STUDI KEANDALAN DAN KETERSEDIAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP UNIT 2 PT. PLN (Persero) SEKTOR PEMBANGKITAN BELAWAN

(1)

copyright DTE FT USU 105 2014

STUDI KEANDALAN DAN KETERSEDIAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP UNIT 2 PT. PLN (Persero) SEKTOR

PEMBANGKITAN BELAWAN

Lukmanul Hakim Rambe, Surya Tarmizi Kasim Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA

e-mail: lhrambe@gmail.com,

Abstrak

Dalam proses produksi listrik pembangkit listrik tenaga uap merupakan pembangkit listrik thermal yang memiliki kapasitas yang besar, karena merupakan pembangkit yang menyuplai beban dasar dalam sistem kelistrikan. Dari segi ekonomis PLTU merupakan pembangkit listrik yang hemat sehingga banyak digunakan, walaupun dalam investasi awal PLTU sangatlah mahal. Pembangkit Listrik Tenaga Uap memiliki beberapa komponen utama antara lain turbin uap, boiler, kondensor dan generator. Semua komponen tersebut terintegrasi menjadi satu kesatuan sistem unit yang bekerja untuk dapat menghasilkan energi listrik. Seperti yang diketahui, bahwa pembangkit sering mengalami pelepasan sebagian beban melihat perkembangan beban yang semakin besar sehingga perlu dilakukan evaluasi. Dari sisi kualitas PLTU dipengaruhi oleh besarnya kapasitas faktor dan faktor ketersediaan terhadap produksi listrik. Dalam penelitian ini didapat nilai kapasitas faktor PLTU unit 2 sebesar 70,52 % dan faktor ketersediaan sebesar 69,23%. Sedangkan secara kuantitas komponen yang memiliki keandalan terburuk selama 26304 jam adalah preasure gauge, untuk ketersediaan terbaik adalah modul i/o level. Agar keandalan tetap terjaga maka dilakukan rencana operasi dengan menjadwalkan perawatan pencegahan, dimana didapat bahwa komponen yang harus mengalami perawatan tercepat yaitu condensat pump dan termokopel 1.

Kata Kunci: Keandalan, Preventive Maintenance

1. Pendahuluan

Dalam proses produksi listrik pembangkit listrik tenaga uap merupakan pembangkit listrik thermal yang memiliki kapasitas yang besar, karena merupakan pembangkit yang menyuplai beban dasar dalam sistem kelistrikan. Dari segi ekonomis PLTU merupakan pembangkit listrik yang hemat sehingga banyak digunakan, walaupun dalam investasi awal PLTU sangatlah mahal.

Dari sisi kualitas PLTU dipengaruhi oleh besarnya kapasitas faktor dan faktor ketersediaan terhadap produksi listrik selama setahun. Seperti kita ketahui pembangkit sering mengalami pelepasan sebagian beban melihat pertambahan konsumen baik yang baru maupun yang sudah lama semakin pesat sehingga perlu dilakukan evaluasi agar diharapkan produksi listrik yang semaksimal mungkin.

Dari sisi kuantitas PLTU sangat dipengaruhi oleh evaluasi kinerja dari setiap komponen komponen yang terlibat di dalam unit PLTU tersebut. Permasalahan yang sering terjadi dalam unit PLTU ini yaitu kegagalan start pada saat unit PLTU akan dioperasikan.

Kegagalan start tersebut terjadi dikarenakan adanya kegagalan ataupun kerusakan pada komponen-komponen yang ada didalam unit PLTU. Dimana dampak dari kegagalan tersebut dapat menyebabkan unit PLTU mengalami trip dan tidak dapat melakukan produksi listrik.

Dengan demikian perlu dilakukan evaluasi kinerja unit PLTU dari segi keandalan dan ketersediannya berdasarkan waktu kegagalan unit komponen pembangkit. untuk mengetahui lifetime komponen dan perkiraan waktu dari suatu komponen untuk dilakukan perawatan ataupun pergantian komponen.

2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Pembangkit Listrik Tenaga Uap memiliki beberapa komponen utama antara lain turbin uap, boiler, kondensor dan generator. Semua komponen tersebut terintegrasi menjadi satu kesatuan sistem unit yang bekerja untuk dapat menghasilkan energi listrik[1].

(2)

Gambar 1 Siklus Kerja PLTU[2].

Gambar 1 diatas dapat dilihat bahwa komponen utama PLTU sebagai berikut :

a. Boiler adalah Ruang Bakar adalah ruangan tempat proses terjadinya pembakaran. Ruang pembakaran terdiri dari 8 buah burner yang didalamnya dipasang komponen-komponen untuk proses pembakaran beserta sarana penunjangnya, diantaranya:

1. Fuel Nozzle 2. Combustion Liner 3. Transition Piece 4. Igniter gun 5. Flame Detector

b. Turbin uap berfungsi untuk merubah energi panas yang terkandung dalam uap menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. Uap dengan tekanan dan temperatur tinggi mengalir melalui nozzle sehingga kecepatannya naik dan mengarah dengan tepat untuk mendorong sudu-sudu turbin yang dipasang pada poros. Akibatnya poros turbin bergerak menghasilkan putaran (energi mekanik.

c. Generator adalah alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

Generator menghasilkan energi listrik dengan digerakkan atau diputar oleh suatu penggerak mula (prime mover).

Penggerak mula dari pada Generator dapat berupa turbin gas (PLTG), turbin uap Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), mesin diesel Pembangkit Listrik tenaga Diesel (PLTD), dan lain- lain.

Sistem Start (Starting System) di dalam turbin Uap digunakan sebagai penggerak mula, hal ini diperlukan karena pada saat start kondisi turbin masih belum mampu menggerakkan generator dikarenakan belum terjadinya pembakaran. Starting turbin uap memerlukan momen yang besar karena berat dari turbin dan

generator sehingga dipasang poros motor yang di pasang secara seri dengan staring motor.

Mula-mula starting device dioperasikan untuk menggerakkan turning gear dalam putaran 30 RPM. Pada putaran tertentu, uap hasil pembakaran yang bertekanan, dapat menggerakkan turbin. Jika hal itu tercapai, maka starting device dilepas dari poros turbin dan generator[3].

Kapasitas daya terpasang sistem merupakan jumlah “rating name plate” semua unit pada sistem tenaga. Kapasitas daya terpasang dibuat melebihi beban puncak sistem, kelebihan ini disebut kapasitas cadangan. Kapasitas cadangan dipergunakan untuk mempertahankan keandalan sistem pada setiap operasi dan untuk mengatasi beban yang besarnya melebihi yang diperkirakan. Kapasitas cadangan yang besar akan menghasilkan keandalan sistem yang tinggi[4].

Secara umum keandalan dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu sisi kualitatif dan sisi kuantitatif. Dimana perbedaan kedua sisi ini terletak pada parameter yang diinginkan.

Keandalan kualitatif adalah kemampuan pembangkit dalam melayani konsumen terhadap energi yang dibangkitkan dalam periode waktu tertentu.keandalan kualitatif terdiri dari 2 faktor yaitu factor ketersediaan dan factor kapasitas .

Faktor ketersediaan adalah perbandingan antara besarnya daya yang tersedia terhadap daya yang terpasang dalam sistem.

= (1)

Faktor ketersediaan menggambarkan kesiapan operasi unit-unit pembangkit dalam sistem. Semakin tinggi faktor ketersediaan (100%) maka semakin baik keandalan unit pembangkit.

Faktor kapasitas menunjukkan besar sebuah unit pembangkit tersebut dimanfaatkan. Faktor kapasitas tahunan (8760 jam) didefinisikan sebagai:

=

(2)

Faktor kapasitas adalah faktor kapasitas tahunan, menggambarkan pemanfaatan energi unit pembangkit dalam satu tahun dari kemampuan produksi. Semakin tinggi faktor

(3)

kapasitas maka semakin baik keandalan unit pembangkit[5].

Keandalan kuantitatif merupakan metode analisa yang dilakukan secara perhitungan matematis. Metode ini dapat dilakukan melalui perolehan data perawatan (maintenance record) terhadap waktu kegagalan (time to failure) dan waktu perbaikan (time to repair) dari suatu komponen atau sistem.Keandalan dari suatu komponen atau sistem adalah probabilitas untuk tidak mengalami kegagalan atau dapat melaksanakan fungsinya selama periode waktu (t) atau lebih.

Pada tahap ini, data-data yang diperoleh akan diolah secara kuantitatif. Data yang digunakan adalah data maintenance yang berupa data kegagalan dan perbaikan komponen- komponen unit PLTU yang bisa didapatkan dari komputer database. Pengolahan data secara kuantitatif tersebut menggunakan Software Weibull++6. Untuk menghitung keandalan suatu komponen langkah pertama harus mengetahui model probabilitas kegagalan komponen tersebut yang dinyatakan dengan distribusi statistic[6].

Distribusi weibull telah digunakan secara luas dalam teknik keandalan. Keuntungan dari distribusi ini adalah bisa digunakan untuk merepresentasikan banyak PDF serta bisa digunakan untuk variasi data yang luas.

Karasteristik distribusi weibull adalah:

a. Fungsi keandalan distribusi weibull ditunjukkan pada Persamaan (3).

( ) = − (3)

b. Laju kegagalan distribusi weibull ditunjukkan pada Persamaan (4).

( ) = (4)

c. Waktu rata-rata kegagalan distribusi weibull ditunjukkan pada Persamaan (5).

= + 1 + (5)

Jika distribusi waktu antar kegagalan suatu sistem mengikuti distribusi eksponensial maka:

a. Fungsi keandalan distribusi eksponensial ditunjukkan pada Persamaan (6).

( ) = ⁽ ⁾ (6)

b. Laju kegagalan distribusi eksponensial ditunjukkan pada Persamaan (7).

( ) = ) (7)

c. Waktu rata-rata kegagalan distribusi eksponensial ditunjukkan pada Persamaan (8).

= + (8)

dimana:

R(t) : Fungsi keandalan terhadap waktu ( ) : Laju kegagalan terhadap waktu Sedangkan untuk Persamaan waktu rata-rata perbaikan untuk beberapa distribusi ditunjukkan pada Persamaan (9-12) berikut:

a. Distribusi Weibull.

= + 1 + (9)

b. Distribusi Lognormal.

= ( + ) (10)

c. Distribusi Normal.

= (11) d. Distribusi Eksponensial.

= +

µ (12) Ketersediaan didefenisikan sebagai probabilitas bahwa sebuah komponen akan tersedia saat dibutuhkan (dengan berbagai kombinasi aspek-aspek keandalannya, kemampuan perawatan dan dukungan perawatan), atau proporsi dari total waktu bahwa sebuah komponen tersedia untuk digunakan.

Availability dari sebuah sistem dapat diekspresikan kedalam Persamaan (13) berikut:

= (13) Secara practical, availability A(t) yang berubah terhadap waktu dapat dihitung menggunakan Persamaan (14).

(4)

( ) = 1 −

−

(−( ) ) (14)

dimana:

MTTF : Mean Time To Failure MTTR : Mean Time To Repair 3. Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan pada PLTU sektor pembangkitan belawan pada tanggal 02 Agustus 2013 di belawan pulau sicanang. Penelitian dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan cara kualitatif dan kuantitatif, dimana secara kualitatif di hitung menggunakan data energi yang dihasilkan dengan daya yang tersedia.

Sedangkan secara kuantitatif dilakukan sesuai alur penelitian pada gambar 2.

Gambar 2 Diagram alur keandalan kuantitas Adapun peralatan yang digunakan dalam memperoleh data adalah laptop, kalkulator Buku petunjuk waktu kegagalan dan buku petunjuk PLN, Software Weibull++ dan Mic.Excel.

Adapun gambar pengolahan data pada software weibull++6 dapat ditunjukan oleh gambar 3.

Gambar 3 Tampilan hasil software weibul++

4. Hasil Perhitungan dan Analisis

Adapun perhitungan dan analisa data sebagai berikut :

1. Keandalan dari sisi kualitas :

Faktor kapasitas = x 100%

= 71, 44 %

Faktor ketersediaan (U2)= x 100 %

= 69,23 %

Dari perhitungan data diatas terlihat bahwa untuk nilai keandalan pembangkit berdasarkan nilai kapasitas faktornya didapat nilai sebesar 71,44%. Ini menandakan keandalan PLTU masih dalam kondisi baik,dikarenakan standart untuk faktor kapasitas PLTU PLN yaitu sekitar 60 – 80%[5], sedangkan faktor ketersediaannya yaitu sebesar 69,23 % .

2. Keandalan sisi kuantitas

Berikut adalah grafik salah satu hasil analisa pada komponen PLTU yang diperoleh dari Persamaan (12).

(5)

Grafik 5 dan 6 menjelaskan keandalan dan ketersediaan setiap komponen-komponen pendukung unit PLTU yang memiliki nilai keandalan dan ketersedian yang berbeda. Ini bisa dilihat dari grafik-grafik tersebut, bahwa nilai keandalan setiap komponen semakin lama akan semakin menurun hingga waktu operasional tertentu mencapai nilai 0 %. Untuk nilai ketersediaan setiap komponennya semakin lama akan semakin naik, hal itu dikarenakan komponen lebih siap untuk digunakan.

Sebaliknya komponen lain memilik nilai ketersediaan semakin menurun, hal ini perlu dilakukan perawatan lebih untuk komponen ini agar tingkat ketersediaan menjadi baik.

Tabel 2. Hasil Analisis Keseluruhan Komponen

No Komponen R (t) A(i)

1 Turning 0.07117 0.9999045 2 Exiter 0.08488 0.9997026 3 Control CP 0.08660 0.9999107

4 Trans

vibrasi 1.08E-15 0.9918564 5 Card DS200 1.55E-06 0.9982296 6 i/o modul

level 0.33398 0.9999782 7 Kondensat

pump 1.21E-05 0.9985314 8 Solenoid 1.44E-21 0.9737826

valve 9 Presure

gauge 3.65E-44 0.9460407 10 Thermo 1 0.05772 0.9999106 11 Thermo 2 0.00025 0.9988486 12 Igniter gun 5.04E-16 0.9930927 13 FD fan 0.00444 0.9999587 Hasil pada Table 2 diatas untuk nilai keandalan tertinggi dalam pengoperasian selama 3 tahun terakhir ( 26304 jam ) pada alat bantu komponen utama PLTU adalah i/o module level sebesar 0.33398, sedangkan keandalan terendah terdapat pada komponen pressure gauge sebessar 3.65E-44 mendekati nilai 0%. Sehingga perlu dilakukan penanganan khusus berupa perawatan ataupun juga pergantian alat yang baru. Untuk nilai ketersediaan terbaik terapat pada komponen FD fan sebesar 0.9999587, hampir mendekati 100%.

3. Evaluasi keandalan kuantitatif dengan Preventive maintenance

Evaluasi keandalan dengan preventive maintenance reliability berupa perbandingan nilai keandalan komponen sebelum dilakukan preventive maintenance dengan nilai keandalan setelah dilakukan preventive maintenance, dengan acuan nilai keandalan sebesar 80% atau 0,80. Nilai acuan tersebut berdasarkan rekomendasi Reliability Standard Power Plant.

Hasil dari perbandingan nilai tersebut dapat di plot dalam sebuah grafik hubungan antara nilai keandalan dengan waktu operasional[1].

Tabel 3 Preventive Maintenance yang tepat

No Komponen t (jam)

1 Exciter 4000

2 Turning device 3250

3 Control card processor 4750 4 Transducer vibrasi 2500

5 Card ds200 2500

6 i/o module 3500

7 Kondensat pump 250

8 Solenoid valve 2500

9 Preasure gauge 3500

10 Termokopel 1 250

11 Termokopel 2 4500

12 Igniter gun 2750

13 FD fan 2750

(6)

Pada tabel 3 menunjukkan jadwal perawatan agar komponen dapat terjaga kehandalannya.

terlihat bahwa komponen yang harus ditangani untuk perawatan pencegahan yaitu komponen kondensat pump dan termoopel 1.

5. Kesimpulan

Adapun hasil pembahasan dari penelitian ini adalah:

1. Dari hasil perhitungan didapat nilai keandalan PLTU Unit 2 ditinjau dari kapasitas faktor yaitu sebesar 70,52 % ini menunjukkan bahwasanya PLTU unit 2 Belawan masih sangat baik untuk memproduksi listrik . Karena standard faktor kapasitas PLTU PT.PLN selama 1 tahun umumnya kisaran 60 – 80 %.

2. Komponen dengan nilai Keandalan terendah selama 26304 jam adalah Pressure gauge sebesar 3.64663E-44 (hampir mendekati 0%) sehingga diharuskan pergantian komponen yang baru.

3. Dari perhitungan didapat komponen dengan nilai ketersediaan terbaik adalah Modul i/o level sebesar 99.99782 % , dan terburuk adalah pressure gauge sebesar 94,60 %

4. Komponen yang paling cepat untuk dilakukan perawatan pencegahan yaitu komponen kondensat pump dan termokopel 1 yang beroperasi selama 250 jam.

6. Referensi

[1]. Habibiansyah,rhivki,“StudiReliability,Availa bility dan Maintainability Pembangkit

Listrik Tenaga Gas Payo Silincah

Jambi”,Tugas akhir,USU,Medan, 2012.

[2]. Anonim, “Kerja Praktek Lapangan”.USU,Medan, 2012.

[3].Djiteng Marsudi, Ir,”Pembangkitan Energi Listrik”, Penerbit Erlangga, Jakarta, 2005.

[4]. Djiteng Marsudi, Ir, “Operasi SistemTenaga Listrik”, GRAHA ILMU,Yogyakarta.2006.

[5]. Gunawan Eko Prasetyo, “STUDI,TENTANG INDEKS KEANDALAN PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK WILAYAH JAWA TENGAH DAN DAERAH ISTIMEWA YOGYAKARTA”, Tugas Akhir, Undip, Semarang, 2007 .

[6]. Gunawan Eko Prasetyo, “STUDI,TENTANG INDEKS KEANDALAN PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK WILAYAH JAWA TENGAH DAN DAERAH ISTIMEWA YOGYAKARTA”, Tugas Akhir, Undip, Semarang, 2007 .