Post on 20-Dec-2015
description
TUGAS MAKALAH TEKNIK TENAGA LISTRIK
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
Dosen Pembimbing :
Dra. Ratu Amilia Avianti, M.Pd.
Nama Anggota Kelas Non – Reguler :
Alfi Aflahal Amrul Muflih (5315122804)
Gayu Diafebri Irwandanu (5315127308)
Septiyanto Eko Nurcahyo (5315127352)
PENDIDIKAN TEKNIK MESIN (S-1)
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
2012
i
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT. Karena atas rahmat –
Nyalah makalah yang berjudul “Pembangkit Listrik Tenaga Uap” ini dapat penulis
selesaikan dengan waktu yang telah ditentukan. Dalam makalah ini, penulis
membahas mengenai pengertian dan pemandangan umum PLTU, siklus ideal
rankine PLTU, bagian – bagian penyusun PLTU, proses kerja PLTU, siklus actual ,
keuntungan dan kerugian PLTU.
Makalah ini dibuat dalam rangka memperdalam pemahaman penulis
mengenai Pembangkit Listrik Tenaga Uap dan menyelesaikan tugas mata kuliah
teknik tenaga listrik. Terima kasih penulis ucapkan kepada :
Ibu Dra. Ratu Amilia Avianti, M.Pd. ,sebagai dosen pembimbing mata kuliah
Teknik Tenaga listrik, Universitas Negeri Jakarta.
Penulis menyadari bahwa sebagai manusia biasa tidak luput dari
kesalahan dan kekurangan. Maka dari itu, Penulis sangat mengharapkan kritik
dan saran dari para pembaca sehingga penulis dapat memperbaiki kesalahan –
kesalahan dalam penyusunan makalah ilmiah selanjutnya. Demikian makalah ini,
semoga bermanfaat .
ii
DAFTAR ISI
SAMPUL
KATA PENGANTAR....................................................................................................ii
DAFTAR ISI...............................................................................................................iii
BAB I PENDAHULUAN...............................................................................................1
1.1. Latar Belakang Masalah....................................................................................1
1.2. Identifikasi Masalah..........................................................................................1
1.3. Batasan Masalah................................................................................................1
1.4. Tujuan Penulisan Makalah................................................................................1
BAB II ISI....................................................................................................................2
2.1. Pengertian dan Pemandangan Umum PLTU.....................................................2
2.2. Siklus Rankine (Regeneratif) pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap.................2
2.3. Bagian – Bagian Penyusun PLTU........................................................................4
2.4. Proses Kerja PLTU............................................................................................15
2.5. Siklus aktual pada Sistem Energi Uap dan Modifikasinya...............................18
2.6. Keuntungan dan Kerugian dari PLTU...............................................................22
BAB III KESIMPULAN..............................................................................................25
DAFTAR PUSTAKA..................................................................................................26
iii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Yang melatar belakangi pengambilan masalah adalah keinginan penulis
untuk memahami lebih jauh mengenai proses yang terjadi pada PLTU, berbagai
komponen penyusunnya , dan keuntungan serta kerugian yang ada. Selain itu
masalah telah sesuai dengan tugas yang berikan kepada penulis.
1.2. Identifikasi Masalah
Yang menjadi masalah dalam PLTU adalah
- Apa yang membedakan PLTU dengan pembangkit listrik lainnya
- Bagaimana PLTU membangkitkan energi untuk menghasilkan listrik
- Apa saja komponen yang menyusung sistem PLTU
- Seperti apa siklus ideal dibandingkan dengan siklus nyata sistem energi uap
dan modifikasi yang bisa dilakukan untuk memperbaiki kekurangannya
1.3. Batasan Masalah
Masalah yang penulis bahas yaitu sekitar proses kerja dan siklus kerja
pada PLTU untuk menghasilkan energi.
1.4. Tujuan Penulisan Makalah
Tujuan ditulisnya makalah adalah untuk menambah wawasan penulis
sendiri, dan untuk memenuhi tugas yang telah ditetapkan. Dengan makalah ini
penulis ingin memahami tentang keseluruhan dalam Pembangkit listrik Tenaga
Uap
1
BAB II
ISI
2.1. Pengertian dan Pemandangan Umum PLTU
Energi uap biasanya digunakan dalam pembangkit tenaga listrik berbahan
bakar fosil dan nuklir. Namun PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) merupakan
pembangkit listrik yang menggunakan bakar fosil untuk memanaskan air ,
sehingga PLTU masuk kedalam jenis pembangkit listrik energi konvensional.
Sedangkan pembangkit listrik yang menggunakan nuklir untuk memanaskan air,
termasuk ke dalam tipe non – konvensional dan disebut dengan PLTN
(Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir). Kebanyakan pembangkit uap modern
menghasilkan energi uap dengan panas lanjut bertekanan tinggi (2400 sampai
3500 Psia atau 165 sampai 240 bar. Energi uap diproses melalui siklus rankine.
Oleh karena itu cara kerja PLTU selalu mengacu pada siklus tersebut.
PLTU dapat didefinisikan sebagai pembangkit bersistem energi uap yang
mengandalkan energi kinetik dari uap hasil pemanasan air untuk menghasilkan
energi listrik. Pemanasan air bisa dilakukan didalam ketel (boiler) melalui
pembakaran minyak bumi atau batu bara (coal). Kemudian untuk start awal
digunakan MFO (Marine Fuel Oil)
Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang dihubunhkan
ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas / kering. Pembangkit
uap pada PLTU merupakan kombinasi kompleks dari ekonomiser, ketel (boiler /
steam generator), pemanas lanjut (superheater), pemanas ulang (reheater), dan
pemanas udara awal (air-preheater). Sebagai tambahan, khususnya yang
menggunakan bahan bakar batubara, ditambahkan perlengkapan seperti ruang
bakar pulverizer.
2.2. Siklus Rankine (Regeneratif) pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap
2
Proses penggunaan energi uap pada PLTU dapat dijelaskan secara
sederhana melalui grafik dan skema siklus rankine berikut ini,
Keterangan :
1-2 Kompresi isentropi di dalam pompa
2-3 Penambahan tekanan panas secara konstan di dalam ketel
3-4 Ekspansi isentropi dalam turbin
4-1 Pengeluaran tekanan panas secara konstan di dalam kondensor
Mula – mula air masuk ke dalam pompa dalam fase saturated liquid dan
dikompresikan secara isentropik kedalam boiler. Kemudian temperatur air
meningkat selama kompresi ini menyebabkan penurunan volume spesifik dalam
jumlah yang sangat kecil. Sehingga terjadi kenaikan vertikal pada grafik titik 1 ke
titik 2.
Kemudian air memasuki ketel dalam fase compressed liquid dan keluar
dalam fase superheated vapor. Ketel atau boiler merupakan heat exchanger besar
yang memiliki bagian untuk melakukan pemanasan lanjut pada uap sehingga
dapat disebut dengan penghasil uap / steam generator.
3
Kemudian superheated vapor pada titik 3 memasuki turbin. Turbin tersebut
kemudian membuatnya terekspansi secara isentropik dan menghasilkan usaha
melalui pemutaran poros yang terhubung dengan generator listrik. Tekanan dan
temperatur uap turun selama proses ini sampai ke titik 4. Kemudian pada titik
tersebut uap masuk kedalam kondensor. Pada tahap ini uap dalam fasa saturated
liquid – vapor mixture berkualitas tinggi. Uap dikondensasikan pada tekanan
konstan , pada heat exchanger dengan mengeluarkan panas ke medium yang
lebih dingin. Uap meninggalkan kondensor menjadi saturated liquid dan
memasuki pompa kembali. Berdasarkan siklus ideal tersebut area dibawah kurva
pada diagram T-s merupakan proses reversibel internal.
2.3. Bagian – Bagian Penyusun PLTU
PLTU terangkai menjadi beberapa bagian penyusun yaitu :
1. Sistem Batu bara
Coal Handling System (untuk batu bara), berfungsi untuk mengatur
penggunaan batubara dan penyaluran dari sumber ke pulverizer coal /
ruang giling batubara. Sistem ini melakukan stacking (pemupukan batu bara
dari kapal laut ) dan reclaiming (pengambilan batu bara dari coal pile ke
silo).
Istilah dalam stacking seperti, Belt Conveyor berbentuk semacam sabuk
besar yang terbuat dari karet yang bergerak melewati Head Pulley dan Tail
Pulley, keduanya berfungsi untuk menggerakkan Belt Conveyor, serta
Tansioning Pulley yang berfungsi sebagai peregang Belt conveyor. Untuk
menyangga Belt Conveyor beserta bobot batubara yang diangkut dipasang
Idler pada jarak tertentu diantara Head Pulley dan Tail Pulley. Idler adalah
bantalan berputar yang dilewati oleh Belt Conveyor. Batubara yang
diangkut oleh Conveyor dituangkan dari sebuah bak peluncur (Chute)
diujung Tail Pulley kemudian bergerak menuju ke arah Head Pulley.
Biasanya , muatan batubara akan jatuh ke dalam bak peluncur lainnya yang
terletak dibawah Head Pulley untuk diteruskan ke conveyor lainnya atau
4
masuk ke bak penyimpan. Disetiap belokan antar Conveyor satu denagn
yang lain dihubungkan dengan Transfer House, selain itu pada belt
Conveyor ditambahkan juga beberapa aksesori yang bertujuan untuk
meningkatkan fleksibilitasnya, antara lain:
Pengambil Sampel :Dilakukan secara otomatis, jika terdeteksi
adanya metal pada batubara pengambil sampel langsung berhenti.
Metal Detector :Merupakan alat untuk mendeteksi adanya
logam-logam didalam batu bara yang tercampur pada proses
pengiriman.
Magnetic Separator :Untuk memisahkan logam-logam yang
terkandung dalam batubara pada proses pengiriman.
Belt Scale :Untuk mengetahui jumlah tonnase berat
batubara yang diangkut oleh Belt Conveyor.
Dust Supention :Berfungsi untuk, air polution kontroller,
menyemprot ait pada batubara, menghemat batubara agar tidak
menjadi debu, menghalangi terjadinya percikan api akibat debu panas
dari batubara.
Istilah untuk reclaiming,
Di Coal Pile, proses penimbunan dan pengambilan batubara dilakukan
dengan alat yang disebut Stacker/Reklaimer. Alat ini merupakan sebuah
konveyor yang kompleks dan terpasang pada sebuah struktur yang dapat
bergerak. Didalam proses penimbunan, stacker menyalurkan batubara
melalui sebuah lengan yang dapat diatur agar selalu diam ditempat,
sehingga batubara yang tumpah melalui lengan itu akan membentuk
timbunan yang tinggi , apabila lengan bergerak maju mundur maka
timbunan yang akan dihasilkan menjadi timbunan yang rapi dan
memanjang. Pada saat pengambilan, Reclaiming Bucket pada stacker akan
5
berputar dan mengeruk batubara yang selanjutnya dituang ke Belt
Conveyor untuk dibawa ke instalasi. Seperti halnya proses penimbunan,
Reclaiming Bucket ini dapat juga diatur aagar tetap diam ditempat atau
maju mundur untuk mengeruk batubara.
Silo merupakan bunker tempat menampung batubara di instalasi yang
kemudian digunakan sebagai bahan bakar di boiler. Volume sebuah silo
sebesar 600 ton, pengisian ulang dilakukan setiap volume silo kurang dari
30 – 40%. Dari silo batubara dimasukkan ke Pulverizer dengan
menggunakan Coal Feeder, batubara dari Pulverizer ini yang akan
digunakan untuk pembakaran di boiler.
2. Furnance
Pulverizer coal, Bongkahan – bongkahan batubara yang seperti batu harus
dihancurkan menjadi butiran-butiran halus agar batubara mudah
tercampur dengan udara. Pulverizer adalah alat untuk menggiling batubara
sehingga menjadi halus dan kemudian bersama dengan udara primer akan
dialirkan ke Furnace. Fungsi lain dari Pulverizer adalah untuk mengeringkan
batubara sehingga mudah dihaluskan dan dibakar, dan untuk
mengklasifikasikan atau menyaring batubara untuk memastikan bahwa
batubara yang masuk ke dalam Boiler benar-benar halus. Batubara yang
tidak tergiling akan keluar melalui sebuah lubang dan ditampung di Pyrites
Hopper dan kemudian dibuang.
Dalam penggunaan Pulverizer yang perlu diperhatikan adalah temperatur
dari udara primer, temperatur yang terlalu tinggi dapat menyalakan
batubara dari dalam Pulverizer dan menyebabkan ledakan. Jika temperatur
terlalu rendah, batubara tidak bisa kering benar dan sulit dihaluskan.
Temperatur idealnya kira-kira 65 oC.
Pulverizer dilengkapi dengan Feeder (alat pengisi batubara) yang letaknya
diatas Pulverizer, berfungsi untuk menyuplai sejumlah batubara sesuai
6
dengan kebutuhaan. Feeder ini mendapat suplai batubar dari penampung
batubara yang disebut Silo (Coal Bunker).
ID Fan, FD Fan dan PA Fan
Udara pembakaran ada dua macam, yaitu Primary Air (udara primer)
dan Secondary Air (udara sekunder). Udara primer dipasok oleh Primary
Air Fan (PA Fan) yang dihembuskan menuju ke alat penggiling batubara
(Pulverizer) kemudian bersama-sama dengan serbuk batubara dialirkan
ke Furnace untuk dibakar (reaksi kimia). Bercampurnya batubara dan
udara dibantu oleh Dumper tetap yaitu pengatur pengaduk udara
sehingga menimbulkan turbulensi yang memungkinkan terjadinya
pembakaran yang efisien. Turbulensi mengacu pada gerakan udara
didalam Furnace, gerakan ini perlu karena dapat menyempurnakan
pencampuran udara dan bahan bakar.
Udara primer tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan turbulensi untuk
melakukan pencampuran bahan bakar secara sempurna atau memenuhi
kebutuhan akan oksigen untuk pembakaran sempurna. Untuk itulah
diperlukan pasokan dari udara sekunder yang dihasilkan oleh FD Fan
bersama ID Fan. Boiler yang bekerja dengan tekanan yang negatif atau
dibawah tekanan atmosfir selalu dilengkapi dengan Force Draft Fan (FD
Fan) dan Induced Draft Fan (ID Fan). Boiler ini disebut dengan
Balanced-Draft yaitu Furnace dengan kipas tarikan seimbang.
Ignitor
Panas yang diperlukan untuk pembakaran disediakan oleh Ignitor. Begitu
pembakaran dimulai, bahan bakar yang terbakar akan memasok panas
yang cukup untuk menyalakan bahan bakar baru yang memasuki Boiler
dan Ignitor dapat dimatikan.
3. Heater
7
Superheater
Superheater merupakan kumpulan pipa Boiler yang terletak dijalan
aliran gas panas hasil pembakaran. Panas dari gas ini dipindahkan ke
Saturated Steam yang ada dalam pipa Superheater, sehingga berubah
menjadi Super Heated Steam.
Superheater ini ada dua bagian, yaitu Primary Superheater dan
Secondary Superheater. Primary Superheater merupakan pemanas
pertama yang dilewati oleh Saturate Steam setelah keluar dari Steam
drum, setelah itu baru melewati Secondary Superheater dan menjadi
Super Heated Steam. SH Steam akan dialirkan untuk memutar High
Presure Turbin, dan kemudian tekanan dan temperaturnya akan turun.
Re-Heater
Setelah tekanan dan temperatur SH Steam turun maka SH Steam
tersebut akan dikembalikan ke Boiler untuk pemanasan ulang.
Pemanasan ulang ini berlangsung di bagian Boiler yang disebut Re-
Heater yang merupakan kumpulan pipa Boiler yang diberi panas dari
gas pembakaran seperti Superheater. Jadi Re-Heater berfungsi untuk
menaikkan temperatur SH Steam tanpa mempengaruhi tekanannya. Di
bagian Re Heater, SH Steam akan dikembalikan untuk memutar
Intermediate Presure Turbine(IP) dan Low Presure Turbine (LP).
Air Pre-Heater
Air Pre-Heater adalah instrument yang sistem kerjanya berputar dengan
putaran rendah dan berfungsi untuk memanasi udara pembakaran
sebelum dikirim ke Furnace. Pemanas Udara pembakaran tersebut
diambil dari gas buang hasil pembakaran dari Furnace yang dialirkan
melalui Air Pre-Heater sebelum dibuang ke Chimney.
4. Boiler
8
Dalam power plant, energi secara terus menerus diubah dari satu bentuk ke
bentuk lain untuk menghasilkan listrik. Komponen yang mengawali
perubahan dan pengaliran energi disebut boiler. Definisi boiler sendiri
sebagai suatu komponen pada power plant adalah suatu bejana tertutup
yang secara efisien mampu mengubah air menjadi steam dengan bantuan
panas dari proses pembakaran batubara. Jika dioperasikan dengan benar,
boiler secara efisien dapat mengubah air dalam volume yang besar menjadi
steam yang sangat panas dalam volume yang lebih besar lagi.
Ekonomizer
Economizer berfungsi untuk meningkatkan temperatur air ( pemanasan
awal) sebelum masuk ke boiler untuk selanjutnya dialirkan ke steam
drum, komponen ini berada dalam boiler yang terdiri dari rangkaian
pipa-pipa (tubes) yang menerima air dari inlet.
Sumber panas yang diperlukan oleh alat tersebut berasal dari gas buang
dalam boiler. Air mengalir dalam pipa–pipa, sementara diluar mengalir
gas panas yang berasal dari hasil pembakaran boiler. Selanjutnya steam
panas tersebut dimanfaatkan untuk memanaskan air sehingga
temperaturnya meningkat.
Penggunaan Economizer untuk pemanasan awal sangatlah penting,
karena:
Hal tersebut dapat meningkatkan efisiensi boiler secara
keseluruhan, karena panas yang ada pada steam bisa dimanfaatkan
untuk melakukan usaha.
Dengan memanaskan air sebelum air diubah menjadi steam di
Boiler, berarti mempermudah kerja Boiler, hanya sedikit saja panas
yang perlu ditambahkan.
Pemanasan air hanya akan mengurangi Thermal Shock pada Boiler.
Steam Drum
9
Berfungsi untuk menyimpan air dalam volume yang besar dan untuk
memisahkan uap dari air setelah proses pemanasan yang terjadi dalam
Boiler. Secara umunm, ada empat jenis pipa sambungan dasar yang
berhubungan dengan Steam Drum, yaitu:
Feed Water Pipe
Berfungsi mengalirkan air dari Economizer ke Distribution Pipe yang
panjangnya sama persis dengan Steam Drum. Distribute Pipe berfungsi
mengalirkan air dari Economizer secara merata keseluruh bagian Steam
Drum.
Downcomer atau Pipa turun
Ditempatkan disepanjang bagian dasar Steam Drum dengan jarak yang
sama antara yang satu dengan yang lainnya. Pipa-pipa ini mengalirkan
air dari Steam Drum menuju Boiler Circulating Pump. Boiler Water
Circulating Pump (BWCP) digunakan untuk memompa air dari
Downcomer dan mensirkulasikannya menuju Waterwall yang kemudian
air tersebut dipanaskan oleh pembakaran di Boiler dan dikirim kembali
ke Steam Drum.
Waterwall Pipe
Terletak dikedua sisi Steam Drum dan merupakan pipa-pipa kecil yang
berderet vertikal dalam Boiler, setiap pipa disambung satu sama lain
agar membentuk selubung yang kontinu dalam Boiler. Konstruksi seperti
ini disebut konstruksi membran. Waterwall bertugas menerima dan
mengalirkan air dari Boiler Circulating Pump kemudian dipanaskan
dalam Boiler dan dialirkan ke Steam Drum
Steam Outlet Pipe
10
Merupakan sambungan terakhir, diletakkan dibagian atas Steam Drum
untuk memungkinkan Saturated Steam keluar dari Steam Drum menuju
Superheater.
Dalam Steam Drum, Saturated Steam akan dipisahkan dan diteruskan
untuk pemanasan lebih lanjut di Superheater, sedangkan airnya tetap
berada dalam Steam drum dan dialirkan ke Down Comer, dari sini proses
akan dimulai lagi.
Selain pipa tersebut, juga terdapat Blowdown Pipa yang letaknya
dibagian bawah Steam Drum, tepat dibawah permukaan air. Saat air
berubah menjadi uap, kotoran-kotoran air akan tetap tinggal di air
dalam Steam Drum. Jika konsentrasi kotoran tersebut menjadi tinggi,
kemurnian steam yang keluar dari Steam Drum akan terpengaruh dan
akan terbawa ke Super Heater ataupun ke Turbin. Pipa Blowdown akan
menghilangkan sebagian kotoran air Boiler dari permukaan Steam
Drum, dan mengalirkannya sehingga dapat mengurangi konsentrasi
kotoran dalam air Boiler, dan pada akhirnya dapat menjaga Super
Heater dan Turbin tetap bersih.
5. Turbin Uap
Konversi energi terjadi pada Turbine Blades, Turbin mempunyai susunan Blade
bergerak berselang seling dengan Blade tetap. Steam akan masuk ke Turbin dan
dialirkan langsung ke Turbin Blades, Blades bergerak dan bekerja untuk
mengubah energi thermal dalam Steam menjadi energi mekanis berotasi, yang
menyebabakan rotor Turbin berputar, perputaran rotor ini akan menggerakkkan
Generator dan akhirnya energi mekanik menjadi energi listrik.
6. Kondensor
Setelah LP Turbin diputar steam kemudian steam akan mengalir menuju
Condenser untuk didinginkan dan berubah menjadi air. Condenser ada dua A
dan B yang letaknya dibawah LP Turbin A dan B. Proses yang terjadi steam
11
bersentuhan langsung dengan pipa yang didalamnya dialiri pendingin berupa air
laut . Kondensasi ini mengubah steam menjadi air yang kemudian ditampung di
Condensaate Hot Well. Air laut selain berfungsi sebagai media heat transfer juga
berfungsi untuk mendinginkan kondenser juga mendinginkan Closed Cooling
System (air pendingin). Closed Cooling System ini mendinginkan berbagai
peralatan yang membutuhkan pendinginan seperti Air Compressor, Pump dan
Generator Stator Cooling dan juga penting untuk mendinginkan oli untuk
pelumasan Turbin. Proses pertukaran panas antar Close Cooling dengan air laut
terjadi pada alat yang disebut Heat Exchanger.
Karena adanya Blowdown pada Steam Drum, maka untuk mengembalikan
volume air ke volume semula, pada Condenser terdapat Make-Up Water untuk
menambah volume air. Make Up water diambil dari Make Up Demineralizing
RO. Condenser bekerja dalam kondisi vakum, hal ini dikarenakan proses
kondensasi yang terjadi yaitu perubahan steam ke air menyebabkan
berkurangnya volume. Untuk menjaga agar kondensor dalam keadaan vakum,
maka gas-gas yang dilepas dari steam (ketika steam berubah menjadi air)
dipompa keluar oleh vakum pump. Alasan lain keadaan vakum adalah efisiensi,
steam yang diambil dari turbin adalah Enthalpi Steam (selisih steam masuk dan
keluar) sehingga tekanan diminimalkan agar energi yang dimanfaatkan semakin
besar karena Enthalpinya juga besar.
7. Polisher
Dari Condensate Hot Well, condensate water akan dipompa oleh condensate
pump menuju Polisher. Di polisher terdapat reksin kation dan anion, resin ini
berfungsi sebagai:
Resin kation : mengikat ion negatif penyebab korosi .
Resin anion : mengikat ion positif penyebab kerak atau scale.
Ion- ion tersebuit diikat oleh resin dalam Polisher untuk memurnikan air yang
masuk ke Boiler. Parameter ion-ion itu dapat diukur dengan melihat nilai
12
conductyvity-nya (normalnya 0.2 ). Jika nilai conductivity tinggi, bisa berarti dua
hal :
Terdapat kebocoran air laut di dalam Polisher , terdeteksi dengan Leak
Detector.
Resin telah jenuh dan harus diregenerasi. Regenerasi resin dapat
menggunakan :
o Resin Kation : menggunakan asam kuat ( H2SO4)
o Resin anion : menggunakan basa (NaOH)
Dari Polisher, air dipanaskan di Feed water Heater dengan sebelumnya diinjeksi
ammonia untuk meningkatkan pH (pH ideal = 9 - 9.5) agar sodium dari air
hilang karena sodium akan mengakibatkan kerusakan pada material Boiler .
Setelah itu baru ke Feed Water Heater di Daerator.
8. Deaerator
Berfungsi untuk menyerap atau menghilangkan gas – gas yang terkandung pada
air pengisi Boiler, terutama gas O2, karena gas ini akan menimbulkan korosi. Gas
– gas lain yang cukup berbahya adalah karbon dioksida (CO2). Gas O2 dan CO2
akan bereaksi dengan meterial Boiler dan menimbulkan korosi yang sangat
merugikan.
Prinsip kerjanya air yang masih mengandung O2 dan CO2 disemprotkan ke Steam
Daerator, sehingga gas-gas tersebut diserap secara thermis dan dikeluarkan
melalui valve pelepas udara/gas. Selain itu Daerator juga dapat menaikkan
temperatur air pengisi Boiler (sampai 162 0C). Penempatan posisi Daerator yang
tinggi memungkinkan pemberian suction heat yang cukup untuk Feed Water
Pump. Dari Daerator air akan dipompa dengan tiga feed water pump, dua
pompa yang tenaganya dari extraction IP Turbin disebut Turbine Driven Pump
dan satu pompa yang digerakkan oleh motor disebut Motor Driven Pump,
dimana kapasitas tiap pompa 100% menuju Feed Water Heater dan akan
menuju ke Economizer terus ke Steam Drum.
13
9. Generator
Generator adalah alat untuk membangkitkan listrik, generator sendiri terdiri
dari stator dan rotor. Rotor dihubungkan dengan shaft turbin sehingga berputar
bersam-sama. Stator bars di dalam sebuah generator membawa arus hubungan
output pembangkit. Arus Direct Current (DC) dialirkan melalui Brush Gear yang
langsung bersentuhan dengan slip ring yang dipasang jadi satu dengan rotor
sehingga akan timbul medan magnet (flux). Jika rotor berputar , medan
magnet tersebut memotong kumparan di stator sehingga pada ujung-ujung
kumparan stator timbul tegangan listrik. Untuk penyediaan arus listrik
Generator diambilkan arus DC dari luar . Setelah sesaat generator timbul
tegangan, sehingga melalui exitasi transformer arus AC akan disearahkan oleh
rectifier dan arus DC akan kembali ke Generator, proses ini disebut dengan Self
Excitation. Dalam sistem tenaga, disamping Generator menyuplai listrik ke
jaringan extra tinggi 500 KV, juga dipakai untuk pemakaian sendiri dimana
tegangan output Generator diturunkan melalui transformer sesuai dengan
kebutuhan. Untuk kebutuhan saat start diambilkan dari 150 KV line. Untuk
sistem tegangan ekstra tinggi tenaga listrik yang dihasilkan oleh Power Plant
disuply ke jaringan sebesar 500 KV dan selanjutnya oleh beberapa transformer
tegangannya diturunkan sesuai dengan kebutuhan.
10. Desalination Plant (Unit Desal)
Peralatan ini berfungsi untuk mengubah air laut (brine) menjadi air tawar (fresh
water) denganmetode penyulingan (kombinasi evaporasi dan kondensasi). Hal
ini dikarenakan sifat air laut yangkorosif, sehingga jika air laut tersebut dibiarkan
langsung masuk ke dalam unit utama, makadapat menyebabkan kerusakan pada
peralatan PLTU.
11. Reverse Osmosis (RO)
Mempunyai fungsi yang sama seperti desalination plant namun metode yang
digunakan berbeda.Pada peralatan ini digunakan membran semi permeable
14
yang dapat menyaring garam-garam yangterkandung pada air laut, sehingga
dapat dihasilkan air tawar seperti pada desalination plant.
12. Demineralizer Plant (Unit Demin)
Berfungsi untuk menghilangkan kadar mineral (ion) yang terkadung dalam air
tawar. Air sebagaifluida kerja PLTU harus bebas dari mineral, karena jika air
masih mengandung mineral berartikonduktivitasnya 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.
13. Ash Handler
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/ash yard)
Tiap-tiap komponen utama dan peralatan penunjang dilengkapi dengan sistem-
sistem dan alat bantu yang mendukung kerja komponen tersebut. Gangguan
atau malfunction dari salah satu bagian komponen utama akan dapat
menyebabkan terganggunya seluruh sistem PLTU.
2.4. Proses Kerja PLTU
Sebelum air masuk ke sistem regeneratif air diproses terlebih dahulu agar
tidak merugikan sistem energi uap. Air yang digunakan dalam siklus PLTU ini
disebut Air Demin (Demineralized), yakni air yang mempunyai kadar conductivity
(kemampuan untuk menghantarkan listrik) sebesar 0.2 us (mikro siemen). Sebagai
perbandingan air mineral yang kita minum sehari-hari mempunyai kadar
conductivity sekitar 100 – 200 us. Untuk mendapatkan air demin ini, setiap unit
PLTU biasanya dilengkapi dengan Desalination Plant dan Demineralization Plant
15
yang berfungsi untuk memproduksi air demin ini. Setelah tercapai keadaan yang
diinginkan air tersebut di alirkan dalam siklus seperti berikut ;
1. Pertama-tama air demin ini berada disebuah tempat bernama Hotwell.
2. Dari Hotwell, air mengalir menuju Condensate Pump untuk kemudian
dipompakan menuju LP Heater (Low Pressure Heater) yang pungsinya untuk
menghangatkan tahap pertama. Lokasi hotwell dan condensate pump
terletak di lantai paling dasar dari pembangkit atau biasa disebut Ground
Floor. Selanjutnya air mengalir masuk ke Deaerator.
3. Di dearator air akan mengalami proses pelepasan ion-ion mineral yang
masih tersisa di air dan tidak diperlukan seperti Oksigen dan lainnya. Bisa
pula dikatakan deaerator memiliki pungsi untuk menghilangkan
buble/balon yang biasa terdapat pada permukaan air. Agar proses
pelepasan ini berlangsung sempurna, suhu air harus memenuhi suhu yang
disyaratkan. Oleh karena itulah selama perjalanan menuju Dearator, air
mengalamai beberapa proses pemanasan oleh peralatan yang disebut LP
Heater. Letak dearator berada di lantai atas (tetapi bukan yang paling atas).
Sebagai ilustrasi di PLTU Muara Karang unit 4, dearator terletak di lantai 5
dari 7 lantai yang ada.
16
4. Dari dearator, air turun kembali ke Ground Floor. Sesampainya di Ground
Floor, air langsung dipompakan oleh Boiler Feed Pump/BFP (Pompa air
pengisi) menuju Boiler atau tempat “memasak” air. Bisa dibayangkan Boiler
ini seperti drum, tetapi drum berukuran raksasa. Air yang dipompakan ini
adalah air yang bertekanan tinggi, karena itu syarat agar uap yang
dihasilkan juga bertekanan tinggi. Karena itulah konstruksi PLTU membuat
dearator berada di lantai atas dan BFP berada di lantai dasar. Karena
dengan meluncurnya air dari ketinggian membuat air menjadi bertekanan
tinggi.
5. Sebelum masuk ke Boiler untuk “direbus”, lagi-lagi air mengalami beberapa
proses pemanasan di HP Heater (High Pressure Heater). Setelah itu barulah
air masuk boiler yang letaknya berada dilantai atas.
6. Didalam Boiler inilah terjadi proses memasak air untuk menghasilkan uap.
Proses ini memerlukan api yang pada umumnya menggunakan batubara
sebagai bahan dasar pembakaran dengan dibantu oleh udara dari FD Fan
(Force Draft Fan) dan pelumas yang berasal dari Fuel Oil tank.
7. Bahan bakar dipompakan kedalam boiler melalui Fuel oil Pump. Bahan
bakar PLTU bermacammacam. Ada yang menggunakan minyak, minyak dan
gas atau istilahnya dual firing dan batubara.
8. Sedangkan udara diproduksi oleh Force Draft Fan (FD Fan). FD Fan
mengambil udara luar untuk membantu proses pembakaran di boiler.
Dalam perjalananya menuju boiler, udara tersebut dinaikkan suhunya oleh
air heater (pemanas udara) agar proses pembakaran bisa terjadi di boiler.
9. Kembali ke siklus air. Setelah terjadi pembakaran, air mulai berubah wujud
menjadi uap. Namun uap hasil pembakaran ini belum layak untuk memutar
turbin, karena masih berupa uap jenuh atau uap yang masih mengandung
kadar air. Kadar air ini berbahaya bagi turbin, karena dengan putaran
hingga 3000 rpm, setitik air sanggup untuk membuat sudu-sudu turbin
menjadi terkikis.
10. Untuk menghilangkan kadar air itu, uap jenuh tersebut di keringkan di
super heater sehingga uap yang dihasilkan menjadi uap kering. Uap kering
ini yang digunakan untuk memutar turbin.
17
11. Ketika Turbin berhasil berputar berputar maka secara otomastis generator
akan berputar, karena antara turbin dan generator berada pada satu poros.
Generator inilah yang menghasilkan energi listrik.
12. Pada generator terdapat medan magnet raksasa. Perputaran generator
menghasilkan beda potensial pada magnet tersebut. Beda potensial inilah
cikal bakal energi listrik.
13. Energi listrik itu dikirimkan ke trafo untuk dirubah tegangannya dan
kemudian disalurkan melalui saluran transmisi PLN.
14. Uap kering yang digunakan untuk memutar turbin akan turun kembali ke
lantai dasar. Uap tersebut mengalami proses kondensasi didalam
kondensor sehingga pada akhirnya berubah wujud kembali menjadi air dan
masuk kedalam hotwell.
Siklus PLTU ini adalah siklus tertutup (close cycle) yang idealnya tidak
memerlukan lagi air jika memang kondisinya sudah mencukupi. Tetapi
kenyataannya masih diperlukan banyak air penambah setiap hari. Hal ini
mengindikasikan banyak sekali kebocoran di pipa-pipa saluran air maupun uap di
dalam sebuah PLTU. Untuk menjaga siklus tetap berjalan, maka untuk menutupi
kekurangan air dalam siklus akibat kebocoran, hotwell selalu ditambah air sesuai
kebutuhannya dari air yang berasal dari demineralized tank.
2.5. Siklus aktual pada Sistem Energi Uap dan Modifikasinya
Pada penerapannya beberapa faktor menyebabkan sistem energi uap tidak
seideal yang dijelaskkan sebelumnya. Sehingga membentuk siklus aktual sendiri.
Siklus aktual tenaga uap berbeda dengan siklus ideal Rankine, seperti pada
gambar berikut ;
18
Gesekan fluida dan heat loss ke sekitarnya menjadi penyebab umum
ireversibelitas. Gesekan fluida menyebabkan pressure drop di ketel, kondensor,
dan sistem pemipaan antar komponen. Hasilnya, uap meninggalkan boiler pada
tekanan yang lebih rendah. Tekanan fluida pada inlet turbin juga lebih rendah
dibandingkan fluida di sisi keluar ketel dikarenakan adanya pressure drop dalam
pipa penghubung. Untuk mengkompensasi hal ini, air harus dipompakan ke
tekanan yang jauh lebih tinggi daripada tekanan yang diperhitungkan /
dibutuhkan pada siklus ideal. Ini membutuhkan pompa dan usaha yang lebih
besar.
Selain itu ada heat loss dari uap ke sekitarnya sepanjang aliran ke setiap
komponen. Untuk menjaga usaha keluaran bersih yang tetap sama, panas yang
lebih perlu di masukkan kedalam uap saat pemrosesan di boiler . Sehingga
efisiensi siklus pada akhirnya akan menurun.
Untuk meningkatkan efisiensi siklus beberapa modifikasi perlu dilakukan
seperti ;
- Menurunkan tekanan kondensor
Steam berada dalam campuran jenuh di dalam kondensor . Oleh karena itu
dengan menurunkan tekanan operasi pada kondensor , secara otomatis
akan menurunkan temperatur dari steam, dan temperatur dari panas yang
19
di buang. Efek dari penurunan tekanan kondensor pada siklus rankine dapat
dilihat sebagai berikut,
Untuk mendapatkan manfaat dari peningkatan efisiensi pada tekanan
rendah, kondensor biasanya di operasikan dibawah tekanan atmosfer.
Menurunkan tekanan kondensor bukanlah tanpa efek samping. Ini bisa
menaikkan kelembaban uap pada tahap akhir di turbin uap. Kelembaban
yang tinggi sangat tidak diharapkan karena dapat menurunkan efisiensi
turbin dan mengikis sudu turbin.
- Melakukan pemanasan lanjut uap ke temperatur tinggi
Temperatur rata – rata dari panas yang di berikan pada uap dapat
ditingkatkan tanpa meningkatkan tekanan boiler melalui pemanasan lanjut
terhadap uap sampai ke temperatur tinggi. Berikut efek dari modifikasi
tersebut dalam diagram,
20
Area berwarna menunjukkan kenaikan kerja bersih. Total area dibawah
kurva 3-3 menggambarkan kenaikan pemasukan panas. Karena itu baik
kerja bersih maupun penambahan panas meninggkat sebagai hasil dari
pemanasan lanjut terhadap uap. Keseluruhan efek ini meningkatkan
efisiensi termal tapi dalam keadaan dimana rata rata temperatur panas
yang ditambahkan juga meningkat. Pemanasan lanjut ini menurunkan
kelembaban kandungan uap pada pengeluaran turbin. Terlihat di diagram
kualitas 4’ lebih tinggi dari titik 4. Sampai saat ini batas peningkatan yang
dibolehkan yaitu sebatas 620oC.
- Meningkatkan tekanan boiler
21
Ini secara otomatis meningkatkan temperatur rata – rata panas yang
dimasukkan ke uap dan meningkatkan efisiensi termal dari siklus. Tapi ini
dapat menurunkan kerja bersih yang dihasilkan akibat dari peningkatan
kelembaban. Namun efek ini bisa dilakukan melalui pemanasan ulang uap.
- Melakukan pemanasan ulang
Pemanasan ulang dimaksudkan untuk memanaskan kembali uap yang
keluar dari turbin tekanan tinggi di dalam ketel. Setelah itu uap
diekspansikan ke dalam turbin dengan tingkat tekanan yang lebih rendah.
Metode pemanasan diantara dua jenis turbin ini dapat mengatasi
kelembaban tinggi yang dihasilkan pada pengeluaran turbin. Reheat
ditunjukkan pada diagram dibawah ini ,
- Regenerasi dan pemanasan air umpan
Cairan bertekanan keluar pompa dilewatkan melingkar turbin secara hati –
hati untuk menerima panas dari uap yang berekspansi dalam turbin
reversibel secara terus menerus. Tidak perlu ekonomiser dan tidak terjadi
ireversibilitas selama proses berlangsung .
Kemudian pemanasan air umpan juga dilakukan untuk mengurangi
ireversibilitas ekonomiser. Pemanasan air umpan melibatkan ekspansi
22
adiabatik (dan secara ideal reversibel) dalam turbin. Cairan bertekanan
pada kondisi keluar pompa dipanaskan dalam sejumlah tahap tertentu.
2.6. Keuntungan dan Kerugian dari PLTU
Kelebihan :
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) berbahan bakar batubara memiliki dua
reputasi yang saling bertolak belakang. Di satu fihak PLTU betubara mempunyai
reputasi baik karena mampu memproduksi listrik dengan biaya paling murah
dibandingkan sistim pembangkit listrik lainnya. Biaya operasi PLTU batubara
kurang lebih 30 persen lebih rendah dibandingkan sistim pembangkit listrik yang
lain. Namun di lain fihak, PLTU batubara juga mempunyai reputasi buruk karena
merupakan sumber pencemar utama terhadap atmosfer kita.
Kekurangan :
Selama ini reputasi bahan bakar fosil, terutama batubara, memang sangat buruk
apabila dikaitkan dengan masalah pencemaran lingkungan seperti yang baru-baru
ini terjadi di cilacap terkait dengan flay ash batu bara yang beterbangan kerumah
penduduk disekitar penampungan flay ash batu bara. Walaupun stasiun
pembangkit listrik batubara saat ini telah menggunakan alat pembersih endapan
(presipitator) untuk membersihkan partikel-partikel kecil dari asap pembakaran
batubara, namun hal yang harus sangat diperhatikan adalah senyawa-senyawa
seperti SOx dan NOx yang berbentuk gas dengan bebasnya naik melewati
cerobong dan terlepas ke udara bebas. Kedua gas tersebut dapat bereaksi dengan
uap air yang ada di udara sehingga membentuk H2SO4 (asam sulfat) dan HNO3
(asam nitrat). Keduanya dapat jatuh bersama-sama air hujan sehingga
mengakibatkan terjadinya hujan asam. Berbagai kerusakan lingkungan serta
gangguan terhadap kesehatan dapat muncul karena terjadinya hujan asam
tersebut.
Fenomena hujan asam sebetulnya sudah dikenali oleh para pemerhati lingkungan
sejak tahun 1950-an. Namun masalahnya menjadi bertambah parah seiring
dengan semakin meningkatnya permintaan energi listrik yang disuplai melalui
23
PLTU batubara. Masalah hujan asam mungkin akan merupakan masalah
lingkungan jangka panjang yang teramat serius. Hujan asam bisa juga menjadi isu
politik besar terutama karena sumber asal dan para korbannya sering berada di
tempat yang berbeda. Bahan pencemar NOx dan SOx dapat bergerak terbawa
udara hingga ratusan bahkan ribuan kilometer, mencapai lintas batas antar
negara.
Dalam keadaan udara bersih, air hujan bersifat agak asam dengan derajad
keasaman (pH) 5,6. Penyebab keasaman ini adalah adanya senyawa carbon
dioksida (CO2), suatu senyawa alamiah penyusun udara yang dalam air hujan
membentuk asam lemah. Senyawa ini dikeluarkan baik oleh manusia, hewan
maupun tanaman melalui sistim pernafasan. Air hujan dikatagorikan sebagai asam
apabila nilai pH-nya di bawah 5,6. Air untuk konsumsi manusia harus memiliki nilai
pH antara 6-9. Asam dalam air hujan menambah kemampuan air itu untuk
melarutkan dan membawa lebih banyak logam-logam berat keluar dari tanah,
seperti merkuri (Hg) dan aluminium (Al). Air asam ini juga dapat melarutkan
tembaga (Cu) dan timbal (Pb) dari pipa-pipa logam untuk menyalurkan air.
Peristiwa ini tentu saja akan menggganggu persediaan air untuk konsumsi
manusia. Air dengan pH 5 menyebabkan beberapa ikan tidak mampu berkembang
biak. Pada pH sekitar 4,5, ikan lenyap dari perairan. Sedang pada pH 4, perairan
menjadi tanpa kehidupan. Pada pH mendekati 3, daun tanaman menjadi rusak. Di
berbagai belahan dunia, manusia mulai semakin menyadari perlunya
menyelamatkan lingkungan hidup. Tindakan-tindakan protektif kini sedang
digiatkan untuk melindungi sumber-sumber alam yang tak ternilai harganya ini
dari kehancuran total.
Dewasa ini manusia di berbagai belahan dunia mulai sadar akan perlunya
menyelamatkan lingkungan dengan cara mereduksi maupun menjinakkan
polutan-polutan yang terlepas ke lingkungan. Beberapa negara maju telah
mengeluarkan peraturan sangat ketat dan menanamkan investasi cukup besar
dalam rangka mengurangi polusi udara dari gas buang. Untuk penyelesaian jangka
panjang, salah satu cara yang dapat ditempuh untuk menghindari terjadinya hujan
asam adalah dengan menghentikan sumber hujan asam tersebut.
24
Sehingga poin – poin kerugian yang didapat sebagai berikut :
1. Membutuhkan infrastruktur penanganan air umpan yang akan masuk ke
dalam boiler (tambahan)
2. Menghasilkan limbah batu bara yang memerlukan penanganan khusus
3. Menghasilkan polutan-polutan yang lebih tinggi (gas CO2, NOX, SOX)
4. Membutuhkan area yang lebih luas
5. Sangat tergantung pada tersedianya pasokan bahan bakar
6. Tidak dapat dioperasikan (start) tanpa pasokan listrik dari luar
25
BAB III
KESIMPULAN
PLTU merupakan sistem pembangkit yang menggunakan energi uap untuk
mengerakkan poros turbing yang terhubung dengan generator. Siklus acuan pembangkit
tenaga uap ini adalah siklus ideal rankine. PLTU secara kompleks tersusun dengan
berbagai komponen untuk mendukung kerja dan efisiensi nya. Berbagai bahan bakar
untuk pemanas boiler bisa digunakan seperti minyak, dan yang terbanyak adalah batu
bara. Oleh karena bahan bakarnya terbentuk dari fosil, maka ia termasuk pembangkit
listrik tenaga konvensional. Berbeda dengan PLTN yang meskipun menggunakan uap air
namun pemanasan boilernya menggunakan reaksi fisi nuklir, yang termasuk sumber
modern.
Meskipun secara ideal mengacu pada siklus rankine ,penerapan PLTU terpengaruh
oleh kerugian konstruksi yang mengakibatkan heat loss dan fluid friction, sehingga
secara aktual siklus nya menjadi internal ireversibel. Berbagai modifikasi dapat dilakukan
untuk membuat efisiensi menjadi lebih tinggi.
Secara ekonomis PLTU juga memiliki biaya yang lebih murah dibanding dengan
pembangkit listrik bertenaga lainnya. Namun ditinjau dari segi lingkungan yang
tercemari akibat hasil pembakaran batubaranya, penerapan PLTU jangka panjang harus
lebih dipikirkan kembali.
26
DAFTAR PUSTAKA
Pudjanarso, A., Nursuhud, D. Mesin Konversi Energi, Yogyakarta : C.V ANDI
OFFSET, 2008.
Cengel,Yunus. A. Dan Robert H. Turner. 2004. Fundamental of Thermal Fluid
Sciences, New York : Mc. Graw Hill.
http://tapakpakulangit.wordpress.com/2009/11/19/siklus-pltu-pembangkit-
listrik-tenaga-uap/
27