi Turbin Gas dan HRSG PLTGU Sicanang Blok 1 dengan pola kombinasi 2-2-1

Data Operasi PLTGU Belawan

BLOK 1

Unit1.1 Unit 1.2

Daya turbin gas (MW) 117,5 128,5

Bahan bakar Gas Gas

Temperatur udara masuk kompresor (oC) 36 36 Tekanan udara masuk kompresor (bar) 1 1

Rasio Kompresi 11,5 12

Temperatur gas asap masuk Turbin Gas(oC) 1011 1069 Temperatur gas asap keluar turbin gas (oC) 503 535 Temperatur air masuk LP Economizer (oC) 77,1 75,6 Temperatur air keluar LP Economizer (oC) 122 160

Tekanan di LP Evaporator (bar) 3,2 3,1

Temperatur di LP Evaporator (oC) 146 145

Massa uap (ton/jam) 52,9 77

Temperatur air masuk HP Economizer (oC) 75,5 75,6 Temperatur air keluar HP Economizer (oC) 269 254

(59)

Temperatur di HP Evaporator (oC) 262 261

Tekanan di Superheater (bar) 51,5 52

Temperatur uap masuk Superheater (oC) 263 261 Temperatur uap keluar Superheater (oC) 460 490

Massa uap (ton/jam) 116 174

Temperatur gas asap masuk HRSG (oC) 501 532 Temperatur gas asap keluar HRSG (oC) 163 108

Aliran gas asap (kg/s)* 497,485 497,743

* aliran gas asap = 491 Kg/s + laju alir bahan bakar

Tabel 3.2 Data Operasi Turbin Uap PLTGU Sicanang Blok 1 Daya yang Dihasilkan Generator (MW) 149 Massa Uap yang masuk ke HP Turbin (ton/jam) 456 Massa Uap yang masuk ke LP Turbin (ton/jam) 195,6

Tekanan masuk HP Turbin (bar) 44,7

Tekanan masuk LP Turbin (bar) 3,1

Temperatur uap masuk HP Turbin (oC) 473

Tekanan Kondensor (bar) 0,1

(60)

Tabel 3.3 Data Operasi Turbin Gas dan HRSG PLTGU Sicanang Blok 1 dengan pola kombinasi 1-1-1

Data Operasi PLTGU Belawan

BLOK 1 Unit 1.2

Daya turbin gas (MW) 123

Bahan bakar Gas

Temperatur udara masuk kompresor (oC) 36 Tekanan udara masuk kompresor (bar) 1

Rasio Kompresi 12,1

Temperatur gas asap masuk Turbin Gas (oC) 1070 Temperatur gas asap keluar turbin gas (oC) 535 Temperatur air masuk LP Economizer (oC) 76,8 Temperatur air keluar LP Economizer (oC) 156

Tekanan di LP Evaporator (bar) 2,2

Temperatur di LP Evaporator (oC) 136

Massa uap (ton/jam) 75,1

Temperatur air masuk HP Economizer (oC) 78,8 Temperatur air keluar HP Economizer (oC) 248

Tekanan di HP Evaporator (bar) 39,8

Temperatur di HP Evaporator (oC) 245

Tekanan di Superheater (bar) 39,8

(61)

Massa uap (ton/jam) 170 Temperatur gas asap masuk HRSG (oC) 533 Temperatur gas asap keluar HRSG (oC) 104

Aliran gas asap (kg/s)* 497,307

* aliran gas asap = 491 Kg/s + laju alir bahan bakar

Tabel 3.4 Data Operasi Turbin Uap PLTGU Sicanang Blok 1

Daya yang Dihasilkan Generator (MW) 106 Massa Uap yang masuk ke HP Turbin (ton/jam) 355 Massa Uap yang masuk ke LP Turbin (ton/jam) 140,2

Tekanan masuk HP Turbin (bar) 31,7

Tekanan masuk LP Turbin (bar) 2,2

Temperatur uap masuk HP Turbin (oC) 481

Tekanan Kondensor (bar) 0,08

(62)

Gambar 3.2 Bagan Alir Metode Eksperimen

Mulai

Survey dan Studi Pustaka

Persiapan Bahan

Pengambilan data

Menganalisa Data

Kesimpulan

(63)

3.4 Pengambilan Data

Pengambilan data dilakukan pada waktu penelitian pengoperasian PLTGU, seluruh data yang diperlukan terdapat dalam analisa data.

3.5 Analisa Teoritis

Analisa dan perhitungan yang dilakukan untuk mengetahui efisiensi yang diperoleh oleh PLTGU dengan pola kombinasi 2-2-1 dan pola 1-1-1.

Dari gambar 3.2 bagan alir metode eksperimen diatas, penulis memulai pertama survey ke lapangan yaitu ke PT. PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Belawan Pada Waktu Melaksanakan PKL dan Sekalian Melakukan Riset, kemudian penulis menentukan judul tugas sarjana ini adalah “Analisa Efisiensi Pola Kombinasi 2-2-1 dan 1-1-1 PLTGU Block I (Satu) Sicanang Belawan”. Setelah menentukan judul kemudian penulis melakukan studi pustaka demi menunjang teori-teori yang berkaitan dengan judul Tugas Sarjana ini.

(64)

BAB IV

ANALISA DATA

4.1. PERHITUNGAN EFISIENSI PLTGU POLA 2-2-1

4.1.1 Proses di PLTG

a. Perhitungan Thermodinamis di PLTG 1.1

Dari data operasi diketahui :

 rasio tekanan (rasio kompresi) = 1

Dari data diatas dapat ditentukan volume spesifik udara pada kondisi 1, yaitu :

(65)

(66)

(67)

 Cycle summary :

 Pada kondisi operasinya temperatur gas asap yang keluar dari turbin lebih tinggi dari proses adiabatis sehingga panas yang dibuang lebih banyak.

T4 = 503 oC = 503 + 273 = 776 K

qout = cp ( T4 – T1 ) = 1,005 (776 – 309) = 469,335 m

Kg Kj

Sehingga Efisiensinya berubah menjadi :

(68)

b. Perhitungan Thermodinamis di PLTG 1.2

 rasio tekanan (rasio kompresi) = 1 2

p p

= 12

 konstanta udara, R = 0,287 Kj/Kg.K = 0,287 N.m/Kg.K

 k =

(69)

(70)

(71)

T4 = 535 oC = 535 + 273 = 808 K

qout = cp ( T4 – T1 ) = 1,005 (808 – 309 ) = 501,495 m

Kg Kj

Efisiensi =

4.1.2. Proses di HRSG

a. Heat Balance di HRSG 1.1

 LP Economizer

Temperatur keluar Economizer 122 oC

Temperatur masuk Economizer 77,1 oC

(72)

 LP Evaporator

Tekanan di LP Evaporator 3,2 bar

Temperatur di LP Evaporator 146 oC

Maka dari tabel uap jenuh didapat, Δh = 2125,7

kg kJ

QLP Eva = M x Δh

= 14,695

s kg

x 2.125,7

kg kJ

= 31.237,161

s kJ

 HP Economizer

Panas jenis air 4,19

C kg

kJ

o .

Massa alir 116

jam ton

= 32,224

s kg

QHP Eco = M x Panas jenis air x ΔT

= 32,224

s kg

x 4,19

C kg

kJ

o

. x (269 – 75,5) o

C = 26.126,091

(73)

 HP Evaporator

Tekanan di HP Evaporator 51,5 bar

Temperatur di HP Evaporator 262 oC

Maka dari tabel uap jenuh didapat, Δh = 1.650,4

kg kJ

QHP Eva = M x Δh

= 32,224

s kg

x 1.650,4

kg kJ

= 53.182,489

s kJ

 Superheater (SH)

Tekanan di Superheater 51,1 bar

Temperatur keluar SH = 460 oC,

maka dengan table uap panas lanjut didapat enthalpy (h) keluar

SH =3.338,83

kg kJ

Temperatur masuk SH = 263 oC

Dari tabel uap jenuh didapat enthalpy (h) masuk SH = 2.794,7

kg kJ

(74)

= 32,224

s kg

x (3.338,83 – 2.794,7)

kg kJ

= 17.534,045

s kJ

 Total output HRSG

Qout = QSH + QHP Eva + QHP Eco + QLP Eva + QLP Eco

= (17.534,045 + 53.182,489 + 26.126,091 + 31.237,161 + 2.764,58)

= 130.844,366

s kJ

 Total input HRSG

Temperatur masuk HRSG 501 oC Tekanan masuk HRSG 1 bar

Dari tabel didapat, h = 793,472

kg kJ

Temperatur keluar HRSG 163 oC

Tekanan keluar HRSG 1 bar

Dari Tabel2 didapat, h = 437,538

kg kJ

Flow gas asap 497,485

(75)

Qin = M x Δh

 Efisiensi HRSG 1.1 adalah : ηHRSG =

 LP Economizer

(76)

 LP Evaporator

kg kJ

QLP Eva = M x Δh

= 21,39

s kg

x 2.128,7

kg kJ

= 45.532,893

s kJ

 HP Economizer

C kg

kJ

o .

Massa alir 174

jam ton

= 48,337

s kg

QHP Eco = M x Panas jenis air x ΔT

= 48,337

s kg

x 4,19

C kg

kJ

o

. x (254 – 75,6) o

C = 36.131,714

(77)

 HP Evaporator

Tekanan di HP Evaporator 52 bar

Maka dari tabel uap jenuh didapat, Δh = 1.656

kg kJ

QHP Eva = M x Δh

= 48,337

s kg

x 1.656

kg kJ

= 80.046,072

s kJ

Tekanan di Superheater 52 bar

Temperatur keluar SH = 490 oC, maka dengan table uap panas lanjut didapat enthalpy (h) keluar SH = 3.408,92

kg kJ

Temperatur masuk SH = 261 oC, dari tabel uap jenuh didapat enthalpy (h) masuk SH = 2.795,9

kg kJ

QSH = M x Δh

= 48,337

s kg

x (3.408,92 – 2.795,9)

kg kJ

= 29.631,547

(78)

=(29.631,547 + 80.046,072 + 36.131,714 +45.532,893+ 75.64,274)

= 198.906,5

s kJ

Temperatur masuk HRSG : 532 oC Tekanan masuk HRSG : 1 bar Dari tabel didapat, h = 827,45

kg kJ

Temperatur keluar HRSG : 108 oC

Tekanan keluar HRSG : 1 bar

kg kJ

Flow gas asap : 497,743

s kg

Qin = M x Δh

= 497,743

s kg

x (827,45 – 381,781)

kg kJ

= 221.828,625

(79)

 Efisiensi HRSG 1.2 adalah :

4.1.3. Proses di Turbin Uap

 Massa alir uap yang masuk ke turbin uap tekanan tinggi adalah jumlah dari uap panas lanjut yang berasal dari (2) HRSG :

mHP = mHP1 + mHP2

 Massa alir uap yang masuk ke turbin uap tekanan rendah adalah jumlah dari uap yang keluar dari turbin uap tekanan tinggi ditambah dengan jumlah uap jenuh yang berasal dari (3) HRSG :

(80)

 Daya yang dihasilkan generator 149 MW = 149.000 kW Efisiensi generator 0,98

Maka, daya aktual turbin uap adalah :

ηGenerator =

Uap Turbin

Generator

P P

_

PTurbin_Uap =

Generator Generator P

η = 0,98 000 . 149

kW = 152.040 kW= 152.040

s kJ

 Kondisi uap masuk turbin uap tekanan tinggi : Tekanan 44,7 bar

Temperatur 473 oC

(kJ

/kg)

473 _°�

44,7 bar

3.370 h

s 2.740

3,2 bar

0,10 bar

2.215

(81)

Maka dari diagram Mollier didapat, h = 3.370

kg kJ

Jika uap berekspansi secara isentropis sampai tekanan 3,2 bar, maka dari diagram Mollier didapat, h = 2.740

kg kJ

Kemudian uap yang keluar dari turbin uap tekanan tinggi masuk ke turbin uap tekanan rendah (tekanan 3,2 bar) dan berekspansi isentropis sampai pada tekanan 0,10 bar, maka dari diagram Mollier didapat enthalpy (h) uap keluar turbin tekanan rendah, h = 2.215

kg kJ

190 °�

s

(kJ

/kg)

473 _°�

44,7 bar

3.370 h

2.840

3,2 bar

0,10 bar

(82)

kg kJ

Kemudian uap yang keluar dari turbin uap tekanan tinggi masuk ke turbin uap tekanan rendah (tekanan 3,2 bar) dengan temperatur 190°� dan berekspansi isentropis sampai pada tekanan 0,10 bar, maka dari diagram Mollier didapat enthalpy (h) uap keluar turbin tekanan rendah, h = 2.370

(83)

Efisiensi Turbin Uap adalah sebagai berikut :

( _HP_isentropis _LP_isentropis Uap

4.1.4. Efisiensi Keseluruhan PLTGU

Energi yang masuk ke dalam siklus PLTGU adalah panas yang masuk pada saat proses pembakaran di ruang bakar turbin gas dan daya yang dihasilkan adalah daya dari semua PLTG di tambah dengan daya yang dihasilkan Turbin uap.

Berikut ini adalah perhitungannya :

 qin GT = qin GT 1.1 + qin GT 1.2

 Diketahui massa alir gas asap rata-rata 498,531

s kg

(84)

QGT = m x qin GT

= 498,531

s kg

x 1.382,23

kg kJ

= 689.084,5041

s kJ

 Sebelum menghitung efisiensi keseluruhannya, terlebih dahulu dihitung efisiensi dari proses pembangkit uapnya :

Energi yang masuk ke dalam pembangkit uap adalah sama dengan energi yang keluar dari PLTG = QExh dan besarnya QExh adalah :

QExh = QGT ( 1 – ηGT )

= 689.084,50

s kJ

( 1 – 0,296 )

= 485.115,49

s kJ

Maka efisiensi pembangkit uapnya adalah :

ηST = Exh ST Q

P

=

s kJ s kJ

49 , 115 . 485

000 . 149

(85)

 Efisiensi keseluruhan dari PLTGU secara termodinamis adalah : ηTh =

GT

GT GT

ST GT GT

Q Q

Q . (1 )

. η η

η + −

= ηGT+ ηST (1 – ηGT)

= 0,296 + 0,30 (1 – 0,296)

= 0,50

= 50 %

 Dengan daya yang dihasilkan dari keseluruhan PLTGU adalah : Pout = Pout GT 1.1 + Pout GT 1.2 + + Pout ST

= (117,5 + 128,5 + 149) MW

= 395 MW

= 395.000 kW

= 395.000

(86)

4.2. PERHITUNGAN EFISIENSI PLTGU POLA 1-1-1

4.2.1 Proses di PLTG

a. Perhitungan Thermodinamis di PLTG 1.2

 rasio tekanan (rasio kompresi) = 1

(87)

(88)

(89)

 Cycle summary :

T4 = 535 oC = 535 + 273 = 808 K

qout = cp ( T4 – T1 ) = 1,005 (808 – 309 ) = 501,495 m

Kg Kj

(90)

4.2.2. Proses di HRSG

a. Heat Balance di HRSG 1.2

 LP Economizer

C kg

kJ

o .

Massa alir 75,1

jam ton

= 20,862

s kg

QLP Eco = M x Panas jenis air x ΔT

= 20,862

s kg

x 4,19

C kg

kJ

o

. x (156 – 76,8) o

C

= 6.923,012

s kJ

 LP Evaporator

kg kJ

(91)

= 20,862

 HP Economizer

 HP Evaporator

Tekanan di HP Evaporator 39,8 bar

Maka dari tabel uap jenuh didapat, Δh = 1.740

kg kJ

(92)

= 47,226

s kg

x 1.740

kg kJ

= 82.173,24

s kJ

Tekanan di Superheater 39,8 bar

Temperatur keluar SH = 488 oC, maka dengan table uap panas lanjut

didapat enthalpy (h) keluar SH = 3.418,78

kg kJ

Temperatur masuk SH = 245 oC, dari tabel uap jenuh didapat enthalpy (h) masuk SH = 2.801,6

kg kJ

QSH = M x Δh

= 47,226

s kg

x (3.418,78 – 2.801,6)

kg kJ

= 29.146,942

(93)

=(29.146,942 + 82.173,24 + 33.480,778 + 44.976,385 + 6.923,012)

= 115.892,77

s kJ

Temperatur masuk HRSG 533 oC

Tekanan masuk HRSG 1 bar

kg kJ

Flow gas asap 497,307

s kg

Qin = M x Δh

= 497,307

s kg

x (828,612 - 377,74)

kg kJ

= 224.221,8

s kJ

 Efisiensi HRSG 1.2 adalah : ηHRSG =

in out

Q Q

=

8 , 221 . 224

77 , 892 . 115

(94)

4.2.2. Proses di Turbin Uap

 Massa alir uap yang masuk ke turbin uap tekanan tinggi adalah jumlah dari uap panas lanjut yang berasal dari (1) dua HRSG :

mHP = 170

jam ton

= 47,22

s kg

 Massa alir uap yang masuk ke turbin uap tekanan rendah adalah jumlah dari uap yang keluar dari turbin uap tekanan tinggi ditambah dengan jumlah uap jenuh yang berasal dari (1) HRSG :

mLP = mHP + mLP1

= 170

jam ton

+ 75,1

jam ton

= 245,1

jam ton

= 68,088

s kg

 Daya yang dihasilkan generator 106 MW = 106.000 kW Efisiensi generator 0,98

Maka, daya aktual turbin uap adalah :

ηGenerator =

Uap Turbin

Generator P

P

(95)

PTurbin_Uap =

Generator Generator P

η = 0,98 000 . 106

kW = 108.163 kW

= 108.163

s kJ

 Kondisi uap masuk turbin uap tekanan tinggi : Tekanan 31,7 bar

Temperatur 481 oC

(kJ

/kg)

481 _°�

31,7 bar

3.412 h

s 2.730

2,2 bar

0,08 bar

2.240

(96)

kg kJ

Kemudian uap yang keluar dari turbin uap tekanan tinggi masuk ke turbin uap tekanan rendah (tekanan 2,2 bar) dan berekspansi isentropis sampai pada tekanan 0,08 bar, maka dari diaram Mollier didapat enthalpy (h) uap keluar turbin tekanan rendah, h = 2.240

kg kJ

s

(kJ

/kg)

481 °�

31,7 bar

3.412 h

2.882

0,08 bar

2.455 dry saturated

2,2 bar

(97)

kg kJ

Kemudian uap yang keluar dari turbin uap tekanan tinggi masuk ke turbin uap tekanan rendah (tekanan 2,2 bar) dengan Temperatur 205°� dan berekspansi isentropis sampai pada tekanan 0,08 bar, maka dari diaram Mollier didapat enthalpy (h) uap keluar turbin tekanan rendah, h = 2.445

kg kJ

Efisiensi Turbin Uap adalah sebagai berikut :

ηTurbin Uap =

(98)

4.2.3. Efisiensi Keseluruhan PLTGU

Energi yang masuk ke dalam siklus PLTGU adalah panas yang masuk pada saat proses pembakaran di ruang bakar turbin gas dan daya yang dihasilkan adalah daya dari semua PLTG di tambah dengan daya yang dihasilkan Turbin uap.

Berikut ini adalah perhitungannya :

 qin GT = qin GT 1.2 = 715,844

kg kJ

 Diketahui massa alir gas asap rata-rata 498,684

s kg

, maka : QGT = m x qin

= 498,684

s kg

x 715,844

kg kJ

= 356.979,949

s kJ

 Sebelum menghitung efisiensi keseluruhannya, terlebih dahulu dihitung efisiensi dari proses pembangkit uapnya :

Energi yang masuk ke dalam pembangkit uap adalah sama dengan energi yang keluar dari PLTG = QExh dan besarnya QExh adalah :

QExh = QGT ( 1 – ηGT )

= 356.979,949

s kJ

( 1 – 0,299 )

= 250.242,944

(99)

Maka efisiensi pembangkit uapnya adalah :

ηST = Exh ST Q

P

=

s kJ s kJ

944 , 242 . 250

000 . 106

= 0,42 = 42 %

 Efisiensi keseluruhan dari PLTGU secara termodinamis adalah : ηTh =

GT

GT GT

ST GT GT

Q Q

Q . (1 )

. η η

η + −

= ηGT+ ηST (1 – ηGT)

= 0,299 + 0,42 (1 – 0,299)

= 0,59 = 59 %

 Dengan daya yang dihasilkan dari keseluruhan PLTGU adalah : Pout = Pout GT 1.2 + Pout ST 1.4

= (123 + 106) MW

= 229 MW

(100)

4.3 Tabel Hasil Perhitungan performance dari PLTGU Sicanang Belawan

Berdasarkan perhitungan performance dari PLTGU Sicanang Belawan yang telah dilakukan maka hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 4.1 Hasil perhitungan performance dari PLTGU Sicanang Belawan

No KETERANGAN

Pola Kombinasi

2-2-1 1-1-1

1 Efisiensi GT 1.1 29,50% -

2 Efisiensi GT 1.2 30% 29,90%

3 Efisiensi HRSG 1.1 73% -

4 Efisiensi HRSG 1.2 89% 51%

5 Efisiensi turbin uap 89% 81%

6 Efisiensi siklus turbin uap 30% 42%

7 Efisiensi PLTGU 50% 59%

(101)

Gambar 4.1 Diagram Efisiensi keseluruhan PLTGU Sicanang Belawan

0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% 80,00% 90,00% 100,00%

Efisiensi GT 1.1

Efisiensi GT 1.2

Efisiensi HRSG

1.1

Efisiensi HRSG

1.2

Efisiensi turbin

Uap

Efisiensi Siklus Turbin

Uap

Efisiensi PLTGU

(102)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan data dan analisa yang telah yang telah diuraikan di atas, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

• Antara spesifikasi teknis instalasi PLTGU dengan kondisi operasinya ada beberapa perbedaan, misalnya pada sisi kompresor PLTG dimana pada spesifikasi teknis mempunyai rasio kompresi sebesar 13,8 tetapi pada kondisi operasinya kompresor ini hanya menghasilkan rasio kompresi antara 11,5 s/d 12,5. Keadaan ini mungkin terjadi karena umur dari instalasi tersebut yang sudah cukup lama sehingga banyak terjadi perubahan fisik material peralatan (misalnya korosi, pengikisan permukaan, dll) yang menyebabkan performance dari masing-masing instalasi menjadi berkurang.

• Dari pola 2-2-1 dan 1-1-1 dapat kita nyatakan bahwa efisiensi total pada kedua pola tersebut merupakan pengaruh dari masing-masing efisiensi turbin gas. Semakin tinggi efisiensi masing-masing turbin gas semakin tinggi pula efisiensi totalnya (PLTGU).

(103)

Jika kita melihat pernyataan di atas, semakin tinggi efisiensi masing-masing turbin gas semakin tinggi pula efisiensi totalnya (PLTGU).

• Pada pola kombinasi 2-2-1 daya yang dihasilkan oleh turbin uap adalah 152.040 kW, sedangkan daya yang dihasilkan oleh turbin uap pada pola kombinasi 1-1-1 adalah 108.163 kW.Hal ini disebabkan berkurangnya massa alir uap ( ton/jam ) yang masuk ke dalam turbin uap pada pola kombinasi 1-1-1, karena pada pola tersebut hanya 1 HRSG yang berkerja.

5.2 SARAN

(104)

DAFTAR PUSTAKA

Asea Brown Boveri, “Operasi Manual Book Turbin”. PT. PLN (persero)

Pembangkitan Sumbagut Sektor pembangkit Belawan.

C. Reynolds William dan Henry C. Perkins, diterjemahkan oleh Ir. Filino Harahap,

Termodinamika teknik, Erlangga, 1983.

Dietzel, Fritz,’’Turbin, Pompa dan Kompresor’’, terjemahan Dakso Sriyono, cetakan

kedua, penerbit Erlangga, Jakarta, 1990.

Djojodihardjo, Harijono, Dasar – Dasar Termodinamika Teknik, Gramedia, Jakarta,

1994.

El-Wakil, M.M, Power Plant Technology, McGraw-Hill Book Company, Singapore,