1. Pengetahuan Dasar Pembangkit

Pengetahuan Dasar Unit Pembangkit

BAB I

PENGETAHUAN DASAR UNIT PEMBANGKIT

I Jenis Pembangkit

1.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap(PLTU)

Merupakan tipe pembangkit yang menggunakan tekanan uap untuk menggerakkan turbin.

Gambar 1.1 Skema PLTU

Prinsip Kerja PLTU :

Bahan bakar batubara dimasukkan ke dalam ruang bakar untuk proses pembakaran dan terbakar

seperti gas untuk mengubah air menjadi uap. Air yang telah dipanaskan oleh ekonomiser akan

menjadi uap dan ditampung ke main drum. Selanjutnya uap air masuk ke super heater untuk dirubah

menjadi uap kering. Kemudian uap kering dialirkan ke turbin dan akan menghantam sudu-sudu

turbin hingga turbin berputar. Saat turbin berputar Rotor generator ikut berputar, sehingga akan

terbentuk aliran listrik di stator generator.

1.2 Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi(PLTP)

PLTP menggunakan uap air yang berasal dari panas bumi untuk menggerakkan turbin. Uap air

bertekan berasal dari dalm perut bumi, akibat adanya batuan magma yang memanaskan lapisan air

yang ada diatasnya.

Prinsip Kerja PLTP :

Uap dari sumur produksi mula-mula dialirkan ke steam receiving header (1). Selanjutnya

melalui flow meter (2) dialirkan ke separator (3) dan demister (4). Uap yang telah bersih itu

1


dialirkan melalui main steam valve/electric control valve/governor valve (5) menuju ke turbine (6).

Di dalam turbine, uap tersebut berfungsi untuk memutar double flow condensing yang dikopel

dengan generator (7). Arus listrik dari generator kemudian dihubungkan dengan main transformer.

Exhaust steam dari turbin masuk dari sisi atas condenser, kemudian terkondensasi sebagai akibat

penyerapan panas oleh air pendingin yang diinjeksikan lewat spray-nozzle. Untuk menjaga pasokan

air tanah, uap yang telah menjadi air diinjeksikan kembali kedalam tanah.

Gambar 1.2 Skema PLTP

1.3 Pembangkit Listrik Tenaga Gas(PLTG)

Merupakan tipe pembangkit lisrik yang menggunakan gas alam untuk menggerakkan turbin.

Gambar 1.3 Skema PLTG

Prinsip Kerja PLTG :

2


Bahan gas alam (natural gas) yang disupply dari ARCO Station (langsung dimasukkan ke dalam

ruang bakar/ Combustion Chamber bersama-sama dengan udara yang disupply dari Main

Compressor setelah terlebih dahulu melalui saringan udara/Air Filter. Maka akan menghasilkan gas

panas yang selanjutnya akan dimasukkan langsung ke dalam Turbin Gas yang dikopel dengan

generator. Gas bekas yang telah melalui turbin gas tadi, apabila tidak dipakai (open cycle) akan

langsung dibuang keluar melalui katup, tetapi bila dipakai lagi (closed cycle) akan dimasukkan

kembali melalui katup ke dalam Heat Recovery Steam Generator HRSG.

1.4 Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap(PLTGU)

PLTGU memiliki dua buah turbin, turbin yang pertama digerakkan dengan gas alam. Turbin

kedua digerakkan dengan uap air yang dihasilkan dari pemanasan menggunakan sisa gas buang dari

turbin pertama.

Gambar 1.4 Skema PLTGU

Prinsip Kerja PLTU :

Gas bekas yang keluar dari turbin pertama dimanfaatkan lagi setelah terlebih dahulu diatur oleh

Selector Valve untuk dimasukkan ke dalam Boiler/HRSG (Heat Recovery Steam Generator) yang

memiliki Drum. Uap yang dihasilkan dipakai untuk memutar Turbin uap agar menghasilkan tenaga

listrik pada Generator. Uap bekas dari turbin tadi diembunkan lagi di Condensor kemudian Air

3


Condensate dipompa oleh Condensate Pump, selanjutnya dimasukkan lagi ke dalam Deaerator dan

oleh Feed Water Pump (18) dipompa lagi ke dalam drum untuk kembali diuapkan.

1.5 Pembangkit Listrik Tenga Disel(PLTD)

PLTD merupakan tipe pembangkit yang menggunakan mesin disel untuk menggerakkan turbin.

Gambar 1.5 Skema PLTD

Prinsip Kerja PLTD :

Udara dan bahan bakar kemudian dihisap untuk dimanfaatkan, langkah ini disebut Langkah Isap,

yaitu gerakan Torak dari TMA ke TMB, sedangkan langkah kompresi (pemampatan udara) yaitu

gerakan Torak dari TMB ke TMA. Proses penyalaan (bahan bakar dan udara) dimulai dan saat

Torak masih diposisi TMA terjadi proses pembakaran. Setelah itu Torak akan bergerak dari TMA ke

TMB, gerakan ini disebut langkah usaha/ ekspansi. Gas sisa pembakaran dibuang keluar setelah

Torak bergerak dari TMB ke TMA Keempat langkah Torak akan menghasilkan 2 putaran pada

rotor/ poros engkol yang melalui sistem kopling memutar rotor elektro-magnet generator sehingga

medan magnet di dalam kumparan kawat berotasi dan menimbulkan listrik.

1.6 Pembangkit Listrik Tenga Nuklir(PLTN)

2 Prinsip kerja PLTN, pada dasarnya sama dengan pembangkit listrik konvensional, yaitu : air

diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran. Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin

yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin digunakan untuk menggerakkan

generator, sehingga menghasilkan tenaga listrik. Perbedaannya pada pembangkit listrik

konvensional bahan bakar untuk menghasilkan panas menggunakan bahan bakar fosil seperti :

batu bara, minyak dan gas. Sedangkan pada PLTN panas yang akan digunakan untuk

menghasilkan uap yang sama, dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam

reaktor nuklir. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disalurkan secara terus

menerus selama PLTN beroperasi. Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin

4


sehingga dihasilkan energi gerak (kinetik). Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai

untuk memutar generator sehingga dihasilkan arus listrik.

Gambar 1.6 Skema PLTN

2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Air(PLTA)

PLTA merupkan salah satu tipe pembangkit yang ramah lingkungan, karena menggunakan air

sebagai energi primernya. Energi primer air dengan ketinngian tertentu digunakan untuk

menggerakkan turbin yang dikopel dengan generator.

Gambar 1.7 Skema PLTA

2. Aliran (Fluida)

Fluida(zat alir) adalah zat yang dapat mengalir, misalnya zat cair dan gas. Fluida dapat

digolongkan dalam dua macam, yaitu fluida statis dam dinamis. Berdasarkan sifat alirannya terdapat

tiga jenis fluida yaitu, lminer, transisi dan turbulen. Pada aliran luminer, aliran fluida mengalir

tenang tanpa diiringi oleh pusaran(vortek) mesipun terdapat gangguan disepanjang aliran fluida.

Sebaliknya, pada aliran turbulen, aliran fluida bersifat chaos(terlihat tak beraturan) yang dicirikan

5


dengan keberadaan pusaran(vortek) fluida. Kondisi transisi merupakan daerah peralihan antara

laminer dan turbulen, daerah ini merupakan wilayah aliran ,yang tidak stabil sehingga sering

digambarkan sebagai garis putus-putus da;am diagram aliran fluida. Cepat aliran(Q) adalah volume

fluida yang dipindahkan tiap satuan waktu.

.......................................................................................................................................(1)

.........................................................................................................................(2)

Dimana :

A : Luas Penampang yang dilalui Fluida

v : Kecepatan Fluida

3. Prinsip PLTA dan Konversi Energi

3.1 Energi

Energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Energi dapat muncul

dalam berbagai bentuk :

a. Energi Potensial.

Energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda akibat adanya pengaruh tempat atau

kedudukan dari benda tersebut. Energi potensial disebut juga dengan energi diam karena benda

yang dalam keaadaan diam dapat memiliki energi.

Contoh misalnya seperti buah kelapa yang siap jatuh dari pohonnya, cicak di plafon rumah, dan

lain sebagainya

Besarnya energi potensial dapat dihitung dengan rumus :

..............................................................................................................................(3)

Dimana :

Ep : Energi Potensial

m : Massa (kg)

g : Gravitasi (9.8 kg/ m2)

b. Energi Kinetik.

Energi kinetik adalah energi dari suatu benda yang dimiliki karena pengaruh gerakannya. Jadai

Setiap benda yang bergerak pasti memiliki energi kinetik..

Contoh : Sebuah mobil yang bergerak mempunyai energi kinetik.

...............................................................................................................................(4)

6


Dimana

Ek: Energi Kinetik

m : Massa (kg)

v : Kecepatan (m/s)

c. Energi Panas.

Energi panas berasal dari radiasi matahari. Energi panas juga dihasilkan dari konversi

energi lain seperti : reaksi kimia, gesekan, kompresi, benturan dan sebagianya.

d. Energi Cahaya.

Energi cahaya adalah radiasi elektromagnetik yang dapat dilihat seperti sinar matahari,

api, lampu dan sebagainya.

e. Energi Suara.

Energi suara berasal dari getaran molekul - molekul udara. Getaran tersebut dapat

dipindahkan dari satu tempat ketempat lain. Energi suara dapat dirasakan oleh telinga

manusia akibat adanya getaran dari udara sekeliling.

f. Energi Listrik.

Energi listrik merupakan arus listrik yang dibawa oleh elektron - elektron yang mengalir pada

penghantar dalam rangkaian listrik.

Besarnaya nilai energi listrik sesuai dengan persamaan :

................................................................................................................................(5)

Dimana ;

V : Tegangan(Volt)

I : Arus(ampere)

t : Waktu(s)

3.2 Hukum Kekekalan

Hukum kekekalan energi (Hukum Termodinamika I) menyatakan bahwa:

“Energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan tetapi dapat berubah bentuk dari bentuk energi

yang satu ke bentuk energi yang lain.”

Besarnya perubahan energi (menjadi energi mekanis) tergantung dari besarnya energi potensial dan

energi kinetik. Rumus atau persamaan mekanik (berhubungan dengan hukum kekekalan energi) :

.....................................................................................................................................(6)

7


Dimana :

Em : energi mekanik

Ep : energi potensial

Ek : energi kinetik

T : Torsi

: Sudut Putar

T : Waktu

3.3 Konversi Energi PLTA

Proses perubahan energi potensial yang dikandung air menjadi energi listrik mengalami

beberapa proses. Air bendungan yang berada di elevasi tinggi menyimpan energi potensial yang

besar. Pada saat air dari bendungan mengalir ke elevasi yang sangat rendah, maka gaya gravitasi

merubah energi potensial air menjadi energi kinetik. Energi kinetik dari aliran air tersebut akan

mendorong sudu-sudu turbin sehingga timbul energi mekanis akibat adanya pergerakan turbin.

Turbin dan generator berada pada satu poros, sehingga saat turbin berputar maka generator juga

akan berputar. Medan magnet yang telah terbentuk pada rotor akan memotong kumparan pada

stator. Pergerakan dari medan magnet tersebut akan membangkitkan arus listrik pada stator.

Gambar 3.1 Skema konversi energi PLTA

4. Bendungan

Bendungan atau DAM merupakan bangunan yang digunakan untuk menahan laju air agar

terkumpul menjadi waduk. Bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air ke pusat pembangkit

Listrik Tenaga Air. Kebanyakan DAM dilengkapi dengan spylway yang digunakan untuk

membuang air limpas. Berdasarkan bahan baku konstruksinya, bendungan terdiri dari berbagai jenis

yaitu :

1. Bendungan Beton

8


a. Bendungan Gravitasi

b. Bendungan Busur

c. Bendungan Rongga

2. Bendungan Urugan

a. Bendungan Urugan Batu

b. Bendungan Tanah

3. Bendungan Kerangka Baja

4. Bendungan Kayu

5. Turbin

Turbin merupakan salah satu komponen utama PLTA. Turbin berfungsi untuk merubah energi

kinetik air menjadi energi gerak atau mekanik. Air yang digunakan untuk menggerakkan turbin

memiliki head yang berbeda-beda, untuk itu turbin didesain sesuai karakteristik dan jumlah air yang

tersedia dengan tujuan didapatkan efisiensi turbin maximum. Berikut ini merupakan beberapa jenis

turbin yang sering digunakan pada PLTA.

a. Turbin Pelton, digunakan jika aliran air yang tersedia kecil dengan head yang tinggi diatas

300 m. Teknik perubahan energi potensial menjadi energi mekanik pada roda turbin

dilakukan melalui proses impuls, sehingga turbin Pelton sering disebut sebagai turbin

Impuls.

Gambar 5.1 Tubin Tipe Pelton

b. Turbin Francis, digunakan jika aliran air yang tersedia besar dengan head yang tinggi sampai

menegah, yaitu antara 20-400 m. Teknik perubahan energi potensial menjadi energi mekanik

pada roda turbin dilakukan melalui proses reaksi, sehingga turbin Francis sering disebut

sebagai turbin Reaksi. Bagian turbin yang berputar saat terkena aliran air disebut ‘runner’.

Runner dikelilingi oleh guide vanes untuk mengatur jumlah air yang masuk.

9


Gambar 5.2 Tubin Tipe Fracis

c. Turbin Kaplan, digunakan jika head rendah. Dengan turbin ini, sudut blade dapat disesuaikan

dengan aliran. Teknik perubahan energi potensial menjadi energi mekanik pada roda turbin

dilakukan melalui pemanfaatan kecepatan air.

Gambar 5.3 Tubin Tipe Kaplan

6. Generator

Generator merupakan peralatan yang digunakan untuk merubah energi mekanik menjadi energi

listrik. Generator memilik dua bagian yairu stator dan rotor. Stator merupakan bagian yang diam,

sedangkan rotor bagian yang bergerak. Rotor terdiri dari 18 buah besi yang dililit oleh kawat dan

dipasang secara melingkar sehingga membentuk 9 pasang kutub utara dan selatan. Jika kutub ini

dialiri arus eksitasi dari Automatic Voltage Regulator (AVR), maka akan timbul magnet. Rotor

terletak satu poros dengan turbin, sehingga jika turbin berputar maka rotor juga ikut berputar.

Magnet yang berputar memproduksi tegangan di kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil"

10


yang terletak di stator. Lalu tegangan inilah yang kemudian menjadi listrik. Agar generator bisa

menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu:

a. Putaran

Putaran rotor dipengaruhi oleh frekuensi dan jumlah pasang kutub pada rotor, sesuai dengan

persamaan:

................................................................................................................................(7)

dimana:

η : putaran

f : frekuensi

P : jumlah pasang kutub

Jumlah kutub pada rotor di PLTA Saguling sebanyak 9 pasang, dengan frekuensi system

sebesar 50 Hertz, maka didapat nilai putaran rotor sebesar 333 rpm.

b. Kumparan

Banyak dan besarnya jumlah kumparan pada stator mempengaruhi besarnya daya listrik

yang bisa dihasilkan oleh pembangkit

c. Magnet

Magnet yang ada pada generator bukan magnet permanen, melainkan dihasilkan dari besi

yang dililit kawat. Jika lilitan tersebut dialiri arus eksitasi dari AVR maka akan timbul

magnet dari rotor.

Dari ketiga hal tersebut, yang bernilai tetap adalah putaran rotor dan kumparan, sehingga agar

beban yang dihasilkan sesuai, maka yang bisa diatur adalah sifat kemagnetannya, yaitu dengan

mengatur jumlah arus yang masuk. Makin besar arus yang masuk, makin besar pula nilai

kemagnetannya, sedangkan makin kecil arus yang masuk, makin kecil pula nilai kemagnetannya.

Menurut jenis penempatan thrust bearingnya, generator dibedakan menjadi empat, yaitu:

1. Jenis biasa - thrust bearing diletakkan diatas generator dengan dua guide bearing.

2. Jenis Payung (Umbrella Generator) - thrust bearing dan satu guide bearing diletakkan

dibawah rotor.

3. Jenis setengah payung (Semi Umbrella Generator) – kombinasi guide dan thrust bearing

diletakkan dibawah rotor dan second guide bearing diletakkan diatas rotor.

4. Jenis Penunjang Bawah – thrust bearing diletakkan dibawah coupling.

11


Gambar 5.4 Jenis-jenis Generator

7. PLTA Saguling dan Komponen Utamanya

PLTA Saguling mulai beroperasi sejak tahun 1985. Terdiri dari 4 unit, dimana masing-masing

unit mampu menghasilkan listrik sebesar 175 MW, sehingga total listrik yang bisa dibangkitkan

oleh PLTA Saguling adalah 700 MW. Turbin yang digunakan adalah turbin Francis poros tegak.

Komponen Utama PLTA Saguling

1. Waduk (Reservoir)

Muka Air Saat Banjir (FWL) : 645 m

Muka Air Maksimum(HWL) : 643,00 m

Muka Air Minimum(LWL) : 623,00 m

Luas Daerah Waduk : 54.3 Km2

Kapasitas Isi Waduk Seluruhnya (pada FWL 645.0 m) : 982,4 x 106 m3

Isi Efktif Unutuk Pembangkitan Listrik : 609,3 x 106 m3

2. Bendungan (DAM)

Tipe : Urugan batu dengan inti kedap air

Tinggi : 99,00 m

Panjang Puncak : 301,3 m

Isi Tubuh Bendungan : 2,730 x 106 m3

3. Saluran Pelimpah (Spillway) :

Tipe : Pelimpah samping

Kapasitas : 2.400 m3/det.

12


Pintu : 3 buah @ lebar 10 m x tinggi 8.3 m

4. Bangunan Pengambil Air (Intake)

Tipe : Menara

Lebar : 50 m

Panjang : 29 m

Tinggi : 48 m

Kapasitas air masuk (Maks.) : 224 m3/det.

Pintu : 2 buah @ lebar 5,8 m x tinggi 5,8 m

5. Saluran/Terowongan air (Tunel) :

Tipe : Terowongan tekan berpenampang

bulat

Jumlah : 2 buah

Diameter : @ 5,80 m

Panjang : 4.689,74 m

6. Tangki Pendatar (Surge Tank) :

Tipe : Differensial, dengan penampang

bulat

Diameter Bagian dalam : 12 m

Tinggi No. 1 : 89,1 m

Tinggi No. 2 : 84,1 m

7. Pipa Pesat (Penstock) :

Tipe : Differensial, dengan penampang

bulat

Diameter : 4,30 - 2,83 m

Panjang No. 1 : 1.868 m

Panjang No. 2 : 1.768 m

8. Gedung Pusat Pembangkit (Power House) :

Type : Semi bawah tanah (2 lantai diatas

tanah, 5 lantai dibawah tanah).

Ukuran: Panjang : 104,4 m

13


Lebar : 32,5 m

Tinggi : 42,5 m

9. Turbin

Tipe : Francis dengan Poros Vertical

Output : 4 x 178,8 MW

Putaran : 333 Rpm

Head Efektif : Max 363,6 m

Debit Air : @ max 56 m3/det.

10. Generator

Tipe : Setengah Payung, 3 Phase,

Synchronous

Kapasitas : 4 x 206,1 MVA

Putaran : 333 Rpm

Tegangan : 16,5 KV

Frekuensi : 50 Hz

11. Trafo Utama

Tipe : 3 phase spesial, OFAF, pasangan

luar

Kapasitas : 2 x 412,2 MWA

Tegangan : 16,5 KV/ 525 K

8. Hasil Keluaran Turbin Dan Generator PLTA Saguling

Jumlah energi listrik yang bisa dihasilkan oleh suatu PLTA tergantung pada ketinggian air

jatuh dan debit air yang tersedia. Berikut ini data ketinggian air jatuh di PLTA Saguling:

1. Reservoir Water Level

High water level : El 643.0 m

Design water level : El 636.3 m

Low water level : El 623.0 m

Effective depth : 20 m

2. Tailrace Water Level

4 units running : El 252.2 m

14


1 units running : El 251.0 m

3. Static Head

Max gross head : 390.8 m (643 m – 252.2m)

Design gross head : 384.1 m (636.3 m – 252.2 m)

Min gross head : 370.8 m (623 m – 252.2 m)

4. Waterway Head Loss : 28.4 m (2 unit setiap penstock

masing-masing beroperasi dengan kecepatan 56 m3/sec)

5. Net Head

Max net head : 363.6 m (390.8 m – 27.2m)

Design net head : 355.7 m (384.1 m – 28.4 m)

Min net head : 343.4 m (370.8 m – 27.4 m)

Dari data tersebut bisa diketahui nilai keluaran dari turbin berdasarkan persamaan:

............................................................................................................................(8)

Dimana:

PT : turbin output

Q : max discharge/unit (56 m3/unit)

H : design net head (355.7 m)

ηT : turbin efficiency (91.6%)

Sehingga nilai keluaran dari turbin sebesar 178810 KW ≈ 178800 KW

Sedangkan keluaran dari generator bisa diketahui berdasarkan persamaan:

......................................................................................................................................(9)

Dimana:

PG : generator output

PT : turbin output

ηG : generator efficiency (98%)

Sehingga nilai keluaran dari generator sebesar 175200 KW

15

1. Pengetahuan Dasar Pembangkit

Documents

Transcript of 1. Pengetahuan Dasar Pembangkit