BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANGSelama berabad-abad, manusia telah mengamati tentang proses terjadinya listrik. Merka telah beberpa kali melakukan percobaan guna mendapatkan pemecahan taka-teki tentang kelistrikan. Banyak tkoh-tokoh yang berhasil mengungkap dan membuat suatu penemuan yang erat kaitannya fengan dunia listrik diantaranya Michaek Faraday dengan salah satu hasil kegiatannya adalah tentang rotasi electromagnetic. Hasil penemuannya ini merupakan dasar terpentin dari perkembangan dunia listrik berikutnya. Penemuan tersebut terus dikembangkan dalam berbagai alat listrik seperti transformator dan generator. Generato yang pertamakali menggunakan system rotasi ditemukan oleh H.M. Pexii ari Paris pada tahun 1832. Generator pertama ini menggunakan sebuah magnet permanen berbentuk tapal kuda diputar menegelilingi sebuah inti besi yan berlilitan yang dihubungkan dengan sebuah komutator dan bila diptar mengasilkn bunga api.
Sejarah tenteng listrik komersial pertamakali beroperasi pada tahun 1882 bulan januari di London inggris, kemudian di New York pada bulan September tahun yang sama. Listrik komersial ini menggunakan arus searah dengan tegangan rendah. Di Indonesia, sejarah penyediaan listrik pertama kali diawali oleh sebuah embangkit tenaga listrik di Gambir, Jakarta pada bulan Mei 1897, Surakart pada tahun 1908, Bandung pada tahun 1906, Surabaya pda tahun 1912 dan Banjarmasin pada tahun 1992. Pada awalnya pusat-pusat tenaga listrik ini menggunakan tenaga termis.
Kelangsungan hidup manusia di muka bumi tidak bisa lepas dari kebutuhan akan enegi listrik. Saat sekarag ini kebutuhan akan listik semakin hari semakin meningkat seiring kemajuan teknologi yang ssemakin maju. Denga kemajuan teknolgi yang semakin maju akan sangat membutuhan kebutuhan akan energy listrik yang semakin banyak pula. Dapat dikatakan kemajuan teknologi akan berbanding lurus dengan konsumsi energi listrik.
tenaga uap, Pembangkit listrik tenaga gas, dan Pembangkit listrik tenaga gas uap. Etiga pembangkit tersebut memiliki kesamaan yaitu panas. sumber daya yang paling banyak digunakan sebagai pembangkit pada Pembangit listrik tesebut adalah energy yang tidk dapat diperbaharui seperti batubara, gas alam, maupun bahan bakar minya lainnya. Pembangit tersebut merupakan pembangkit terbesar yang paling banyak menghasilkan energy listrik di Indonesia.
1.2. RUMUSAN MASALAH
Hal-hal yang akan dibahas dalam makalah ini adalah : 1. Pengertian PLTU, PLTG, PLGU
2. Bagian-bagian PLTU, PLTG, PLTGU 3. Prinsip kerja PLTU, PLTG, PLTGU
4. Kelebihan dan kekurangan PLTU, PLTG, PLTGU
1.3. TUJUAN
1. Mengenal dan mengetahui PLTU, PLTG, PLTGU
BAB II
ISI
I. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU)
I.1. Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang di hubungkan ke turbin dimana untuk memutar turbin diperlukan energi kinetik dari uap panas atau kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu-bara dan minyak bakar serta MFO untuk start awal.
PLTU Paiton, Jawa Timur
mempunyai tekanan 131,5 Kg/cm2 dan suhu 540¼ Co dan bahan bakarnya masih menggunakan minyak bumi.
Ketika kapasitas PLTU sudah mencapai 400 MW maka bahan bakarnya sudah tidak menggunakan minyak bumi lagi melainkan batu bara. Batu bara yang dipakai secara garis besar dibagi menjadi dua bagian yaitu batu bara berkualitas tinggi dan batu bara berkualitas rendah. Bila batu bara yang dipakai kualitasnya baik maka akan sedikit sekali menghasilkan unsur berbahaya, sehingga tidak begitu mencemari lingkungan. Sedang bila batu bara yang dipakai mutunya rendah maka akan banyak menghasilkan unsur berbahaya seperti Sulfur, Nitrogen dan Sodium. Apalagi bila pembakarannya tidak sempurna maka akan dihasilkan pula unsur beracun seperti CO, akibatnya daya guna menjadi rendah.
PLTU batu bara di Indonesia yang pertama kali dibangun adalah di Suryalaya pada tahun1984 dengan kapasitas terpasang 4 x 400 MW. Kemudian PLTU Bukit Asam dengan kapasitas 2 x 65 MW pada tahun 1987. Dan pada tahun 1993-an beroperasi pula PLTU Paiton 1 dan 2 masing-masing dengan kapasitas 400 MW. Kemudian PLTU Suryalaya akan dikembangkan dari unit 5 - 7 dengan kapasitas 600 MW/unit. PLTU batu bara pada tahun 1994 kapasitasnya sudah mencapai 2.130 MW (16% dari total daya terpasang). Pada tahun 2003 kapasitasnya diperkirakan sekitar 12.100 MW (37%), tahun 2008/09 mencapai 24.570 MW (48%) dan pada tahun 2020 sekitar 46.000 MW. Sementara itu pemakaian batu bara pada tahun 1995 tercatat bahwa untuk menghasilkan energi listrik sebesar 17,3 TWh dibutuhkan batu bara sebanyak 7,5 juta ton. Dan pada tahun 2005 pemakaian batu bara diperkirakan mencapai 45,2 juta ton dengan energi listrik yang dihasilkan mencapai 104 TWh.
I.2. Bagian-bagian PLTU
Boiler
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 didalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam 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. Boiler yang konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler.
Water tube boiler
Pada unit pembangkit, boiler juga biasa disebut dengan steam generator (pembangkit uap) mengingat arti kata boiler hanya pendidih, sementara pada kenyataannya dari boiler dihasilkan uap superheat bertekanan tinggi.
Ditinjau dari bahan bakar yang digunakan, maka PLTU dapat dibedakan menjadi :
PLTU Batubara
PLTU Minyak PLTU gas
Jenis PLTU batu bara masih dapat dibedakan berdasarkan proses pembakarannya, yaitu PLTU dengan pembakaran batu bara bubuk (Pulverized Coal / PC Boiler) dan PLTU dengan pembakaran batu bara curah (Circulating Fluidized Bed).
Perbedaan antara PLTU Batu bara dengan PLTU minyak atau gas adalah pada peralatan dan sistem penanganan dan pembakaran bahan bakar serta penanganan limbah abunya. PLTU batubara mempunyai peralatan bantu yang lebih banyak dan lebih kompleks dibanding PLTU minyak atau gas. PLTU gas merupakan PLTU yang paling sederhana peralatan bantunya.
Tata letak Circulating Fluidized Boiler (CFB)
Ditinjau dari tekanan ruang bakar boilernya, PLTU dapat dibedakan menjadi:
PLTU dengan Pressurised Boiler PLTU dengan Balanced Draft Boiler PLTU dengan Vacuum Boiler
Jenis-jenis Tekanan (Draft) Boiler
PLTU dengan Balanced Draft Boiler (tekanan berimbang) biasa digunakan untuk pembakaran bahan bakar batubara. Tekanan ruang bakar dibuat sedikit dibawah tekanan atmosfir, biasanya sekitar –10 mmH2O. Tekanan ini dihasilkan dari pengaturan dua buah kipas, yaitu kipas hisap paksa (Induced Draft Fan, IDF) dan kipas tekan paksa (Forced Draft Fan, FDF). FDF berfungsi untuk menyuplai udara pembakaran menuju ruang bakar (furnace) di boiler, sedangkan IDF berfungsi untuk menghisap gas dari ruang bakar dan membuang ke atmosfir melalui cerobong. Sedangkan PLTU dengan vacum boiler tidak dikembangkan lagi, sehingga saat ini tidak ada lagi yang menerapkan PLTU dengan boiler bertekanan negatif.
Siklus Air di Boiler
Siklus air merupakan suatu mata rantai rangkaian siklus fluida kerja. Boiler mendapat pasokan fluida kerja air dan menghasilkan uap untuk dialirkan ke turbin. Air sebagai fluida kerja diisikan ke boiler menggunakan pompa air pengisi dengan melalui economiser dan ditampung didalam steamdrum.
Peralatan yang dilalui dalam siklus air adalah drum boiler, down comer, header bawah (bottom header), dan riser. Siklus air di steam drum adalah, air dari drum turun melalui pipa-pipa down comer ke header bawah (bottom header). Dari header bawah air didistribusikan ke pipa-pipa pemanas (riser) yang tersusun membentuk dinding ruang bakar boiler. Didalam riser air mengalami pemanasan dan naik ke drum kembali akibat perbedaan temperatur.
Perpindahan panas dari api (flue gas) ke air di dalam pipa-pipa boiler terjadi secara radiasi, konveksi dan konduksi. Akibat pemanasan selain temperatur naik hingga mendidih juga terjadi sirkulasi air secara alami, yakni dari drum turun melalui down comer ke header bawah dan naik kembali ke drum melalui pipa-pipa riser. Adanya sirkulasi ini sangat diperlukan agar terjadi pendinginan terhadap pipa-pipa pemanas dan mempercepat proses perpindahan panas. Kecepatan sirkulasi akan berpengaruh terhadap produksi uap dan kenaikan tekanan serta temperaturnya.
disirkulasikan 1,7 kali kapasitas penguapan. Beberapa keuntungan dari sistem sirkulasi paksa antara lain :
Waktu start (pemanasan) lebih cepat
Mempunyai respon yang lebih baik dalam mempertahankan aliran air ke pipa-pipa pemanas pada saat start maupun beban penuh.
Mencegah kemungkinan terjadinya stagnasi pada sisi penguapan
Siklus air
Turbin uap
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.
Kondensor adalah peralatan yang berfungsi untuk mengubah uap menjadi air. Prinsip kerja Kondensor 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). Kondensor seperti ini disebut kondensor tipe surface (permukaan). 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.
Laju perpindahan panas tergantung pada aliran air pendingin, kebersihan pipa-pipa dan perbedaan temperatur antara uap dan air pendingin. Proses perubahan uap menjadi air terjadi pada tekanan dan temperatur jenuh, dalam hal ini kondensor berada pada kondisi vakum. Karena temperatur air pendingin sama dengan temperatur udara luar, maka temperatur air kondensatnya maksimum mendekati temperatur udara luar. Apabila laju perpindahan panas terganggu, maka akan berpengaruh terhadap tekanan dan temperatur.
Prinsip kerja kondensor
Aliran air pendingin ada dua macam, yaitu satu lintasan (single pass) atau dua lintasan (double pass). Untuk mengeluarkan udara yang terjebak pada water box (sisi air pendingin), dipasang venting pump atau priming pump. Udara dan non condensable gas pada sisi uap dikeluarkan dari kondensor dengan ejector atau pompa vakum.
Kondensor tipe permukaan (surface condenser)
Generator
Generator berfungsi untuk mengubah energi putar dari turbin menjadi energi listrik.
Desalination Plant (Unit Desal)
Peralatan ini berfungsi untuk mengubah air laut (brine) menjadi air tawar (fresh water) dengan metode penyulingan (kombinasi evaporasi dan kondensasi). Hal ini dikarenakan sifat air laut yang korosif, sehingga jika air laut tersebut dibiarkan langsung masuk ke dalam unit utama, maka dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan PLTU.
Economizer
Economiser adalah alat yang merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke drum. Di dalam economiser air menyerap panas gas buang yang keluar dari superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong.
Reverse Osmosis (RO)
Mempunyai fungsi yang sama seperti desalination plant namun metode yang digunakan berbeda. Pada peralatan ini digunakan membran semi permeable yang dapat menyaring garam-garam yang terkandung pada air laut, sehingga dapat dihasilkan air tawar seperti pada desalination plant. Untuk PLTU yang menggunakan air tanah/air sungai,digunakan pre-treatment yang berfungsi untuk menghilangkan endapan,kotoran dan mineral yang terkandung di dalam air tersebut.
Demineralizer Plant (Unit Demin)
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 sehingga dapat menyebabkan terjadinya GGL induksi pada saat air tersebut melewati jalur perpipaan di dalam PLTU. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU.
Hidrogen Plant (Unit Hidrogen)
Pada PLTU digunakan hydrogen (H2) sebagai pendingin Generator.
Chlorination Plant (Unit Chlorin)
Berfungsi untuk menghasilkan senyawa natrium hipoclorit (NaOCl) yang digunakan untuk memabukkan/melemahkan mikro organisme laut pada area water intake. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya pengerakkan (scaling) pada pipa-pipa kondensor maupun unit desal akibat perkembangbiakan mikro organisme laut tersebut.
Auxiliary Boiler (Boiler Bantu)
Coal Handling (Unit Pelayanan Batubara)
Merupakan unit yang melayani pengolahan batubara yaitu dari proses bongkar muat kapal (ship unloading) di dermaga, penyaluran ke stock area sampai penyaluran ke bunker unit.
Ash Handling (Unit Pelayanan Abu)
Merupakan unit yang melayani pengolahan abu baik itu abu jatuh (bottom ash) maupun abu terbang (fly ash) dari Electrostatic Precipitator hopper dan SDCC (Submerged Drag Chain Conveyor) pada unit utama sampai ke tempat penampungan abu (ash valley)
I.3. Cara kerja PLTU
1. Batubara dari luar dialirkan ke penampung batubara dengan conveyor (14) kemudian dihancurkan dengan the pulverized fuel mill (16) sehingga menjadi tepung batubara.
2. Kemudian batubara halus tersebut dicampur dengan udara panas (24) oleh forced draught fan (20) sehingga menjadi campuran udara panas dan bahan bakar (batu bara).
3. Dengan tekanan yang tinggi, campuran udara panas dan batu bara disemprotkan kedalam Boiler sehingga akan terbakar dengan cepat seperti semburan api.
4. Kemudian air dialirkan keatas melalui pipa yang ada dinding Boiler, air tersebut akan dimasak dan menjadi uap, dan uap tersebut dialirkan ke tabung boiler (17) untuk memisahkan uap dari air yang terbawa.
5. Selanjutnya uap dialirkan ke superheater(19) untuk melipatgandakan suhu dan tekanan uap hingga mencapai suhu 570°C dan tekanan sekitar 200 bar yang meyebabkan pipa ikut berpijar merah.
6. Uap dengan tekanan dan suhu yang tinggi inilah yang menjadi sumber tenaga turbin tekanan tinggi (11) yang merupakan turbin tingkat pertama dari 3 tingkatan.
7. Untuk mengatur turbin agar mencapai set point, kita dapat menyeting steam governor valve (10) secara manual maupun otomatis.
8. Suhu dan tekanan uap yang keluar dari Turbin tekanan tinggi (11) akan sangat berkurang drastis, untuk itu uap ini dialirkan kembali ke boiler re-heater (21) untuk meningkatkan suhu dan tekanannya kembali.
9. Uap yang sudah dipanaskan kembali tersebut digunakan sebagai penggerak turbin tingkat kedua atau disebut turbin tekanan sedang (9), dan keluarannya langsung digunakan untuk menggerakkan turbin tingkat 3 atau turbin tekanan rendah (6).
11. Air tersebut kemudian dialirkan melalui deaerator (12) oleh feed pump (7) untuk dimasak ulang. awalnya dipanaskan di feed heater (13) yang panasnya bersumber dari high pressure set, kemudian ke economiser (23) sebelum di kembalikan ke tabung boiler(17).
12. Sedangkan Air pendingin dari condensor akan di semprotkan kedalam cooling tower (1) , dan inilah yang meyebabkan timbulnya asap air pada cooling tower. kemudian air yang sudah agak dingin dipompa balik ke condensor sebagai air pendingin ulang.
13. Ketiga turbin di gabung dengan shaft yang sama dengan generator 3 phase (5), Generator ini kemudian membangkitkan listrik tegangan menengah ( 20-25 kV).
14. Dengan menggunakan transformer 3 phase (4) , tegangan dinaikkan menjadi tegangan tinggi berkisar 150-500 kV yang kemudian dialirkan ke sistem transmisi 3 phase.
15. Sedangkan gas buang dari boiler di isap oleh kipas pengisap(26) agar melewati electrostatic precipitator (25) untuk mengurangi polusi dan kemudian gas yg sudah disaring akan dibuang melalui cerobong (27).
16. Dari system tersebut PLTU dkatakan system tertutup karena menggunakan kembali uap yang telah dibuang untuk dijadikan air kembali lalu di panaskan ulang.
I.4. Kelebihan PLTU
Kapasitas bisa sampai ratusan MW
Effisiensi tinggi jika beban mendekati full load. Efisiensi tinggi dengan memggunakan waste heat utilization
Hasil pembangkitan steam dapat digunakan untuk proses produksi
Biaya bahan bakar lebih murah
Biaya pemeliharaan lebih murah
I.5. Kekurangan PLTU o Respon beban lambat.
o Start-up lama dan harus ada cadangan berputar spining reserve utuk mempercepat start-up
o Investasi mahal.
o Pembangunan konstruksi yang lama
o Membutuhkan penanganan air umpan yang akan masuk ke dalam boiler o Menghasilkan limbah batu bara yang memerlukan penanganan khusus o Menghasilkan polutan-polutan yang lebih tinggi
o Membutuhkan area yang lebih luas o Kurang terhadap fluktuasi beban
II. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS (PLTG)
II.1. Pengertian PLTG
Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan kebutuhannya. Sistem PLTG menggunakan prinsip siklus Brayton yang dibagi atas siklus terbuka dan siklus tertutup. Pada siklus terbuka, fluida kerja adalah udara atmosfer dan pengeluaran panas di atmosfer karena gas buang dari turbin dibuang ke atmosfer. Adapun kekurangan dari turbin gas adalah sifat korosif pada material yang digunakan untuk komponen-komponen turbinnya karena harus bekerja pada temperature tinggi dan adanya unsur kimia bahan bakar minyak yang korosif (sulfur, vanadium dll), tetapi dalam perkembangannya pengetahuan material yang terus berkembang hal tersebut mulai dapat dikurangi meskipun tidak dapat secara keseluruhan dihilangkan. Dengan tingkat efisiensi yang rendah hal ini merupakan salah satu dari kekurangan sebuah turbin gas juga dan pada perkembangannya untuk menaikkan efisiensi dapat diatur/diperbaiki temperature kerja siklus dengan menggunakan material turbin yang mampu bekerja pada temperature tinggi dan dapat juga untuk menaikkan
efisiensinya dengan menggabungkan antara pembangkit turbin gas dengan pembangkit turbin uap dan hal ini biasa disebut dengan combined cycle.
1 ) Transfer pump, pompa yang berfungsi untuk memindahkan fluida yang berupa HSD oil dari tank menuju ruang bakar.
2 ) Kompressor, mengambil udara atmosfer dan merubahnya menjadi udara bertekanan tinggi untuk membantu proses pembakaran di ruang bakar.Kompresor terdiri dari intake air filter, Inlet Guade Van (IGV), sudu-sudu tetap dan sudu-sudu jalan yang berjumlah 19 stages. Adapun fungsinya untuk menarik udara luar masuk ke ruang bakar sebagai proses pembakaran dan media pendingin.
3) Combustion Chamber, ruang bakar yang berfungsi sebagai tempat pembakaran bahan bakar pada system turbin gas.
4) Turbine, gas turbin yang berfungsi untuk mengekspansi gas panas hingga menghasilkan energi mekanis untuk menggerakkan generator.
5) Generator, berfungsi untuk menghasilkan energi listrik.
System Pendukung Gas Turbin :
1) Fuel Oil System (Sistem Bahan Bakar)
Valve (CV), selanjutnya aliran bahan bakar tersebut dikontrol lagi oleh kombinasi dari Primary Fuel Throttle Valve dan Secondary Fuel Throttle Valve.
2) Lube Oil System (Sistem Pelumasan)
Sistem pelumasan digunakan untuk melumasi bearing turbin gas, bearing generator, dan juga untuk menyuplai minyak untuk sistem hidraulik pada main stop pump (AOP). Main stop pump (AOP) distart untuk menyuplai minyak dalam bearing turbin gas dan generator, untuk selanjutnya turbin gas diputar pada putaran turning gear pada putaran 3 rpm. Hal ini bertujuan agar start up gaya geser (friction force) yang terjadi diantara metal bearing dengan poros turbin gas dan generator dapat dikurangi. Setelah turbin gas mulai start dan putaran mulai naik sampai putaran nominalnya, maka supply minyak pelumasan diambil alih dari AOP ke Main Lube Oil Pump (MOP). Dimana, Main Lube Oil Pump ini diputar melalui hubungan antara Accessories gear atau Load gear dengan poros turbin.
3) Hydroulic System (Sistem Hidraulik)
Sistem hidraulik digunakan untuk menggerakkan Main Stop Valve. Dan valve bahan bakar HSD (147 A&B) (135 A) dan valve bahan bakar gas (170)&(165).Dimana Main Stop Valve berfungsi untuk menghentikan laju aliran bahan bakar minyak saat unit terjadi gangguan dan atau untuk membuka saluran bahan bakar pada sistem pemipaan bahan bakar. Mekanisme pengoperasian (membuka dan menutup) Main Stop Valve diperlukan hydroulic system dengan minyak bertekanan, dimana supply minyak hidraulik diambil dari pipping system pelumas turbin gas.
4) Cooling System (Sistem Pendingin)
Tingginya temperatur minyak pelumas setelah digunakan melumasi bearing turbin dan bearing generator akan masuk ke lube oil cooler untuk didinginkan oleh sistem pendingin minyak pelumas dengan media pendinginnya adalah air. Setelah digunakan sebagai media pendingin minyak pelumas, air tadi akan berubah menjadi bertemperatur tinggi kemudian akan didinginkan di dalam ACWC (Air Cooler Water Cooler) yang sistemnya mirip dengan radiator.
Peralatan Start (Starting System) di dalam turbin gas digunakan sebagai
penggerak mula, hal ini diperlukan karena pada saat start kondisi turbin masih belum mampu menggerakkan generator dan kompressor dikarenakan belum terjadinya pembakaran. Starting turbin gas memerlukan momen yang besar karena berat dari turbin dan generator sehingga dipasang pony motor yang di pasang secara seri dengan staring motor. Mula-mula starting device dioperasikan untuk menggerakkan turbin gas dan generator. Pada putaran tertentu, kompressor telah menghasilkan udara bertekanan, dan pembakaran dilakukan di ruang bakar. Gas hasil pembakaran tersebut dapat
menggerakkan turbin. Jika hal itu tercapai, maka starting device dilepas dari poros turbin dan generator.
6) Bahan bakar untuk pengoperasian PLTG
Bahan bakar yang digunakan berupa solar (HSD atau High Speed Diesel)
dialirkan dari kapal tanker ke dalam rumah pompa BBM HSD kemudian dipompa lagi dengan pompa bahan bakar untuk dimasukkan dalam ruang bakar sehingga
menghasilkan energi pemutar turbin gas. Penggerak awal turbin gas sebelum
digerakkan oleh energi gas hasil pembakaran adalah motor listrik (starting motor) yang berfungsi memutar kompresor sebagai penghisap udara luar.
II.3. Cara kerja PLTG
1. Fuel Station 2. Pumping House 3. Fuel Pump
6. Compressor
Udara dengan tekanan atmosfir ditarik masuk ke dalam compressor melalui katup, udara ditekan masuk ke dalam compressor. Udara ditekan masuk ke dalam combustor dengan tekanan 250 Psi dicampur dengan bahan bakar dan di bakar dalam ruang bakar dengan temperatur 2000 – 30000F. Gas hasil pembakaran yang merupakan energi termal dengan temperature dan tekanan yang tinggi yang suhunya kira-kira 9000C . Dari energi panas yang dihasilkan inilah kemudian akan dimanfaatkan untuk memutar turbin dimana didalam sudu-sudu gerak dan sudu-sudu-sudu-sudu diam turbin, gas panas tersebut temperature dan tekanan
mengalami penurunan dan proses ini biasa disebut dengan proses ekspansi. Selanjutnya energi mekanis yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk memutar generator hingga menghasilkan energi listrik. Siklus kerja dari PLTG biasa dsebut dengan siklus Brayton. Siklus tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :
Siklus seperti gambar, terdapat empat langkah:
Langkah 1-2 : Udara luar dihisap dan ditekan di dalam kompresor, menghasilkan udara bertekanan (langkah kompresi)
Langkah 2-3 : Udara bertekanan dari kompresor dicampur dengan bahan bakar, terjadi reaksi pembakaran yang menghasilkan gas panas (langkah pemberian panas) Langkah 3-4 : Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk memutar turbin (langkah
ekspansi)
Siklus Brayton terbagi menjadi dua, yaitu:
1. Siklus Brayton Terbuka (Open Cycle Gas Turbine)
Udara segar pada kondisi ambien (atmosfir) disedot masuk ke dalam kompresor, dimana terjadi peningkatan suhu dan tekanan . Udara bertekanan tinggi diproses di dalam ruang pembakaran, dimana bahan bakar dibakar pada tekanan konstan. Gas temperatur tinggi yang dihasilkan kemudian masuk turbin, di mana gas temperatur tinggi dan bahan bakar dibakar pada tekanan atmosfer sehingga
menghasilkan tenaga. Gas buang yang dihasilkan turbin dibuang keluar (tidak disirkulasikan kembali), menyebabkan siklus harus diklasifikasikan sebagai siklus terbuka.
2. Siklus Brayton Tertutup (Close Cycle Gas Turbine)
II.4. Kelebihan PLTG
Proses instalasi yang mudah dan lebih murah Start-up time yang cepat
Tenaga darurat (back up)
Dapat menggunakan berbagai macam variasi bahan bakar II.5. kekurangan PLTG
Memiliki efisiensi yang rendah
III. PEMBANKIT LISTRIK TENAGA GAS UAP (PLTGU)
III.1. Pengertian PLTGU
listrik. Sama halnya dengan PLTU, bahan bakar PLTG bisa berwujud cair (BBM) maupun gas (gas alam). Penggunaan bahan bakar menentukan tingkat efisiensi pembakaran dan prosesnya.
Siklus dasar turbin gas disebut siklus Brayton, yang pertama kali diajukan pada tahun 1870 oleh George Brayton seorang insinyur dari Boston. Sekarang siklus Brayton digunakan hanya pada turbin gas,yang merupakan cikal bakal dari PLTGU dengan proses kompresi dan ekspansi terjadi pada alat permesinan yang berputar. John Barber telah mempatenkan dasar turbin gas pada tahun 1791. Dua penggunaan utama mesin turbin gas adalah pendorong pesawat terbang dan pembangkit tenaga listrik.
Turbin gas digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang berdiri sendiri (simple cycle) atau bergandengan dengan turbin uap (combined cycle) pada sisi suhu tingginya. Turbin uap (combined cycle) memanfaatkan gas buang turbin gas sebagai sumber panasnya. Turbin uap dianggap sebagai mesin pembakaran luar (external combustion), dimana pembakaran terjadi diluar mesin. Energi termal dipindah ke uap sebagai panas.
Turbin gas pertama kali berhasil dioperasikan pada pameran nasional Swiss (Swiss National Exhibition) tahun 1939 di Zurich. Turbin gas yang dibangun antara tahun 1940-an hingga tahun 1950-an efisiensinya hanya sekitar 17 persen; hal ini disebabkan oleh rendahnya efisiensi kompresor dan turbin dan suhu masuk turbin yang rendah karena keterbatasan teknologi metalurgi pada saat itu. Turbin gas terpadu dengan turbin uap (combined cycle) yang pertama kali dipasang pada tahun 1949 di Oklahoma oleh General Electric menghasilkan daya 3,5 MW.
Sebelum ini, pembangkit daya ukuran besar berbahan bakar batu bara ataupun bertenaga nuklir telah mendominasi pembangkitan tenaga listrik. Tetapi sekarang, turbin gas berbahan baker gas alam yang telah mendominasinya karena kemampuan start (black start) yang cepat, efisiensi yang tinggi, biaya awal yang lebih rendah, waktu pemasangan yang lebih cepat, karakter gas buang yang lebih baik dan berlimpahnya persediaan gas alam. Biaya pembangunan pembangkit tenaga turbin gas kira-kira setengah kali biaya pembangunan pembangkit tenaga turbin uap berbahan bakar fosil yang merupakan pembangkit tenaga utama hingga awal tahun 1980-an. Lebih dari separoh dari seluruh pembangkit daya yang akan dipasang dimasa akan datang diperkirakan akan merupakan pembangkit daya turbin gas ataupun dikombinasikan dengan turbin uap (combined cycle).
Di awal tahun 1990-an, General Electric telah memasarkan turbin gas dengan ciri perbandingan tekanan (pressure ratio) 13,5 menghasilkan daya net 135,7 MW dengan efisiensi termal 33 persen pada operasi sendiri (simple cycle operation). Turbin gas terbaru yang dibuat General Electric bersuhu masuk 1425 OC (2600 OF) menghasilkan daya hingga 282 MW dengan efisiensi termal mencapai 39.5 persen pada operasi sendiri (simple cycle operation).
PLTGU
III.2. Bagian-bagian PLTGU
Secara garis besar komponen yang terdapat pada PLTGU adalah sebagai berikut : A. Alat Bantu pada Boiler
Boiler atau ketel uap adalah suatu alat yang digunakan untuk memproduksi uap dengan tekanan dan temperature tertentu.Uap yang dihasilkan digunakan untuk menggerakkan turbin uap sehingga dari turbin uap tersebut akan didapatkan energi mekanis. Selanjutnya, energi mekanis ini akan diubah menjadi energi listrik didalam generator .Adapun boiler sendiri mempunyai alat-alat bantu seperti berikut :
1. Economizer
Economizer adalah alat yang digunakan untuk memanaskan air pengisi ketel dengan media pemanas energi kalor yang terkandung didalam gas bekas. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan air pengisi ketel yang suhunya tidak jauh berbeda dengan air yang terdapat pada boiler drum, serta untuk menaikkan efisiensi boiler.
2. Drum Uap / Steam Drum
3. Super Heater.
Uap yang dihasilkan boiler drum ada yang masih berupa uap basah , dan untuk mendapatkan uap yang betul-betul kering. Uap basah yang berasal dari boiler drum perlu dipanaskan lagi pada super heater sehingga uap kering yang dihasilkkan naik ke steam drum dan memutar sudu – sudu turbin uap. Setiap boiler biasanya dilengkapi dengan dua buah super heater yaitu primary dan secondary super heater yang dipasang pada bagian atas dari ruang pembakarn (furnace).
4. Desuper Heater
Desuper Heater merupakan spray water yang digunakan untuk mengatur temperatur uap yang dialirkan ke turbin. Alat sudah dibuat sedemikian rupa sehingga bila
temperatur uap melebihi ketentuan, maka desuper heater ini akan menyemprotkan air yang berasal dari discharge boiler feed pump sampai temperaturnya normal kembali.
5. Soot Blower
Soot Blower merupakan alat pembersih pipa di dalam boiler yang diakibatkan menempelnya sisa-sisa pembakaran, dengan media pembersih auxiliary steam. 6. Boiler Feed Pump ( BFP )
Boiler Feed Pump merupakan pompa pengisi air boiler. Pompa tersebut memompakan deaerator storage tank ke boiler.
B. Alat-alat bantu pada Turbin
1. Condensor
Condensor dibuat dari sejumlah pipa-pipa kecil yang mana air laut sebagai media pendingin dapat mengalir melalui pipa-pipa tersebut. Sedangkan uap bekas yang keluar dari turbin akan memasuki sela-sela pipa kondensor sehingga terjadilah perpindahan panas dari uap ke air laut yang selanjutnya akan terjadi pengembunan dan kondensasi uap. Uap yang sudah berubah menjadi air didalam kondensor ditampung didalam hot well. Fungsi dari condensor adalah sebagai berikut :
b. Untuk mengembunkan uap bekas dari turbin dengan media pendingin air laut yang mengalir melalui pipa-pipa kecil didalam kondensor sehingga air kondensasi tersebut dapat dijadikan sebagai air pengisi ketel.
2. Condensate Pump
Setelah air kondensasi terkumpul pada hot well, maka air tersebut dipompakan oleh condensate pump ke daerator tank dengan melalui heater.
3. Low Pressure Heater
Alat ini berguna untuk memanaskan air condensate yang berasal dari hot well, sebelum dimasukkan ke daerator tank. Konstruksi pemanasan ini terdiri dari pipa-pipa air yang dilalui oleh air condensat dan pada bagian luarnya dipanasi dengan uap yang diambilkan dari extraction steam dari turbin.
4. Auxiliary Cooling Water Pump
Pompa ini berfungsi untuk mensirkulasikan air pendingin yang dibutuhkan untuk mendinginkan minyak pelumas dan gas hydrogen. Air pendingin yang disirkulasikan pleh pompa ini didinginkan lagi oleh air laut didalam auxillary cooling water heat exchanger.
5. High Pressure Heater
Alat ini berguna untuk memanaskan air pengisi ketel yang berasal dari deaerator storage tank, yang selanjutnya akan dikirim ke ketel lewat economizer. Konstruksi alat ini terdiri dari pipa-pipa air yang dilalui oleh air boiler feed dan bagian luarnya dipanasi dengan uap.
6. Daerator
Daerator adalah alat yang berfungsi untuk membuang O2 dan gas-gas lain yang terkandung dalam air kondensat, disamping itu juga berfungsi sebagai pemanas air kondensat. Alat ini dikonstruksikan dari tray-tray yang berlapis-lapis sehingga memungkinkan untuk membuat partikel-partikel air condensate yang dimasukkannya. Dengan adanya air kondensat yang sudah menjadi partikel-partikel tersebut serta adanya uap ekstraksi yang disemprotkan, maka akan memungkinkan O2 dan gas-gas lainnya yang terkandung didalamnya akan terlepas dan dibuang ke atmosfir.
7. Air Ejector
Alat ini ada dua macam yaitu : a. Primming Ejector
Primming Ejector digunakan pada saat start up, kemudian bila kemampuannya sudah mencapai batas maka penarikan vacuum dilakukan oleh alat lain.
b. Air Ejector
Air Ejector digunakan untuk menarik kevakuman setelah melalui alat primming ejector.
Secara garis besar komponen yang terdapat pada PLTGU adalah sebagai berikut :
Cranking Motor
Crangking Motor adalah motor yang digunakkan sebagai penggerak awal saat turbin belum menghasilkan tenaga penggerak generator ataupun compressor. Motor Crangking mendapatkan suplai listrik yang berasal dari jaringan tegangan tinggi 150 KV / 500 KV Jawa – Bali.
Air Filter
Air Filter merupakan filter yang berfungsi untuk menyaring udara bebas agar udara yang mengalir menuju ke compressor merupakan udara yang bersih.
Compressor
Compressor sebagai penghisap udara luar, dengan terlebih dahulu melalui air filter. Compressor menghisap udara atmosfer dan menaikkan tekanannya menjadi beberapa kali lipat ( sampai 8 kali ) tekanan semula. Udara luar ini akan diubah menjadi udara atomizing untuk sebagian kecil pembakaran dan sebagian besar sebagai pendingin turbin.
Combustion Chamber
Combustion chamber ( ruang bakar ) adalah ruang yang dipakai sebagai tempat pembakaran bahan bakar ( solar ) dan udara atomizing. Gas panas yang dihasilkan dari proses pembakaran di combustion chamber digunakan sebagai penggerak turbin gas. Gas Turbine
Selector Valve
Selector Valve merupakan valve yang berfungsi untuk mengatur gas buangan dari turbin gas, apakah akan dibuang langsung ke udara ataukah akan dialirkan menuju ke HRSG.
GTG
GTG (Gas Turbine Generator) berfungsi sebagai alat pembangkit listrik dengan menggunakan tenaga putaran yang dihasilkan dari turbin gas. Pada PLTGU, satu buah generator ini menghasilkan daya 100 MW. PT. Indonesia Power Unit Bisnis pembangkitan Semarang memiliki 3 Gas Turbine generator dengan kapasitas masing-masing adalah 100 MW.
Steam Turbine
Steam Turbine ( Turbin Uap ) adalah turbin yang berputar dengan menggunakan energi uap. Uap ini diperoleh dari penguapan air yang berasal dari HRSG ( Heat Recovery Steam Generator ).
STG
STG (Steam Turbine Generator) merupakan generator berfungsi sebagai alat pembangkit listrik dengan menggunakan tenaga putaran yang diperoleh dari turbin uap. Tenaga penggeraknya berasal dari uap kering yang dihasilkan oleh HRSG dengan putaran 3000 RPM, berpendingin hidrogen dan tegangan keluar 11,5 KV. Pada PLTGU, satu buah generator ini menghasilkan daya kurang lebihnya sekitar 200 MW. PT. Indonesia Power Unit Bisnis pembangkitan Semarang memiliki 1 buah steam turbine generator untuk bagian PLTGU-nya.
HRSG
HRSG ( Heat Recovery Steam Generator ). HRSG ini didesain untuk beroperasi pada turbin gas dengan pembakaran natural gas dan destilate oil. 514 oC (HSD) pada outlet flow gas Untuk masing-masing HRSG akan membangkitkan uap sebesar 194,29 ton/jam total flow, pada inlet flow gas.
III.3. Cara kerja PLTGU
PLTGU merupakan pembangkit listrik gabungan antara PLTG dengan PLTU. PLTG disebut siklus Brayton sedangkan PLTU disebut siklus Rankine. Dari hasil gabungan tersebut biasa diebut dengan combined cycle.
III.3.1. Siklus PLTG
Skema PLTG Proses yang terjadi pada PLTG adalah sebagai berikut :
Pertama, Turbin gas berfungsi menghasilkan energi mekanik untuk memutar kompresor dan rotor generator yang terpasang satu poros, tetapi pada saat start up fungsi ini terlebih dahulu dijalankan oleh penggerak mula (prime mover).
Kedua, Proses selanjutnya pada ruang bakar, jika start up menggunakan bahan bakar cair (fuel oil) maka terjadi proses pengabutan (atomizing) setelah itu terjadi proses pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang kemudian dihasilkan api dan gas panas yang bertekanan. Gas panas tersebut dialirkan ke turbin sehingga turbin dapat menghasilkan tenaga mekanik berupa putaran. Selanjutnya gas panas dibuang ke atmosfir dengan temperatur yang masih tinggi.
Proses seperti tersebut diatas merupakan siklus turbin gas, yang merupakan penerapan Siklus Brayton. Siklus tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :
Diagram P - v dan T - s Siklus seperti gambar diatas terdapat empat langkah:
Langkah 1-2 : Udara luar dihisap dan ditekan di dalam kompresor, menghasilkan udara bertekanan (langkah kompresi)
Langkah 3-4 : Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk memutar turbin (langkah ekspansi)
Langkah 4-1 : Gas panas dari turbin dibuang ke udara luar (langkah pembuangan)
III.3.2. Siklus Kombinasi (Combined Cycle)
Siklus PLTGU terdiri dari gabungan siklus PLTG dan siklus PLTU. Siklus PLTG menerapkan siklus Brayton, sedangkan siklus PLTU menerapkan siklus ideal Rankine sseperti gambar di bawah
Siklus Brayton, Siklus Rankine dan Siklus kombinasi
Penggabungan siklus turbin gas dengan siklus turbin uap dilakukan melalui peralatan pemindah panas berupa boiler atau umum disebut “Heat Recovery Steam Generator”
(HRSG). Siklus kombinasi ini selain meningkatkan efisiensi termal juga akan mengurangi pencemaran udara.
Skema siklus PLTGU dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Diagram Cogeneration Cycle
HRSG III.4. Kelebihan PLTGU
Dengan menggabungkan siklus tunggal PLTG menjadi unit pembangkit siklus kombinasi (PLTGU) maka dapat diperoleh beberapa keuntungan, diantaranya adalah :
1. Efisiensi termalnya tinggi, sehingga biaya operasi (Rp/kWh) lebih rendah dibandingkan dengan pembangkit thermal lainnya.
2. Biaya pemakaian bahan bakar (konsumsi energi) lebih rendah 3. Pembangunannya relatif cepat
4. Kapasitas dayanya bervariasi dari kecil hingga besar 5. Fleksibilitasnya tinggi
6. Tempat yang diperlukan tidak terlalu luas, sehingga biaya investasi lahan lebih sedikit.
7. Pengoperasian PLTGU yang menggunakan komputerisasi memudahkan pengoperasian.
8. Waktu yang dibutuhkan: untuk membangkitkan beban maksimum 1 blok PLTGU relatif singkat yaitu 150 menit.
III.5. kekurangan PLTGU
1. Prosedur pemeiliharaan lebih sering dilakukan karena beroperasi pada suhu yang sangat tinggi.
BAB III
PENUTUP
KESIMPULAN
Pembangkit listrik tenaga uap merupakan pembangkit listrik yang energy
penggeraknya adalah uap hasil pemanasan air. PLTU disebut juga dengan siklus Rankine. Pembangkit listrik tenaga gas adalah pembangkit listrik yang energy penggeraknya berasal dari gas bertemperatu tinggi dari hasil pembakaran capuran bahan bakar dengan udara bertekanan tinggi. PLTG memiliki efiiensi yan lebih rendah karena bersifa siklus terbuka (open cycle). PLTG disebut juga dengan siklus Brayton.
Pembangkit listrik tenaga gas uap merupakan pembangkit listrik gabungan dari PLTU dan PLTG yang biasa disebut Combine cycle. PLTGU ini merupakan pembangkit listrik yang memiliki efisiensi yang tinggi karena gas exhaust dari PLTG digunakan untuk memanaskan air pada HRSG yang akan menggerakkan steam turbin.
DAFTAR PUSTAKA
http://taufikkiilham.blogspot.com/2012/09/ Proses -Pembangkit –Listrik- Tenaga -Gas Uap.html
http://pembangkitanlistrik.wordpress.com/
http://p3mb4ngk1t.blogspot.com/2013/02/pltg.html
