Buku Ajar Pembangkitan Listrik 2010.Rev1doc

1MODUL IPENDAHULUAN

Tujuan Pembelajaran Umum :Memahami Sistem Pembangkitan Tenaga Listrik

Tujuan Pembelajaran KhususDapat menjelaskan:

1. Sistem Tenaga Listrik.2. Jenis-jenis Pembangkit.3. Peralatan Pembangkit.4. Paralel Pembangkit.5. Interkoneksi Pembangkit

1.Sistem Pembangkitan Tenaga Listrik.Sistem Pembangkit Tenaga Listrik adalah gabungan yang terdiri dari komponen-komponenmaupun media penggerak mula seperti: air, turbin, generator, alat bantu lain dantransformator pembangkit yang merupakan satu kesatuan atau suatu system

Gambar 1.1 Sistem Pembangkitan Tenaga listrik

2[Type text] [Type text] [Type text]

elistrikan sering timbul persoalan persoalan teknis, dimana tenaga listrik pada umumnyadibangkitkan pada tempat-tempat tertentu yang jauh dari kumpulan pengguna, sedangkanpengguna tenaga listrik tersebar disegala penjuru tempat, Dengan demikian makapenyampaian tenaga listrik dari tempat dibangkitkannya yang disebut pusat tenaga listriksampai ke tempat pengguna memerlukan berbagai penanganan teknis. Denganmenggunakan Blok diagram sistem tenaga listrik dapat digambarkan sebagai berikut :

UnitPembangkitan

UnitTransmisi

Gardu Indukdistribusi

G Trf PMT

Unit Distribusi

PMT

KonsumenBesar Konsumen Umum

Generator

Transfo

rmator

Pemutus

Tenaga

Distribusi

Prim

er

Distribusi

sekunder

Gambar 1.2 Diagram satu garis Sistem Tenaga listrik

Tenaga Listrik dibangkitkan di Pusat-pusat Tenaga Listrik seperti PLTA, PLTU, PLTG,PLTGU,PLTD, PLTPB,PLT Angin/bayu, PLTN, PLT Surya, kemudian disalurkan melaluisaluran transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator penaiktegangan (step up transformer) pada masing-masing Pusat Pembangkit Listrik.Di Pulau Jawa dan Bali, pusat-pusat pembangkit di interkoneksikan secara parallel untukmenghimpun daya yang besar maupun untuk tujuan kontinuitas pelayanan..Pemberian nama PLTA PLTU PLTP dan sebagainya yang umum diberikan kepada unitpembangkit listrik di lingkungan PLN didasarkan atas nama tenaga penggerak mulanya.PLTA misalnya dimana mesin pembangkit listriknya (generator) yang ada di kawasantersebut digerakan atau diputarkan oleh suatu turbin penggerak yang berputar karenadigerakan oleh pergerakan aliran air (turbin air) demikian juga halnya dengan PLTUmesin pembangkit listriknya digerakan oleh turbin uap.Saluran tenaga listrik yang menghubungkan pembangkitan dengan gardu induk (GI)dikatakan sebagai saluran transmisi karena saluran ini memakai standard tegangan tinggidikatakan sebagai saluran transmisi tegangan tinggi yang sering disebut dengan singkatan


SUTT. Dilingkungan operasional PLN saluran transmisi terdapat dua macam nilaitegangan yaitu saluran transmisi yang bertegangan 70 KV dan saluran transmisi yangbertegangan 150 KV dimana SUTT 150 KV lebih banyak digunakan. Khusus untuktegangan 500 KV dalam praktek saat ini disebut sebagai tegangan ekstra tinggi. yangdisingkat dengan nama SUTET.Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi, kerja parallel masing-masing generator pada suatupembangkit dan penyaluran nya pada gardu induk ( Pusat Pengatruran dan Pembagi Beban) ditunjukkan oleh gambar 1.3. berikut ini,

Gambar 1.3 Paralel Generator pada Pusat Listrik yang dihubungkan melalui saluranTransmisi ke Gardu Induk (Pusat Pengaturan dan Pembagi Beban )

Keterangan: G = GeneratorP.S. = Pemakaian SendiriT.T. = Tegangan Tinggi.T.M. = Tegangan Menengah

Dari gambar diatas terlihat bahwa di Pusat Listrik maupun di GI selalu ada transformatoruntuk pemakaian Sendiri guna melayani keperluan-keperluan peralatan listrik yangdigunakan didalam Pusat Pembangkit Listrik maupun GI, untuk keperluan penerangan,mengisi batere listrik dan menggerakkan motor-motor listrik. ,


Tujuan Pembelajaran Umum :Memahami Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA


1. Bagian-bagian PLTA.2. Prinsip kerja PLTA.3. Pemilihan Turbin.4. Generator PLTA.5. Perhitungan Daya Turbin Generator.

2.1 Turbin AirTurbin air adalah turbin dimana air sebagai fluida kerjanya.Berdasarkan beda tinggi, air mengalir melalui pipa pesat mengubah energi potensial menjadienergi kinetik.Energi kenetik diubah menjadi energi mekanik (putaran) di dalam turbin.

Gambar 2.1 Diagram Kerja PLTA

MODUL IIPEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)


Gambar 2.2 Potongan Memanjang Pipa Pesat PLTA

Jenis turbin dan kecepatan spesifik

a) Jenis Turbin Air :1. Turbin impuls/aksi (Pelton)2. Turbin reaksi (Francis, Kaplan, Propelers)

Jenis turbin disediakan untuk memilih turbin yang sesuai dengan penggunaan dankarakteristik pembangkitan, seperti tinggi terjun air, daya yang dihasilkan, debit air.Pemilihan jenis turbin mengikuti karakteristik berikut ini,


Gambar 2.3 Pemilihan Turbin Air

b) Kecepatan Spesifik (Spesific Speed)Kecepatan spesifik : Kecepatan turbin dimana untuk satu satuan debit air pada satu satuantinggi terjun air menghasilkan satu satuan daya.atau :

ns = n. 4/5

2/1

Np

; dimana : n = putaran turbin (rpm)p = daya output turbin (kW)H = tinggi terjun efektif (m)


Gambar 2.4 Karakteristik Turbin Air


Untuk menentukan daerah kecepatan jenis digunakan rumus :

ns = 12 23 (Turbin Pelton)

ns = 2020000H + 30 (Turbin Francis)

ns = 2020000H + 40 (Turbin aliran diagonal)

ns = 2020000H + 50 (Turbin propeler)

2.2 Kecepatan Liar Turbin

Kecepatan Liar adalah kecepatan turbin yang melebihi dari kecepatan normal, hal inidisebabkan oleh penghentian beban secara mendadak. Untuk mengatasi hal ini governor speedharus dalam keadaan baik sehingga dapat diatur sedemikian rupa pada saat terjadi pelepasanbeban mendadak.Ketepatan dalam menangani pengaturan liar turbin dapat memperkecil kerusakan.Efektifitas kecepatan putaran juga dipengaruhi oleh factor kavitasi turbin, dimana besarnyafaktor kavitasi adalah sebagai berikut :

r =H

HPP svatm ; dimana :

Patm = tekanan atmosfer dari airPv = tekanan uap airHs = tinggi pipa isap (jarak permukaan air bawah dengan tekanan minimum

pada turbin)

Untuk memperkecil faktor kavitasi dilakukan hal-hal sebagai berikut :1. Memasang turbin tetap pada posisinya (memperkecil jarak vertikal turbin dengan muka air

bawah)2. Konstruksi pipa air, memperkecil adanya belokan

2.3 Daya Turbin AirJika tinggi terjun efektif adalah H meter dengan debit air maksimum Q m3/s, besarnya daya :

Daya Turbin (PT) = 9,8 . Q . H . T .. (kW)

Daya Generator (PG) = 9.8 . Q . H . T . G . (kW)


Soal

Pusat Listrik Tenaga Air mempunyai data sebagai berikut,Tinggi terjun air normal 355 meter, debit airnya adalah 54 m3/s. Luas waduk 0.5 km2 danuntuk pelayanan menggerakkan turbin, permukaan air turun 1 meter dengan factor penguapandan penyerapan air tanah diperkirakan 20%.Hitung besarnya :a) Daya kinetis jika pipa = 0.85 dan daya turbin jika turbin = 0.85b) Daya Generator jika efisiensi Generator = 0,80c) Cukup berapa lama penurunan air 1 meter untuk pelayanan memutar turbin, andaikan air

tidak bertambah.

Penyelesaian :

a) PK = 9,8 x 54 x 355 x 0.85 = 159.686,1 kW

PT = PK x T = 159.686,1 x 0.85 = 135.733,19 kW

b). Pg = Pt x g = 135.733,19 kW x 0,80 = 108.586,552 kW

c). Volume air = 0,5 x 106 x 1 = 5 x 105 m3

Q =t

V t = QV

=

548.0105 5 xx

m3

t = 7.407,41 st = 2.06 jam

10

[Type text] [Type text] [Type text]

Tujuan Pembelajaran Umum :Memahami Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)


1. Bagian-bagian PLTU.2. Prinsip kerja PLTU.3. Pemilihan Turbin.4. Generator PLTU.5. Perhitungan Daya Turbin Generator PLTU.

3.1 Prinsip Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)Di negara kita, sumber tenaga uap banyak tersedia, oleh karena itu pembangunan PLTU yangdapat menghasilkan daya listrik besar sangat diharapkan untuk mengimbangi dinamikakemajuan ilmu penghetahuan dan teknologi.Pembanguanan PLTU lebih murah, dibandingkan dengan PLTA, akan tetapi biayaoperasional dan perawatan PLTU sangat besar. Lokasi PLTU dapat dibuat dekat dengan pusatbeban, oleh karena itu biaya transmisi menjadi murah.Daya pembangkitan PLTU yang besar, berkisar 400 1.000 MW akan menjadi efisien,mengingat biaya operasi dan perawatan yang tinggi.Berikut ini adalah prinsip PLTU dan dasar-dasar pembangkitan dayanya.

MODUL IIIPEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU)

11


Gambar 3.1. Prinsip kerja PLTU

Keterangan gambar 3.1 :1. Turbin Tekanan Tinggi2. Turbin Tekanan Medium3. Turbin Tekanan Rendah4. Generator Sinkron

5. Boiler6. Stock Area Batubara7. Coal Bunker8. Mill/Pulverizer

9. Pre Heater10. Force Drav Fan (FD fan)11. Feed Pump12. Feed Water13. Water Procesing

12


14. Pump

15. Hot Well16. Condensor External Pump17. Pump Circulatiang Water Pump (CWP)18. Pump Circulating Water Pump (CWP)19. Pump Circulating Water Pump (CWP)20. Cooling Tower21. Electronic Precipitator Plant (EP Plant)22. Induce Drav Fan (ID Fan)23. Stack

Gambar 3.2 Siklus ideal PLTU

1 2 Proses Compresi / pemompaan air

2 3 Proses Pembakaran / Pembuatan uap3 4 Proses Ekspansi

4 1 Proses Kondensasi / regenerasi

13


Gambar 3.3 Kurva h versus S

Energi Compresi : h2 h1Energi Pembakaran / pemanasan : h3 h2Energi Ekpansi pada turbin : h3 h4Energi Condensasi : h4 h1

Siklur Rankine dan Diagram MolierSistem Rankine merupakan siklus sederhana dalam turbin uap dan digambarkan sebagai T vsS dan h vs S seperti gambar berikut :

Gambar 3.4 Kurva T vs S Gambar 3.5 Kurva h vs S

14


turbin =in

Out

WW

=

cb4322a143221

1

1

Diagram h vs S disebut juga diagram Molier. Dari diagram h vs S dapat ditentukan daya

turbin maupun daya untuk menggerakkan pompa, yakni :T = h3 h4 dan Wp = h2 h12 = h1 + V. (Pmax Pmin)/ motorEnergi yang dimasukkan, Q = h3 h2

Jadi termis =23

1243

h-h)h(h-)h(h

= 1 -23

14

h-h)h(h

Gambar 3.5 Gambar Siklus Ideal PLTU (Contoh Soal)

Siklur PLTU seperti gambar diatas bekerja berdasarkan Siklus Rankine sederhana /ideal.Tekanan dan temperatur maksimum 70 bar pada temperatur 540 C. Setelah ekspansi uappada sudu-sudu turbin enthalpy menjadi 2389 kj/kg. Sedangkan tekanan minimum adalah 0.12bar pada water saturasi.Bila uap yang dipancarkan pada sudu-sudu turbin 10 ton/menit dan efisiensi turbin, generatordan motor masing-masing 0,85 ; 0,90 ; 0,85Tentukan :

a. Efisiensi Thermis

b. Daya poros turbin

15


c. Daya Generator

Penyelesaian :

P = 70 bar = 70 x 105 x 1.45 x 10-4 = 1015 lb/in2 =1015 x0,45 kg x (1/2,54 cm)2= 456,75 kg/ 0,15 cm 2 = 3045 kg/ cm 2 1 Bar = 43,5 kg/ cm 2

T = 540 C = 32 + 1.8 (540) = 1004 FP1 = 0.12 bar = 0.12 x 105 x 1.45 x 10-4 = 1.74 lb/in2

Vpada P = 1.74 (interpolasi dari tabel uap )

h(1.74) = 0.01614 + kJ/kg188,176BTU/lb80,91669.73)-130,20(1-51-1.74

h2 = h1 + V. (Pmax Pmin)/ motor

= 80,916 BTU/lb +0,85

inlb)74,11015(ft0.016189 2

2 lb

= 80,916 BTU/lb + 0.016189 ft2/lb (1192,07) lb/m2

= 80,916 BTU/lb + 0.016189 ft2/lb (1192,07) lb2

ft121

= 80,916 BTU/lb + 0.016189 ft2/lb (1192.07 x 144) lb/ft2

= 80,916 BTU/lb + 2778.97lblbft

= 80,916 BTU/lb +lb88,778

BTU97,2778= 84,48 BTU/lb

h2 = 84,4839 x 2,32558 = 196,4742 kJ/kgh2 pada 1015 lb/in2 da T = 10040 Fh pada 1015 lb/in2 pada temperatur 10000 F

1015 - 1000h = 1505,4 + --------------------- ( 1503,9 1505,4 ) = 1504,95 BTU/lb

1050 - 1000

h = pada 1015 lb/ in2 pada T = 10500 F

16


15h = 1561,9 + ----- ( 1560,7 1561,9 ) = 1561,54 BTU/lb

50

1015 - 1000h3 = 1504,95 + ----------------- ( 1561,54 1504,95 ) = 3505,145 kJ/kg

1100 - 1000

h4 = 1389 kJ/kg.

h4 h1 2389 188,176a). Efisiensi thermis = 1 - -------------- = 1 - -------------------------- = 1 0,6649 = 0,335

h3 h2 3505,145 195,228

= 33,5 %.

b). Daya Turbin (Pt) = (h3 h4) x masa uap x 0,85 = (3505,1452389) kJ/kg x 10.000 kg/60 sx 0,85 = 1116,145 kWs/kg x 166,7 kg/s x 0,85 = 158152,1658 kW

= 158,1521658 MW.

c). Daya Generator (Pg) = Pt x efisiensi generator = 299,787209 MW x 0,90= 142,336949 MW

17


3.2. PENGOPERASIAN BOILER

3.2.1. SISTEM ALIRAN UAP UTAMAAliran uap utama didalam PLTU merupakan bagian dari siklus suatu unit pembangkit

uap dimana untuk pengoperasian PLTU, hal ini merupakan suatu wawasan yang harusdimiliki sehingga karakteristik operasi dari peralatan dapat dipahami. Pada giliran selanjutnyadapat mencapai efisiensi dari sasaran peralatan sebaimana yang direncanakan. Adapun sistemaliran uap utama seperti ditunjukkan pada gambar III.1. dan funsi-fungsi alat utamanya dapatdijelaskan sebagai berikut :a. Main drum, yakni peralatan yang berfungsi sebagai pemisahan/untuk memisahkan air

pengisi dan uap utama.b. Safety Value, yakni katup pengaman pada saat terjadi perbandingan yang tidak berimbang /

tidak normal antara air dengan uap.c. Pri/sec superheater, yakni pemanas uap lanjut sebelum uap masuk hight pressure turbin.d. Reheater, yakni pemanas ulang uap secara konveksi disisi gas bekas, sebelum uap masuk

pada intermedate pressure turbin.e. Governor value, yakni alat pengatur flow uap ke hight pressure turbin.f. Intermediate Control Value (ICV), yakni alat pengatur flow uap didalam intermediate

pressure turbin.

Prosedur OperasiDidalam main drum terdapat campuran air dan uap jenuh, dimana uap ini dipisahkan

dari air dengan alat pemisah uap yang terdiri dari siklon dan saringan (scrubber). uap jenuhkeluar menuju pipa pemanas uap lanjut I atau primary superheater dan air turun melalui pipadown corner menuju pipa pengumpul (header) di sisi bawah sebelum masuk ke pipa penguap(riser evaporator).

Di sepanjang pipa penguap, air dipanaskan dengan panas radiasi api di ruang bakar,sehingga timbul uap air sehingga berat jenis turun dan air mendidih ini naik keatas menujudrum. mekanisme sirkulasi air dari drum ke pipa pemanas dan kembeli ke drum secara bedaberat jenis atau disebut "natural ciculation".

18


Didalam main drum, uap dipisahkan dari air dan kotoran yang terakumulasi, yangdapat dibuang keluar ketel melalui pipa pembuangan (blow down). Umumnya untukpembuangan kotoran diinjeksi bahan kimia (phosphat) untuk mengikat kotoran menjadilumpur yang mengendap di dasar drum.

Uap jenuh yang sudah terpisah dan air dalam drum keluar menuju primary superheaterdan secundary superheater untuk dipanaskan menjadi uap panas lanjut atau uap kering.Primary superheater letaknya disisi konveksi dan secundary superheater disisi radiasi.Diantara primary superheater dan secundary superheater suhu uap diatur dengan menspray air,untuk mendapatkan suhu uap konstan dari uap keluar secondary superheater, dan dipancarkanpada sudu-sudu hight pressure turbin.

Uap yang keluar dari hight pressure turbin sudah hampir mendekati titik jenuh (basah),maka uap dipanaskan lagi didalam boiler dengan pipa pemanas ulang (reheater), selanjutnyauap dialirkan pada sudu-sudu intermediate pressure (IP) turbin dan selanjutnya uap yangmengalir didalam sudu-sudu low pressure (LP) turbin kondisi uap masih cukup baik (tidakterdapat butir-butir air).

3.2.2. SISTEM UDARA DAN GAS BEKASUdara dan gas bekas merupakan suatu bagian yang penting didalam pembakaran untuk

memproduksi uap didalam boiler. Untuk itu agar di dapat pembakaran yang baik dansempurna diperlukan penanganan yang memadai dari para operatornya, demikian pula dalampenanganan gas dan pemanfaatan panas dari gas bekas agar diperoleh efisiensi pembakaransesuai dengan nominal peralatan juga gas bekas yang diproduksi dari pembakaran tidak terlaluberat mencemari lingkungan, khususnya pencemaran udara.

Sistem udara dan gas bekas dituliskan pada gambar III.2. dan beberapa peralatan yangdigunakan seperti dijelaskan sebagai berikut :a. Primary Air Fan (PA Fan), yakni kipas angin tekan untuk keperluan udara pembakaran.b. Forced Draught Fan (FD Fan), yakni kipas tekan paksa untuk pengaturan tekanan didalam

boiler / ruang bakar.c. Induced Draught Fan (ID Fan), yakni kipas isap (soot blower) udara dalam ruang bakar,

guna pengaturan tekanan di dalam ruang bakar.d. Main Air Heater, yakni pemanas udara utama dengan uap /air panas untuk menaikkan

temperatur udara menjadi temperatur sesuai desain peralatan.

19


e. Gas Recirculation Fan (GR Fan) yakni kipas yang meresirkulasi ulang sebagian gas panasuntuk dikembalikan lagi ke ruang bakar.

f. Primary Air Heater ( Air Pre Heater) yakni pemanas udara primer guna menyediakanudara dengan temperatur sesuai dengan desain peralatan untuk memanaskan serbukbatubara.

g. Ekonomizer, yakni peralatan yang berfungsi memanaskan air pengisi boiler dengan panasgas bekas dari pembakaran.

h. Electrostalic Precipitator, yakni alat penangkap abu / ion-ion abu dengan prinsipelectrostatic dengan menggunakan arus searah bertegangan tinggi.

Prosedur OperasionalDi dalam proses pembakaran salah satu faktor bahan yang diperlukan adalah

udara/oksigen. Oksigen diperoleh dari udara yang ditekan dengan Forced Draught Fan (FDFan), kemudian udara dipanaskan dengan uap/air panas melalui pipa-pipa, sehinggatemperatur udara berkisar 130 C. hal ini bertujuan agar udara yang masuk pada pemanasudara utama telah mencapai temperatur inlet dari peralatan. Udara outlet dari main air heater

adalah 300 C. Pemanas dalam alat ini diambilkan dari gas setelah melaluiekonomizer. Tujuan pemanasan udara adalah untuk memudahkan proses pembakaran di ruangbakar.Gas panas yang terjadi dari hasil pembakaran didalam ruang bakar (furnace) dialirkankesaluran (duct) untuk memanaskan pipa-pipa pemanas lanjut (primary superheater). Pemanasulang (reheater) dan ekonomizer. Gas yang keluar dariekonomizer masih cukup panas 400C untuk itu gas digunakan untuk memanaskan udara (main air heater).

Setelah gas keluar dari main air heater, gas disaring bagian abu kasarnya. Penyaringanabu dengan menggunakan electrostatic precipitator, yakni penangkapan ion-ion abu denganprinsip induksi elektrostatik dengan menggunakan listrik arus searah tegangan tinggi (bisasampai 70 kilo volt).

Untuk keperluan batubara diperlukan lagi kipas udara utama (Primary Air Fan) danpemanas udara primer (PA Heater) untuk menyiapkan udara ke penggiling batubara ((pulverizer). Kegunaan PA Fan maupun PA Heater, yakni untuk mendorong udara panasbeserta serbuk batubara dari pulverizer ke ruang bakar (burner) melalui saluran serbukbatubara.

20


Dalam sistem udara dan gas bekas, dipergunakan gas recirculation fan (GR Fan), gunamengambil sebagian gas bekas panas untuk dikembalikan lagi ke ruang bakar, yang salah satutujuannya yaitu untuk mengatur temperatur didalam ruang bakar dan temperatur gas disisikonveksi.

21


RU

ANG

BAKA

R

EKO

NO

MI

ZER

Elec

tric

Prec

ipita

tor

A B

Pulv

eriz

er"A

"

GR

.Fan

Mai

nAi

rH

eate

r

AirP

reH

eate

r

PAFa

n"A

"

PAFa

n"B

"

PAFa

n"B

"

PAFa

n"A

" IDFa

n

A B

Mai

nAi

rHea

ter

Stac

k/C

erob

ong

215

m/3

00m

Gambar 3.6. Sistem Udara dan Gas Bekas

22


3.2.3. SISTEM PULVERIZER FUEL BURNERPulverizer fuel burner merupakan sekumpulan peralatan yang memproses batubara

agar diperoleh pembakaran yang sempurna. Untuk menangani masalah ini diperlukanpengetahuan yang memadai dan mendukung tentang pulverizer. Tidak menutup kemungkinanjika penanganan masalah pulverizer kurang memadai, dapat mengakibatkan terjadinyakebakaran mengingat di dalam ruang pulvarizer terdapat abu serbuk batubara dan udarasembur yang cukup panas dan memungkinkan dapat terjadinya kebakaran jika penanganantidak cermat, apalagi jika tidak di dukung dengan pengetahuan yang cukup tentang peralatanpulvarizer dan batubara.

Peralatan yang digunakan dalam sistem pulvarizer fuel burner digambarkan padagambar III.3. dan fungsi masing-masing peralatan dijelskan sebagai berikut :a. Coal banker, yakni penampung batubara yang siap digiling (masuk coalfeeder) yang

diambil melalui belt conveyor dari tongkang batubara atau dari stock area batubara.b. Coal feeder, yakni pensuply batubara ke pulverizer.c. Swing Value, yakni katup penggerak aliran batubara di sisi pulverizer.d. Bunker Outlet gate, yakni gerbang laluan batubara pada coal feeder.e. Clasifier, yakni alat pengatur kelembutan serbuk batubara.f. Flame Stability Value, yakni katup pembilas gas, sebelum dilakukan operasi pembakaran.

Prosedur OperasionalPulverizer adalah alat penggiling batubara yang disupply dari coal banker melalui coal

feeder. Di dalam pulverizer batubara digiling halus sesuai penunjuk di dalam desain peralatan,dan kehalusan batubara mencapai 200 mesh/inci. Pada proses pengolahan batubara untuk siapdisalurkan pada burner impeller, di supply udara yang telah dipanaskan untuk keperluanreaksi pembakaran dan membawa/melakukan serbuk batubara dari pulverizer menuju burnerimpeller dimana udara memiliki temperatur dan tekanan tertentu. Coal burner impeller terdiridari tujuh (7) level saluran pipa coal untuk pembakaran di ruang bakar. Pengaturanpenggunaan ke tujuh level coal burner impeller ini disesuaikan dengan kebutuhan maupunkesediaan memberi beban/daya listrik. Pada kondisi beban nominal digunakan ke tujuh burnerimpeller. Jika beban yang disediakan maupun yang diperlukan kurang dari beban nominalmaka salah satu burner impeller. maka salah satu burner impeller dimatikan atau tidakdioperasikan.

23


Pada saat beban nominal, debet batubara setiap unit berkisar (35 - 40) ton/jam.

D P

Ses

orLe

vel

Coa

lB

unke

rB

unke

rOut

LetG

ate

Sen

sorN

oC

oalO

nTh

eB

elt

Sen

sorC

oal

Bun

kerN

oFl

owB

elt

Sen

sorC

oal

Feed

erP

lugg

ed

Out

LetG

ate

Coa

lFee

der

Coa

lBur

ner

Impe

ller

Coa

lPip

e

Flam

eS

tabi

lizin

gV

alve

Sup

ply

From

Dis

char

geFD

Fan

Sw

ing

Val

veC

lasi

vier

Sen

sor

Tube

Coa

lAir

Dum

per

Hot

Air

Dum

per

Sup

ply

Dis

char

geFD

Fan

Gambar 3.7. Sistem Pembakaran Fuel Burner

24


3.2.4. AUXILIARY STEAMAuxiliary steam merupakan suatu pemanfaatan uap panas untuk keperluan pemanasan

di dalam unit pembangkit khususnya PLTU. Hal ini dilakukan dalam rangka pemamfaatanenergi dan efisiensi energi yang pada giliran selanjutnya juga berpengaruh pada nilai produksilistrik persatuan massa bahan bakar. Sistem auxiliary steam common ditunjukkan padagambar III.4. dan fungsi alat-alat yang digunakan seperti dijelaskan sebagai berikut :a. Pressure Control Value, yakni katup pengatur tekanan uap air.b. Temperatur control value, yakni katup pengatur temperatur uap air.c. Attemperatur, yakni peralatan yang berfungsi untuk mengatur temperatur dengan jalan

menspray air pada pipa-pipa uap.

Prosedur OperasiMula-mula uap di supply dari primary superheter yang dikontrol oleh pressure control

value (PCV 1782) setelah tekanan uap di cold reheat mencapai tertentu katup pada primarysuperheater menutup. Untuk auxiliary steam menggunakan pressure control dan temperaturcontrol. Pressure control untuk mempertahankan tekanan uap auxiliary sedang temperaturkontrol untuk mempertahankan temperatur uap yakni dengan jalan pengaturan spray airdidalam attemperatur pada saluran bersama.

Auxiliary steam digunakan untuk pemanas pada unit pembangkit, seperti pada gambarIII.4. untuk unit I melayani air pre heater, heating to deairator, automaticing steam pre heater,gland main ejektor maupun pemanas pada desalination plant.Peralatan auxiliary steam antar unit dibuat saling interkoneksi. Hal ini diharapkan jika padasalah satu unit alat mengalami gangguan,

Untuk pelayanan dari unit yang terdapat gangguan dapat di supply dari unit yang lain.

25


PCV

TCV

UNIT

IV

ATTO

MPE

RATU

R

PCV

TCV

UNIT

IIIUN

ITII

TCVPC

V

UNIT

I

TODE

SAL

G LA N D M A IN E JE C TO R

A U TO M A TIZ IN G S TE A M P R E H E A TE R

H E A TIN G TO D E A E R A TO R

A IR P R E H E A TE R

TCV

FROM

COLD

REHE

AT

PCV

FROM

PRE

SUPE

RHE

AT

Gambar 3.8. Sistem Auxiliary Steam Common

26


3.2.5. SISTEM DRUM LEVEL INDIKATORDi dalam boiler setelah ada proses pembakaran bahan bakar untuk memanasi air, yakni

mengubah fasa air menjadi fasa uap. Perbandingan antara uap yang dihasilkan dengan airyang dimasukkan tentunya harus berimbang. Untuk itu diperlukan suatu alat kontrol yangdapat memberikan indikator apabila terjadi pada berbagai keadaan pada fasa uap dan fasa airdi dalam drum, dengan adanya kontrol level uap dan air dalam drum pada giliran selanjutnyadapat mengatur kestabilan keberimbangan antara uap yang dikeluarkan dan air yangdimasukkan. Sistem drum level indikator ditunjukkan pada gambar III.5.

Prosedur OperasionalIndikator level drum dikoordinasikan pada suatu kontroller dan dibandingkan dengan

nilai setting. Selanjutnya dari kontroller mengatur pada sistem air pengisi. Aliran uap keturbin dapat mengurangi tekanan awal drum (sampai penambahan jumlah pemanasan tercapai)akan disebut pengaruh pemuaian. Level drum seolah-olah terlihat naik, kontrol dari leveldrum akan memerintahkan penetupan dari sistem air pengisi agar aliran air pengisi berkurang.Oleh karena itu untuk menaikkan aliran uap yang terjadi pengurangan aliran air pengisi yangkebalikan dari kebutuhan terhadap kontrol yang efektif. Penambahan pemanasan setelahwaktu kestabilan tekanan drum akan dideteksi dan dikoreksi.

Kontrol tiga elemen mampu menerima tiga indikator langsung atau menerima duaindikator, satu menyatakan level drum dan yang lain menyatakan perbandingan aliran uap /aliran air pengisi seperti Berikut :

- Dalam suatu kejadian dimana level drum naik, menyebabkan penyaluran air pengisimenutup.

- Aliran uap naik, menyebabkan pengaturan air pengisi membuka atau sebaliknya.- Naiknya aliran air pengisi menyebabkan penyaluran dari air pengisi menutup.

Dengan bertambahnya aliran uap tekanan drum akan drop dan akan menyebabkan efekpemuaian dan level drum naik. naiknya aliran uap akan menyebabkan katup pengatur tertutup,sehingga tekanan kembali stabil dan tidak akan menimbulkan efek pemakaian. Pengaruhnaiknya aliran uap akan menyebabkan membukanya pengatur air pengisi.Pada saat tekanan drum naik dan menyebabkan efek perlawanan level drum berkurang,membuat kecenderungan pembukaan pada pengaturan air pengisi yang akan di lawan olehkecenderungan penurunan aliran uap untuk menutup pengatur air pengisi. Bagaimanapun juga

27


dengan sekali pengurangan nilai pemanasan menetapkan kembali pada tekanan yangsebenarnya, pengatur air pengisi diijinkan menutup pada kenaikan level drum atau penurunanaliran uap.

Process InputOutput

L

P T F

FEED WATER

P T F

COOLING WATER SPRAY

P T F

FUEL

P T F

AIR/UDARAAIR/UDARA

P

PT

F

FTP

UAPSTEAM

BOILER

Gambar 3.9. Sistem Drum Level Indicator

28


3.3. PENGOPERASIAN ALAT BANTU TURBIN

3.3.1. .SISTEM MINYAK PELUMAS TURBINSistem pelumasan turbin merupakan bagian alat bantu yang penting untuk menjaga

keandalan operasional turbin. Untuk itu sistem minyak pelumas ditata sedemikian rupa untukpelayanan secara kontinyu pada berbagai kondisi dimana turbin beroperasi (saat starting, saatbekerja nominal maupun saat stop/shutdown turbin).

Pompa-pompa minyak yang dipasang pada tangki utama turbin (main oil reservoirtank) dan fungsi/operasionalnya seperti ditunjukkan pada gambar IV.1 . sedangkan pompaminyak utama (main oil pump) dipasang satu poros dengan poros turbin. Adapun fungsi danoperasi dari pompa-pompa yang dipasang pada main oil reservoir tank adalah sebagai berikut:

a. Pompa utama, berfungsi untuk mensupply minyak pelumas dan kontrol minyak (minyakkontrol pada sistem governor) , pada saat mendeteksi kecepatan nominaldan saat bekerja nominal dengan kecepatan 3000 rpm.

b. Pompa bantu (auxiliary oil pump - P3) , yakni mensupply minyak dan kontrol pada saatstart up turbin, sampai kecepatan turbin hampir mencapai kecepatannominal. Pompa ini bekerja secara otomatis setelah tekanan minyak turunmencapai (0,8 - 0,9) kg/cm2. Ketika kecepatan turbin mulai turun pada saatproses start down. Pompa bantu terdiri dari satu motor dan dua pompa.Satu pompa untuk sistem pelumasan dan satu pompa lagi untuk sistemgovernor. Kedua pompa dikopel dalam satu poros.

c. Pompa pelumas darurat, yakni untuk mensupply minyak pelumas pada saat keadaandarurat, dimana pompa yang lain tidak dapat beroperasi (kerusakan alatataupun gagalnya supply daya AC seperti pada kondisi block out). pompadarurat digerakkan oleh motor DC.

d. Tangki utama minyak pelumas (main oil reservoir tank), yakni reservoir minyak pelumasmaupun sebagai minyak kontrol, yang menampung pelumas sebelum dansesudah disirkulasikan dan untuk menciptakan "Positive displacement "untuk pompa-pompa sentrifugal minyak pelumas (auxiliary oil pump,emergency oil pump, turning gear oil pump dan jacking oil pump).

29


e. Vapor extractor, yakni untuk mengeluarkan uap dan gas-gas yang dapat menganggu didalam tangki utama, (oksigen, hidrogen, uap air dan uap minyak pelumas).Dengan dipasangnya vapor extractor tekanan didalam tangki utamamenjadi negatif.

f. Oil conditioner (pembersih), yakni pembersih minyak-minyak dari kotoran setelah dipakai,(alat ini terdiri dari : ruang pengendapan, penyaringan, penyimpanan,ejektor air otomatis, saringan pengendap, kotak penyaring dan ventingfan).

g. Oil cooler (pendingin minyak), yakni sebagai pendingin minyak / pelumas maupunkontrol) untuk mengembalikan kondisi kerja minyak dari segikekentalannya.

h. Pipa-pipa dan filter, yakni mengalirkan minyak pelumas dari tangki utama keperalatanyang perlu dilumasi. Filter pada perpipaan untuk menyaring kotoran yangterkandung dalm minyak pelumas.

30


EXCITER GENERATOR LP B LP A IP HP

9 8 7 6 5 4 3 2 1

P1 P2 P3V

Main Oil Reservoir

Oil Cooler

Oil Conditoner

Keterangan: V : Vapor ExtractorP1 : DC Emergency

P2 : Turning Gear Oil Pump

P3 : Auxiliary Oil Pump

Gambar 3.10. Sistem Minyak Pelumas Turbin

31


3.3.2. SISTEM TURNING GEAR DAN JACKING OILTurning gear merupakan alat bantu turbin untuk menjaga keandalan operasional

turbin, dimana alt ini menjaga terjadinya perbedaan temperatur/material turbin pada semuabidang permukaan. Untuk itu maka perlu turning gear yang dioperasikan baik dengan motorpenggerak maupun secara manual jika tidak ada supply daya listrik, terutama pada saat terjadiblock out.Jacking Oil untuk menjaga keandalan turbin tekanan rendah (LP turbin " A " dan " B " ),utamanya pada saat turbin start up atau start down, mengingat berat low pressure turbin.

Sistem turning gear dan jacking oil seperti ditunjukkan pada gambar IV.2. sedangfungsi peralatan utama dari prinsip operasional dijelaskan sebagai berikut :a. Motor AC pad turning gear, yakni penggerak turning gear dengan kecepatan 3 rpm.b. Pompa (PTG), yakni pompa minyak pelumas untuk turning gear.c. Pompa (JOP), yaknipompa minyak pengangkut / jacking oil pump).d. Manual engkol, yakni alat pemutar roda gigi dengan tangan jika motor penggerak turning

gear rusak atau tidak mendapat supply daya listrik.

Prosedur Oprerasional Turning GearTurning gear beroperasi pada saat turbin akan start up dan saat turbin akan dihentikan

(shut town), dimana temperatur material turbin /rotor saat shut down masih sangat tinggi,berkisar (450-500) C . Jika rotor dibiarkan berhenti pada suhu seperti diatas, akan terjadiperbedaan temperatur yang menyebabkan penyusutan yang berbeda, sehingga terjadipembengkokan keatas atau disebut " hogging " .

Jika terjadi hal ini (pembengkakan) menyebabkan terjadinya persinggungan antar rotordengan stator pada saat beroperasi, yang menimbulkan getaran yang serius dan padagilirannya menjadikan kerusakan mekanik. Untuk menghindari perbedaan temperatur, makapada pros rotor turbin, tetap diputar secara perlahan-lahan yakni 3 rpm selama peristiwapendinginan. Untuk itu turbin dilengkapi dengan " turning gear " .

Turning gear terdiri dari motor dan roda-roda gigi pengurang putaran yangdihubungkan ke roda gigi poros turbin. Penggerak akhir dari susunan roda gigi dirancangsedemikian rupa hingga penggerak tersebut akan terputus secara otomatis dengan poros turbinpada saat putaran turbin mencapai lebih dari putaran yang dirancang pada turning gear. Juga

32


roda gigi turning gear akan dapat sambung otomatis saat turbin start down saat putaran turbin- turbin hingga turbin putaran turning gear.

Putaran rotor turbin yang digerakkan oleh turning gear dengan kecepatan 3 rpmmenimbulkan sirkulasi udara didalam casing, sehingga menyebabkan pendinginan yangmerata pada semua bagian permukaan pada sudu-sudu.Pada saat motor penggerak turning gear rusak/tidak berfungsi karena tidak mendapat supplydaya listrik saat block out, poros turbin harus diputar secara manual, dengan putaran separuhputaran setiap sepuluh menit. Pemutaran turning gear terus dilanjutkan sampai temperaturmetal poros turbin turun pada harga yang di rekomendasikan berkisar ( 150 200 ) C .

Untuk mempercepat laju pendinginan dapat dilakukan dengan hembusan udarapendingin setelah start down dengan tekanan udara rendah pada silinder turbin. Metode inidapat mempercepat memperpendek waktu pemutaran turning gear untuk memutar porosturbin dari 72 jam menjadi 28 jam.

Prosedur Operasional Jacking OilTurbin yang besar pada saat keadaan diam, maka berat rotor akan menekan minyak

pelumas yang ada diantara permukaan poros dan bantalan. dari kondisi ini kedua permukaanlogam hampir kontak langsung, sedangkan supply minyak pelumas utama yang mengalirhanya pada saat poros berputar. Kondisi poros diam seperti ini sulit/berat untuk diputar danjika dipaksa diputar akan merusak lapisan logam putih dari bantalan. Oleh karena itu untukmemutar pros turbin dari keadaan berhenti, terlebih dahulu poros diangkat sedikit. Untukdapat mengangkat poros digunakan minyak bertekanan tinggi, atau yang disebut " jacking Oil" tekanan minyak pengangkut (jacking oil) mencapai 140 kg/cm2 yang didapat dari pompamulti silinder displacement. Saluran jacking oil dipasang pada setiap bantalan atau hanyapada bantalan tertentu saja, yakni melalui 3,4,5 dan 6 pada low pressure turbin saja.

Pompa mengambil minyak dari tangki utama minyak /supply utama pelumas bantalan,minyak dialirkan dari bagian bawah bantalan melalui satu atau lebih saluran dalam rumahbantalan dan pelapisnya. dengan jacking oil dan aliran minyak pembilas pada bantalan, porosdapat diputar dengan mudah dan aman.

33


98

Oil

Con

ditio

ner

76

54

32

1

Oil

Coo

ler

P TG

Mai

nO

ilR

eser

voir

Jack

ing

Oil

Pum

p

Turn

ing

Gea

r

Gambar 3.11. Sistem Turning Gear dan Jacking Oil

34


3.3.3. SISTEM GENERATOR SEAL OILSistem generator seal oil merupakan suatu sistem yang bertujuan melindungi media

pendingin generator berupa gas hydrogen agar tidak terjadi kebocoran yang dapatmengakibatkan kontak langsung dengan oksigen, dimana pada perbandingan hydrogen danudara tertentu menyebabkan ekspolsit. Untuk itu sistem pendinginan generator dilindungipada dua sisi, yakni pada sisi hydrogen maupun pada sisi udara.

Sistem generator seal oil ditunjukkan pada gambar IV.3. Adapun peralatan utama danfungsinya dijelaskan sebagai berikut :a. Main reservoir oil tank, yakni tangki penyimpan minyak perapat.

b. Seal oil pump, yakni pompa penyupply seal oil pada sisi udara dan sisi hydrogen.c. Seal oil cooler, yakni pendingin di perapat.d. Seal oil regeneration, yakni peralatan berfungsi regenerasi pelumas perapat dari kotoran

dan gas-gas/uap yang terlarut didalamnya.

Prosedur OperasionalOil seal/pelumas perapat digunakan dan dipasang pada kedua ujung generator yang

bertujuan untuk mencegah kebocoran media pendingin generator. Perapat poros dilengkapidengan media berupa minyak perapat /seal oil.

Perapat poros terdapat pada dua sisi dan masing-masing sisi dihadapkan dengan duamedia, yakni media hydrogen dan media udara / udara luar. Kedua sisi ini saling terpisah.Minyak perapat pada sisi hydrogen akan jernih oleh hydrogen dan pada sisi udara akan jerniholeh udara.

Fungsi aliran minyak perapat untuk melumasi perapat, juga untuk meminimalkandifusi udara luar dengan hydrogen dalam generator dan mencegah kebocorannya. Minyakperapat bersifat menyerap gas (oksigen, hydrogen, uap air) , jika minyak bersentuhan dengangas-gas tersebut, oleh karena itu minyak seal apabila bersentuhan langsung akanmempengaruhi kemurniaan gas hydrogen didalam generator.

Untuk memperkecil terkontaminasinya gas hydrogen, maka ditempuh denganmemisahkan sirkulasi seal oil pada sisi udara dengan sisi hydrogen didalam generator. Minyakperapat pada sisi hydrogen disirkulasikan sendiri untuk digunakan lagi pada sisi hydrogen danhydrogen yang diserap minyak perapat dicegah agar tidak lepas ke udara luar, demikian pulapada minyak perapat sisi udara.

35


Supply minyak perapat tekanannya berkisar 0,85 kg/cm2 . Penyeragaman tekanansupply minyak perapat pada sisi hydrogen dengan sisi udara menggunakan equalizing valveyang bekerja secara otomatis, dengan tujuan agar tidak terjadi pencampuran minyak perapatantara sisi udara dan sisi hydrogen.

Generator

Sisi HidrogenSisi

Udara

ExciterSide

TurbinSide

Seal Oil Cooler

Seal Oil Pump

Main Reservoil Seal Oil

Seal Oil Regenerasi

Gambar 3.12 Generator Seal Oil

36


3.3.4.SISTEM PENDINGIN GENERATORPendingin generator bertujuan untuk merapatkan keandalan operasional peralatan guna

mencapai efisiensi dan masa pakai peralatan yang optimal. Sistem pendingin generator, yaknisistem pengisian/pembilasan dan sirkulasi pendinginan ditunjukkan pada gambar 3.13 dan3.14. Adapun peralatan utama dan pengisian dijelaskan sebagai berikut :a. Botol/tabung hydrogen, yakni tabung/botol penyimpan hydrogen.b. Valve, yakni peralatan pengatur tekanan gas masuk/keluar generator.c. Propeller burner, yakni peralatan hembus hydrogen untuk disirkulasikan pada daerah yang

didinginkan.d. Pendingin Hydrogen, yakni peralatan yang berupa kisi-kisi yang mensirkulasikan air

didalam pipa-pipa dan diluarnya adalah hydrogen. Air menyerap panasdidalam hydrogen sehingga terjadi peristiwa pendinginan / penurunantemperatur gas hydrogen sebelum disirkulasikan lagi padadaerah/permukaan yang didinginkan. Letak dari sirkulasi pendinginhydrogen dibawah propeller burner.

Prosedur OperasionalPendingin generator adalah gas hydrogen, sebelum gas hydrogen didistribusi ke

generator, dilakukan dahulu pembilasan udara dengan gas CO2 dengan mengatur valve(katup-katup) tertentu yang seperti ditunjukkan dalam gambar 3.13 (sisi supply H2). Padakondisi generator beroperasi /kerja normal, gas hydrogen dengan sirkulasinya dapatmendinginkan generator (rotor + stator) dimana sirkulasi hydrogen diatur dengan bantuanpropeller burner, melalui celah-celah ventilasi dari belitan rotor maupun stator, gas hydrogensebagai pendingin dapat terdistribusi dengan baik yang dapat mendinginkan generator secaraefektif. Gas hydrogen memiliki karakteristik yang lebih baik dari pada udara yang digunakansebagai media pendingin.

Keuntungan penggunaan gas hydrogen sebagai media pendingin adalah sebagai berikut :a.Rugi gesek angin lebih rendah, karena kerapatan gas hydrogen lebih rendah, hal ini

37


menjadikan efisiensi generator lebih baik.b. Laju perpindahan panas lebih baik, karena gas H2 memiliki efisien perpindahan panas

lebih tinggi.

c. Konduktivitas thermal lebih baik 7 x lebih besar dibandingkan udara.d. Korosi asam akibat korona lebih rendah, sehingga umur isolasi lebih panjang.e. Resiko kebakaran lebih kecil, meskipun gas hydrogen pada konsentrasi tertentu dapat

meledak.f. Mengurangi kebisingan karena kerapatan hydrogen lebih rendah daripada udara.g. Mengurangi pemeliharaan, karena gas hydrogen tidak menghasilkan kotoran atau uap

lembab.

Kerugian-kerugian penggunaan gas hydrogen sebagai berikut :a.Bahaya ledakan, karena campuran hydrogen dengan udara dengan konsentrasi (4-76)%

hydrogen nudah meledak.b. Memerlukan sistem perapat yang baik.

Berikut ini adalah karakteristik media pendingin udara dan gas hydrogen ;

Media Tekanan PanasSpesifik

Kerapatan KonduktivityThermal

KoefisienPerpindahan panas

UdaraGas H2

Atmosfir0,031,02,03,04,0

1,014,3514,3514,3514,3514,35

1,00,070,140,220,300,37

1,06,96,96,96,96,9

1,01,552,653,654,44,85

Tabel 3.1. Karakteristik Media Pendingin udara dan Gas Hidrogen

38


ExciterSide

Seal Oil

Alternator

TurbinSide

Feed Valve

Supply Udara

Dari PlantSupply H2

Dari Botol

Supply CO2

(a) Pembilasan / Pengisian

Gambar 3.13 Sistem Pembilasan/Pengisian Media Pendingin

Bearing

Propeler Blower

Rotor

Cold Gas

Station Core

Hydrogen Gas Cooler

(b) Generator & Circulasi Pendingin

Gambar 3.14. Sistem Pendinginan Generator

39


3.3.5. SISTEM PENGELUARAN UDARA KONDENSORPengeluaran udara kondensor merupakan hal yang penting diperhatikan, mengingat ini

menyangkut peristiwa kondensasi, air penambah, sirkulasi air dan uap didalam unit yang padagiliran berikutnya mempengaruhi efisiensi unit maupun keandalan sistem. Sistem pengeluaranudara kondensor ditunjukkan pada gambar 3.15. Adapun peralatan utama dan fungsinyadijelaskan sebagai berikut :a.Hogging air ejektor, yakni alat bantu berupa blower dimana baling-baling digerakkan oleh

uap ( auxiliary steam ).b. Main air ejektor, yakni alat utama untuk mengeluarkan udara, dimana baling-baling alat ini

digerakkan oleh uap yang didapat dari supply auxiliary steam.c.Valve/katup-katup, yakni alat untuk mengatur tekanan uap masuk kedalam hogging / main

air ejektor maupun uap/udara keluar masuk pada blower ejektor.

Prosedur operasionalUap yang diberikan untuk perapat turbin (turbin gland steam), tekanan uap perapat

diatur pada interval (0,3-0,5) kg/cm2 . Hal ini perlu menjaga agar low pressure casing tidakterjadi panas lebih akibat uap yang diberikan pada gland turbin terlalu banyak.

Setelah gland steam diberikan pada turbin selanjutnya membuat vacuum, yakni denganmengeluarkan udara kondensor, dimana hal ini dapat dilakukan dengan dua tahap. Pada tahapawal pengeluaran udara kondensor dilakukan dengan starting / hogging air ejektor, denganmengatur katup yang terkait (pada gambar 3.15.), udara dikeluarkan hingga vacuum mencapai650 mm Hg . Untuk tahap kedua dioperasikan main air ejektor " A " dan " B " denganmengatur katup steam dari supply auxiliary steam menuju main air ejektor dan membukakatup-katup dari low pressure turbin " A " dan low pressure turbin " B " ke main air ejektor.Setelah main air ejektor bekerja normal, katup yang menuju hogging air ejektor ditutup.Kondensor yang divacuum melalui main air ejektor sampai mencapai vacuum 700 mm / Hgyang sesuai dengan standart design peralatan.

40


M

M

LP1

"A"

LP2

"B"CONDENSOR

M

"B""A"

MAuxiliarySistem Hogging Air

Ejector

Main Air Ejector

Gambar 3.15 Sistem Pengeluaran Udara Condensor

41


3.4. PENGOPERASIAN TURBIN-GENERATOR

3.4.1. PENGOPERASIAN TURBINPengoperasian turbin dipengaruhi oleh kondisi temperatur awal dari metal rotornya.Menunjuk pada rekomendasi peralatan, starting turbin dibedakan menjadi tiga bagian, yakni :a.Colt start, yakni turbin dingin atau first stage metal temperaturnya lebih kecil dari 120 C

atau turbin stop / berhenti lebih dari 48 jam.b.Warm start, yakni turbin hangat dimana kondisi first stage metal temperaturnya antara 120

C - 350 C atau turbin sudah stop / berhenti kurang dari 48 jam.c.Hot start, yakni turbin panas dimana kondisi first stage metal temperaturnya lebih besar

dari 350 C atau sudah stop / berhenti kurang dari 12 jam.

1. a. Colt start turbin generatorColt stsrt turbin generator berdasarkan temperatur metal rotor pada sisi tekanan tinggi,

yakni temperatur < 120 C dan turbin berhenti lebih besar dari 48 jam. Prosedurnya adlahdengan menaikkan putaran turbin hingga mencapai ( 1800 1900 ) rpm dan pada nilaiputaran ini dipertahankan untuk waktu yang cukup lama, agar inti rotor panas hingga

melampaui temperatur transisi 120 C .Tujuan pada periode pemanasan ini untuk menjaga keandalan metal dari kerapuhan

lama menahan putaran tergantung pada temperatur awal rotor dan ini dapat dilihat padadiagram start up turbin ( gambar V. 1. dan V.2.)Setelah periode pemanasan dipenuhi, turbin dapat dinaikkan putarannya hingga putarannominal.

Prosedur pemutaran turbin diuraikan sebagai berikut ;

No.

Uraian No. Keterangan

1. Suhu uap panas lanjut masuk katuppenutup cepat minimum 50 C diatasuap jenuh

1. lihat tabel uap (diagram molier)

No.


42


2.

3.

4.

5.

6.

7.

Buka katup penutup cepat sampai

mencapai 400 rpm

Setelah putaran rotor naik, pemutarporos (turning gear) secara otomatisakan stop

Pertahankan putaran 400 rpm dalamwaktu yang cukup, untuk mencatat datayang diperlukan dan periksa semuainstrumen turbin

Pada putaran mendekati 600 rpmpencatat eksentrisitas otomatis berhenti,sedangkan pencatat getaran mulaiberfungsi

Kenaikkan putaran harus rata 150rpm/menit. Pertahankan putaran (1800 -2000) rpm paling sedikit 2 jam untukpemuaian rotor. Selama periode ini suhuuap masuk dapat dinaikan sampai4300C, dengan laju kenaikan tidak bolehmelebihi 560C/jam (10C tiap menit.

Naikkan putaran hingga 2950 rpm makafungsi pengaturan diambil oleh penga-tur bebas penutup cepat perlahan-lahan

2.

3.

4.

5.

7.

Selama menaikkan putaran, jangansampai ada petugas yang terlaludekat dengan tuas pemutar poroskarena tuas akan lepas secara

otomatis

Motor turning gear stop

Pastikan bahwa tidak ada kondisioperasi alat yang tidak memuaskan,tidak ada kebocoran pelumas padabantalan

-

Alasan temperatur pelumas

bantalan 770C

No.


untuk memastikan bahwa pengatur

43


8.

9.

10.

beban sudah berfungsi. Denganmenggunakan pengatu-ran bebangovernor, naikkan putaran turbin hingga3000 rpm.

Alirkan air pendigin pelumas (OilCoolers) dan bila perlu atur alirannyasehingga temperatur keluar minyak

bantalan berkisar (60 - 70)0C

Matikan pompa pelumas bantu(Auxiliary Oil Pump) dengan memutarsaklar ke posisi off. Bila dilepas,

saklar saklar harus kembali ke posisiauto sehingga pompa dikontrol oleh

presure switch

Untuk persiapan paralel, periksa:

a. Pengaman Overspeed.b. Pengaman Vakum rendah.c. Pengaman tekanan bantalan rendah.d. Pengaman tekanan bantalan aktual.e. Periksa setting oritice impeller pe-

ngatur beban .f. Katup pelepas tekanan pelu-mas

tinggi.

g. Orifice pelumas bantalan.h. Katup-katup pelepas dan lain-nya.

8.

10.

Alarm temperatur pelumas bantalan770C

Bekerja pada :Tekanan sisi tiap 7400 mm Hg.

Tekanan bantalan 1,5 kg/cm2.

No.


11. Perhatikan agar sisi exhaust turbin tidak 11. Jika uap exhaust melebihi 700C,

44


12.

sampai mengalami pemanasan lebih.Pemanasanlebih dapat terjadi bilavacum terlalu rendah

Perhatikan tiap pengaman vacum. 12.

maka uap air pancar di exhaustharus beroperasi. Naikkan vacumatau kurangi putaran sampai

putaran pemanasan. Temperatur

maximum exhaust dengan airpancar yang diijinkan 800C. Turbinharus di stop jika temperatur uapexhaust mencapai 1200C.

Tuas harus lepas dalam posisiterkunci, dimana isi penumpukkansaluran vacum dapat berfungsi biladiperlukan.

Pembebanan

Uraian / urutan Operasi Keterangan

1. Pada saat putaran generator sudah men-capai 3000rpm, atur dengan pengaturbeban utama untuk memperoleh putaransistem.

2. Lakukan paralel dan atur dengan pengaturbeban utama sehingga beban generator 20MW (minimum).

3. Bila beban 20 MW telah dilewati,pembebanan selanjutnya ikuti Diagrampembebanan keadaan start dingin.

2. Pertahankan beban 20 MW, agartemperatur pada katup penutup cepatstabil. Kenaikan temperatur pada katuppenutup cepat harus merata dan tidakmelebihi 830C/jam (1,20C/menit).

3. Pemancar awal (heater) mulaidiaktifkan.

- kenaikan beban 9MW/menit

45


Gambar 3.16. Kurva Start Up Turbin dingin tanpa by pass

46


Gambar 3.17. Kurva Start Up Turbin dingin dengan by pass

47


1. b. Warm Start Turbin - GeneratorMenjalankan turbin dalam keadaan hangat, yakni turbin sudah berhenti kurang dari 48 jam,

dengan kondisi temperatur Firet Stage Metalnya berkisar (120 - 350)0C, suhu uap masukberkisar 3000C.

Berikut ini diuraikan tentang prosedur pengoperasian.Uraian dan keterangan sebagai berikut ;

Prosedur Operasi

Urutan operasi / uraian Keterangan1. Rotor diputar dengan pemutar poros

(Turning gear).

2. Naikkan putaran hingga 2000 rpm.

3. Pertahankan putaran 2000 rpm selama

waktu 30 menit untuk pemeriksaansemua instrumen, yang menunjukkanturbin beroperasi dengan baik.

5. Matikan pompa pemanas bantu (AuxiliaryOil Pump) dan tempatkan saklar padaposisi auto. Alirkan air pendingin kependingin pemanas (Oil Cooler).

6. Alirkan air pendingin ke pendingin-pen-dingin hidrogen.

7. Perhatikan agar tidak terjadi pemanasanlebih pada posisi exhaust dari turbin

2. Turning Gear lepas otomatis.

3. Selama 30 menit kondisi pemanasan steammemuaskan.

5. Atur aliran air pendingin untukmempertahankan temperatur pemanas

output bantalan antara (60 - 70) 0C.

7. Pemanasan lebih dimungkinkan akibatvakum rendah. Bila temperatur exhaust>700C. Attemperatur harus bekerja.Naikkan vacum atau kurangi putaran

hingga (1800 - 1900)rpm.

48


Pembebanan

Urutan operasi / uraian Keterangan1. Pembebanan awal dan waktu pemutaran

ditentukan oleh diagram pembebanan.

2. Naikkan beban hingga 400 MW dalam

waktu 30 menit.3. Prosedur pembebanan selanjutnya dise-

suaikan dengan diagram pembebanan start

hangat.

1. Beban sebesar 20MW dipertahankan sela-

ma 15 menit.

2. Kenaikan beban 12 MW/menit.

49


Gambar 3.18. Kurva Start Up Turbin hngat tanpa by pass

50


Gambar 3.19. Kurva Start Up Turbin hangat dengan by pass

51


1. c. Hot Start Turbin GeneratorMenjalankan Turbin Generator dalam keadaan panas ialah Turbin pada kondisi dimana

first stage temperaturnya lebih besar dari 300C atau sudah stop selama 12 jam.Prosedur pemutaran dijelaskan sebagai berikut :

Urutan Operasi / Uraian Keterangan1.

2.

3.

4.

5.

Rotor diputar dengan turning gear, persiapanrolling up selama 1 jam 15 menit.

Setelah persiapan prodeuksi aliran uap,condensor vacum memenuhi diagram hotstart putar turbin hingga 3000rpm selama 10menit.

Matikan pelumas bantu (Aviliary Oil Pump),dan tempatkan saklar pada posisi Auto.

Alirkan air pendingin ke pendingin pelumas(Oil Cooler).

Alirkan air pendingin ke pendinginhidrogen.

Perhatikan agar tidak terjadi over heat padasisi exhaust dari turbin

1.

2.

3.

5.

Suhu/temperatur uap super heateroutlet >4000C.

Motor turning gear lepas

Atur aliran air pendingin untukmempertahankan temperatur pelu-

mas keluar bantalan berkisar (60 -70) 0C.

Overheat akibat vacum rendah, jikaterjadi over heat, attemperatur harusbekerja, naikkan vakum atau kurangiputaran hingga (1800 - 1900)/ jam

PembebananPembebanan awal dan rolling time dihentikan sesuai diagram hot start turbin.

52


Pemanas awal diaktifkan pada beban 20 MW selanjutnya hentikan beban yang mengikutidiagram hot start, menaikkan beban dari 20 MW hingga 40 MW dalam waktu 40 menit yangberarti mengatur kenaikkan beban 9,5 MW setiap menit.

Gambar 3.20. Kurva Start Up Turbin panas tanpa by pass

53


Gambar 3.21. Kurva Start Up Turbin panas dengan by pass

54


3.5. PENGOPERASIAN GENERATORPengoperasian generator PLTU meliputi :

3.5.1.Persiapan start.a. Hubungkan semua kontak untuk semua recorder dan chart paparnya telah disesuaikan

dengan waktu yang sebenarnya.b. Semua rele proteksi generator, main transformer, unit auxiliary transformer dan

excitasi telah dinyatakan normal.c. Semua anounciator yang dipasang di kontrol room (UCD) telah di test dengan tombol

test alarm.

d. Semua kontak catu daya dari circuit breaker generator, main transformer dan unitauxiliary transformer telah terhubung.

e. Setting potensiometer yang digerakkan dengan motor telah diyakini dapat bekerjadengan baik.

f. Semua peralatan telah diyakini dapat bekerja normal, seperti perapat hidrogenmaupun peralatan turbovisory.

g. Temperatur minyak inlet dari peralatan perapat hidrogen telah diatur sama dengantemperatur minyak penyuplay bearing turbin.

h. Kontrol temperatur gas hidrogen sudah pada posisi Auto.

i. Tekanan dan kemurnian gas hidrogen telah diperiksa dalam keadaan normal.

3.5.2.Star Up Generator.a. Periksa temperatur bearing dan ketidak normalan dari bearing.b. Pada waktu putaran turbin mencapai 300 rpm, field circuit breaker (TCB)

dimasukkan dengan tombol field breaker close pada UCD.

c. AVR diubah mode operasinya dari manual ke otomatis dengan tombol AVR sel

Auto di UCD.d. Tegangan terminal generator diatur sebesar 23 KV oleh tombol 90 R Raise atau 90

R lower Oparasi dari 7 - 90 R diatur hati-hati dengan melihat arus medan dariexciter AC.

3.5.3.Syncronisasi.Syncronisasi dilakukan dengan mengikuti prosedur ;a. Atur tegangan terminal generator sesuai dengan tegangan sistem.

55


b. Atur frequensi generator dengan frekuensi sistem.c. Yakinkan bahwa fasa dari generator dapat untuk mengoperasikan circuit breaker.

3.5.4.Pengawasan Setelah Kondisi Pembebanan.Terdapat beberapa bagian yang harus diyakini bahwa nilai yang harus dipersyaratkan

terhadap penyimpangan yang diperbolehkan yaitu :

- Arus Generator : 11823 A 5%- Tegangan Generator : 23000V 5%- Arus Medan Generator : < 4090 A.- Tegangan Medan Generator : < 407 V- Temperatur belitan stator : < 1200C- Temperatur gas Outlet belitan stator : < 1100C- Temperatur Inti Stator : < 1200C

- Temperatur belitan rotor : < 1050C- Temperatur gas hydrogen : < 450C

- Tekanan gas hydrogen : 4 0 350 20

2

,

,

/kg cm g

- Kemurnian gas hydrogen : > 90%- Faktor daya generator : 85 s/d 100 %

- Frekuensi generator : 50 Hz 5%

Perubahan pembebanan generator harus disesuaikan dengan kemampuan perubahanbeban dari Boiler dan atau turbin.

3.5.5. SHUT DOWN TURBIN GENERATORShut Down (menghentikan) generator - turbin dilakukan dengan urutan sebagai berikut :

a. Beban generator dibuat/diturunkan sampai mendekati 5 % dari beban nominal, persiapanpemutusan siap dilakukan dari UST ke SST.

b. faktor daya diatur dengan menekan tombol 90R Raise atau 90 R lower hinggamenjadi 100% hingga arus pemutusan menjadi minimum.

c. Ketika beban generator mendekati nol, circuit breaker dari generator dilepas secepatmungkin untuk mencegah perubahan fungsi dari generator menjadi motor.

56


d. Operasi dari AVR dipindahkan dari otomatis ke manual, selama putaran turbin masih

3000 rpm dengan toleransi 1500 rpm. Pada waktu yang sama perhatikan teganganterminal generator agar tidak terjadi kenaikan tegangan.

e. Setelah generator berputar tanpa beban, turbin siap dihentikan. Field Circuit Breakersegera dilepas dengan menekan tombol Field breaker open di Unit Center Desk

(UCD).f. Sesudah turbin berhenti sampai putaran mendekati putaran nol, rotor turbin diputar

dengan motor turning gear.g. Kontak untuk catu daya semua peralatan recorder dilepas atau off.

h. Selama shut down unit seal oil dan pendingin gas H2 tetap beroperasi, kecuali apabilapendingin gas hydrogen dikeluarkan dari generator.

57


MODUL IVPEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS (PLTG)

Tujuan Pembelajaran Umum :Memahami Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)


1. Bagian-bagian PLTG.2. Prinsip kerja PLTG.3. Pemilihan Turbin.4. Generator PLTG.5. Perhitungan Daya Turbin Generator PLTG.

4.1. Prinsip Kerja Turbin GasTurbin Gas adalah turbin dimana fluida kerjanya adalah gasPLTG terdiri dari komponen-komponen utama :

1. Kompresor2. Ruang bakar3. Turbin gas dan Generator

Gambar 4.1 Siklus Terbuka Gambar 4.2 Siklus Tertutup

4.1.1 Siklus BraitonSiklus ideal dari sistem turbin gas adalah siklus Braiton, digambarkan dengan diagram P vs Vdan h vs S, seperti berikut,

58


Gambar 4.3 Kurva P vs V Gambar 4.4 Kurva h vs S

Siklus Braiton terdiri dari empat proses, yaitu :

1 2 Proses Kompresi2 3 Proses Pemasukan Kalor3 4 Proses Ekspansi4 1 Proses Pembuangan Kalor

Pada sistem turbin gas, kerja yang dihasilkan turbin sebagian digunakan oleh kompresor. Olehkarena itu besarnya kerja yang dikeluarkan adalah.

Wout = Wt Wkdimana, Wt = h2 h4Wk = h2 h1Sehingga Wout = (h3 h4) (h2 h1)Besarnya energi kalor yang dimasukkan dalam sistem :Q = h3 h2Jadi s = Q

Wout23

14

23

1423

h-h)h-(h

-1h-h

)h-(h-)h-(h

4.1.2 Kompresor

59


Gambar 4.5 Kurva Siklus Kompresor

Wkom = Wb-1 + W1-2+W2-a + Wa-b dimana, W a-b =0

= P1(V1 Vb) + )V-(VPK-1V.P.P

2a21122 V

Dimana Va = Vb = 0

Contoh SoalPLTGU dengan siklus idealnya memiliki data sebagai berikut :

h1 = 127.26 BTU/lbh2 = 231,98 BTU/lbh3 = 399.4 BTU/lbh4 = 250 BTU/lb

Massa bahan bakar yang diberikan = 7500lb. Massa gas yang dipancarkan/jam padasudu-sudu turbin = 106 kg. Jika efisiensiturbin dan generator masing-masingadalah 0.9 dan 0.9, tentukan :

a. Energi yang dimasukkan dalamruang bakar

b. Daya listrik yang dihasilkanCatatan : 1 BTU/lb = 2.33 kJ/kg

Gambar 4.6. Gambar Contoh Soal

Penyelesaian :a. Q = (h3 h2) x massa bahan bakar

= (399,4 241.98) x 7500 lb= 152.42 BTU/lb x 7500 lb= 355.13 kJ/kg x 3412.5 kg= 121188.1 kJ

b. PG = (h3 h4) x massa x t x G= (399.4 250) BTU/lb x 106 kg/jam x t x G= (149.4) BTU/lb x 277.77 kg/sec x 0.9 x 0.9

60


= 78320.30697 kW= 78.32030697 MW

MODUL VPEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS UAP (PLTG U)

61


Tujuan Pembelajaran Umum :Memahami Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTG U)

Tujuan Pembelajaran KhususDapat menjelaskan:1. Bagian-bagian PLTG - U2. Prinsip kerja PLTG - U3. Pemilihan Turbin.4. Generator PLTG - U5. Perhitungan Daya Turbin Generator PLTG - U

5.1. Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU)

PLTGU merupakan kombinasi PLTG dengan PLTU. Gas buang dari PLTG yang umumnyamempunyai suhu di atas 400 C, dimanfaatkan (dialirkan) ke dalam ketel uap PLTU untukmenghasilkan uap penggerak turbin uap. Dengan cara ini, umumnya didapat PLTU dengandaya sebesar 50% daya PLTG. Ketel uap yang digunakan untuk memanfaatkan gas buangPLTG mempunyai desain khusus untuk memanfaatkan gas buang dimana dalam bahasa ingrisdisebut Heat Recovery Steam Generator (HRSG).Gambar 5.1 menunjukkan bagan dari 3 buah unit PLTG dengan sebuah unit PLTU yangmemanfaatkan gas dari 3 unit PLTG tersebut. 3 unit PLTG dengan sebuah unit PLTU disebutsebagai 1 blok PLTGU. Setiap unit PLTG mempunyai sebuah ketel uap penampung gasbuang yang kelurar dari unit PLTG. Uap dari tiga ketel uap unit PLTG kemudian ditampungdalam sebuah pipa pengumpul uap bersama yang dalam bahasa Inggri disebut CommonSteam Header. Dari pipa pengumpul uap berrsama, uap dialirkan ke turbin uap PLTU yangterdiri dari turbin tekanan tinggi dan turbin tekanan rendah. Keluar dari turbin tekananrendah, uap dialirkan ke kondensor untuk diembunkan. Dari kondensor, air dipompa untukdialirkan ke ketel uap.

62


Gambar 5.1. Prinsip Kerja PLTG U

HRSG dalam perrkembangannya dapat terdiri dari 3 drum uap dengan tekanan uap yangberbeda, Tekanan Tinggi (HP), Tekanan Menengah (IP), Tekanan Rendah (LP). Hal inididasarkan perhitungan Thermodinamika.Drum HP, IP dan LP yang berhubungan dengan suhu gas buang yang tinggi, sedang danrendah (lihat gambar 5. .)

5.2. Prinsip Kerja PLTGU.

63


Dalam operasinya, unit terubin gas dapat dioperasikan terlibih dahulu untuk menghasilkandaya listrik, sementara gas buangnya berproses untuk menghasilkan uap dalam ketelpemanfaat gas buang. Kira-kira 6 jam kemudian, setelah uap dalam ketel uap cukup banyak,uap dialirkan ke turbin uap untuk menghasilkan daya listrik.Sebagai contoh, PLN mempunyai PLTGU di Grati Jawa Timur yang setiap bloknya terdiridari :

3 Unit PLTG : 112,450 MW x 3 1 Unit PLTU : 189.500 MW x 1 x 250 hr x 24 h x 10 3 x rp.500 = rp. 5,6 x 10 14 / th

Keluaran Blok : 526,850 MW

Gambar 5.2. Proses PLTGU

Karena daya yang dihasilkan turbin uap tergantung kepada banyaknya gas buang yangdihasilkan unit PLTG, yaitu kira-kira menghasilkan 50% daya unit PLTG, maka dalammengoperasikan PLTGU ini, pengaturan daya PLRGU dilakukan dengan mengatur daya unitPLTG, sedangkan unit PLTU mengikuti saja, menyesuaikan dengan gas buang yang diterimadari unit PLTG-nya.Perlu diingat bahwa selang waktu untuk pemeliharaan unit PLTG lebih pendek daripada unitPLTU sehingga perlu koordinasi pemeliharaan yang baik dalam suatu blok PLTGU agar dayakeluar dari blok tidak terlalu banyak berubah sepanjang waktuDitinjau dari segi efisiensi pemakaian bahan bakar, PLTGU tergolong sebagai unit yangpaling efisien di antara unit-unit thermal (bisa mencapai angka di atas 45%).PLTGU termasuk produk teknologi mutakhir dalam perkembangan pusat listrik. PLTGU PLNyang pertama beroperasi di sekitar tahun 1995, daya terpasangnya per blok dibatasi oleh

64


besarnya daya terpasang unit PLTG-nya. Sampai saat ini, unit PLTG yang terbesar barumencapai daya terpasang sekitar 120 MW.Pada gambar 5..tampak dua barisan cerobong. Barisan cerobong sebelah kiri berasal dariturbin gas, sedangkan barisan cerobong sebelah kanan berasal dari ketel uap (HRSG).Proses perpindahan panas pada HRSG praktis hanya melalui proses konveksi dan konduksisaja, tidak ada lagi proses radiasi, karena HRSG tidak berhadapan dengan lidah api. Olehkarenanya maka desain HRSG adalah berbeda dengan desain ketel PLTU yang mengambilenergi kalori langsung dari ruang bakar.Gambar 5.2. menggambarkan prinsip perpindahan panas yang terjadi melalui proses konveksisentuhan pada HRSG. Seperti terlihat pada gambar 5 Uap yang keluar dari drum tekananmengengah IP bertemu dengan uap yang keluar dari turbin tekanan tinggi HP untukselanjutnya dialirkan ke turbin tekanan menengah IP. Pada titik pertemuan ini perlu adapengatur tekanan uap yang berfungsi menamakan tekanan. Hal serupa juga berlaku antara uapdari drum LP yang bertemu dengan uap yang keluar dari turbin IP untuk selanjutnya menujuke turbin LP.

65


Tujuan Pembelajaran Umum :Memahami Pembangkit Listrik Tenaga DIESEL (PLTD)

Tujuan Pembelajaran KhususDapat menjelaskan:1. Bagian-bagian PLTD.2. Prinsip kerja PLTD.3. Diesel-Generator.4. Perhitungan Daya Diesel Generator.

6.1.Prinsip Kerja Mesin Diesel.

Motor Diesel adalah motor bakar torak yang berbeda dengan motor bensin, prosespanyalaannya bukan dengan loncatan api listrik.Pada langkah isap hanyalah udara segar saya yang masuk ke dalam silinder. Pada waktu torakhampir mencapai TMA bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder. Terjadilah prosespenyalaan untuk pembakaran, pada saat udara di dalam silinder sudah bertemperatur tinggi.Persyaratan ini dapat dipenuhi apabila digunakan perbandingan kompresi yang tinggi, berkisarantara 12 sampai 25.Perbandingan kompresi yang rendah pada umumnya digunakan pada motor diesel berukuranbesar dengan putaran rendah. Perbandingan kompresi yang tinggi banay dipakai pada motordeesel berukuran kecil dengan putaran ( 4000 rpm). Perancang cenderung mempergunakanpertimbangan kekuatan material serta berat mesinnya. Oleh karena itu, pada umumnya motordeesel bekerja dengan perbandingan kompresi antara 14 sampai 17. Unutk itu sebagai prindipkerja PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Diesel) tenaga listrik dibangkitkan oleh generatoryang digerakkan oleh penggerak mula yang dipakai untuk menggerakan generator. Untukmenghasilkan tenaga secara besar-besaran generator arus bolak-balik 3 phase dapatdigerakkan oleh turbin air, gas, uap dan motor diesel. Penggerak mula ini bergerak disebabkanoleh tenaga potensi antara lain air, tenaga uap panas dan kimia.PLTD termasuk motor bakar dan mudah dipindahdari satu tempat ke tempat lainnya. Mesindiesel dihubungkan dengan generator mamakai kopling, mesin diesel mudah sekalidihidupkan, tidak memerlukan persiapan yang lama, sehingga PLTD banyak dipakai untukmengatasi beban puncak. PLTD dipakai untuk membantu PLTA atau PLTU waktu memberi

MODUL VIPEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL (PLTD)

66


tenaga listrik. Kebaikan PLTD dengan Pembangkit yang lainnya adalah dimana motor minyakuntuk menggerakkan generator guna menghasilkan tenaga listrik tidak dapat melebihi bebanyang maksimum.

6.2. Sistem Bahan Bakar

Disini kita akan membicarakan tentang beberapa penyaluran bahan bakar dari tangki bahanbakar sampai masuk k dalam silinder, yang banyak dipergunakan pada motor diesel.Ada tiga sistem yang banyak dipakai, yaitu :

1. Sistem pompa pribadi2. Sistem distribusi, dan3. Sistem akumulator

Ketiga sistem ini mempergunakan beberapa komponen yang sama, yaitu tangki, beberapasaringan dan pompa (tekanan rendah) penyalur. Saringan bahan bakar diperlukan untukmencegah masuknya kotoran kedalam pompa penyalur, pompa tekanan tinggi danpenyemprot bahan bakar. Kotoran di dalam aliran bahan bakar dapat menyebabkan kerusakan,terutama keausan pompa dan penyemprot. Juga saluran bahan bakar bisa tersumbat sehinggamengganggu kerja motor diesel.

Gambar 6.1 Sistem Pompa Pribadi

67


Gambar 6.2 Skema Sistem Distribusi

Gambar 6.3 Skema Sistem Akumulator Bahan Bakar

68


Pompa penyalur mengalirkan bahan bakar dari tangki ke pompa tekanan tinggi agar pompatekanan tinggi itu selalu terisi bahan bakar dalam segala keadaan oprasinya. Tekananalirannya harus selalu lebih tinggi daripada tekanan atmosfir sekitarnya, terutama untukmencegah masuknya udara kedalam saluran bahan bakar seandainya terjadi kebocoran.Adanya udara (gelembung) di dalam aliran bahan bakar akan menyebabkan gangguan, antaralain aliran yang tidak menentu besarnya.Ketiga sistem bahan bakar itu mempergunakan pompa tekanan tinggi, tetapi terdapatperbedaan dalam jumlah atau fungsinya. Sistem pompa pribadi mempergunakan satu pompatekanan tinggi untuk silindernya, jadi setiap penyemprot dilayani oleh satu pompa tekanantinggi. Pompa ini adalah pompa plunyer yang dilengkapi dengan peralatan pengatur kapasitas.Daya yang diperlukan untuk menggerakan pompa dari daya yang dihasilkan oleh mesin itusendiri.Sistem distribusi dan akumulator, masing-masing hanya menggunakan satu pompa tekanantinggi unti melayani semua penyemprot yang ada di setiap silinder. Pada sistem distribusipompa tersebut mengalirkan bahan bakar bertekanan tinggi masuk ke dalam distributor.Distributor adalah alat untuk membagi bahan bakar ke dalam setiap penyemprot sesuatudengan urutan yang telah ditentukan. Jadi, fungsinya ekivalen dengan fungsi distributor padamotor bensin. Pompa tekanan tinggi pada sistem distributor juga dilengkapi dengan alatpengatur kapasitas, sedangkan pada sistem akumulator tidak. Pada sistem akumulator, pompaitu mengalirkan bahan bakar masuk ke dalam sebuah akumulator yang dilengkapi dengankatup pengatur tekanan sehingga tekanan bahan bakr di dalam akumulator dapat konstan.Apabila tekanan tersebut lebih besar daripada yang ditentukan. Katup pengatur akan terbukandan bahan bakar akan mengalir kembali ke dalam pipa isap dari pompa tekanan tinggi.Dari akumulator bahan bakar mengalir ke dalam alat pengatur kapasitas, baru kemudian kepenyemprot lalu masuk ke dalam silinder, sesuai dengan urutan yang telah ditetapkan. Sudahbarang tentu ketiga sistem bahan bakar tersebut memiliki faktor untung-rugi dan ciri yangkhas. Beberapa pertimbangan pemilihannya adalah kesederhanaan konstruksi dan peralatan,keandalan, kondisi operasi, umur, perawatan dan harga. Sistem pompa pribadi merupakansistem yang kompak, akan tetapi harganya relatif lebih mahal, oleh karena menggunakan satupompa untuk setiap silinder dan semua pompa harus bekerja dalam susunan yang serasi.Untuk menekan harga yang tinggi itu diciptakan sistem distribusi yang hanya menggunakansatu pompa, lengkap dengan alat pengatur kapasitas. Akan tetapi pompa akan menjadi lebihberat, terutama apabila harus melayani jumlah silinder yang banyak. Pada kedua sistem initekanan dan kapasitas penyemprotan bahan bakar berubah-ubah sesuai dengan kecepatanputar poros mesin, karena pompa tersebut digerakkan oleh mesin melalui sistem roda gigi.Jadi, berbeda dengan sistem akumulator yang tekanan penyemprotannya konstan (tidaktergantung pada kecepatan putar poros pompa). Pada sistem ini akumulator tidak memerlukanketelitian pembuatan yang terlalu tinggi. Sistem akumulator biasanya digunakan pada motordiesel berukuran besar dengan kecepatan yang rendah, selanjutnya motor diesel memerlukansuatu alat penting yang dinamai governor, terutama untuk mesin stasioner.Governor, adalah suatu alat untuk mengatur putaran mesin supaya tetap konstan, meskipunbebannya berubah-ubah.Variasi kecepatan yang diperbolehkan (maksimum) berkisar pada 4% dari kecepatan operasiyang ditetapkan. Dalam melaksanakan tugasnya governor menggerakkan batan pengaturkapasitas. Apabila putaran mesin naik karena beban berkurang, jumlah bahan bakar yangmasuk ke dalam silinder harus dikurangi supaya mesin dapat kembali pada keadaan semula.

69


6.3. Bahan Bakar Mesin Diesel PutaranTinggi

Bilangan setana bahan bakar ringan untuk motor diesel putaran tinggi berkisar antara 40sampai 60. Zat tambahan untuk menaikkan bilangan setana seperti tetraethyl lead untukmenaikkan bilangan oktan bensin, belum diketemukan kadar belerang dalam bahan bakarharuslah di bawah 1 % untuk menghindari kemungkinan terjadinya korosi. Debu, kotoran danair di dalam bahan bakar akan merusak bagian-bagian dalam dari pompa penyemprot bahanbakar dan penyemprot bahan bakar. Sedangkan endapan karbon dan abu menempel padapermukaan luar dari penyemprot bahan bakar, torak, katup buang dan sebagainya, sehinggaakan menggangu tugasnya masing-masing dan bahkan dapata merusak bagian-bagian itusendiri. Oleh karena itu kotoran-kotoran di dalam bahan bakar harus dibatasi. Meskipunpenambahan senyawa barium dapat mengurangi asap, namum gas buang yang terjadimerupakan pouttan udara. Nilai kalor bahan bakar untuk motor diesel, bensin serta minyakbakar berat pada umumnya tidak jauh menyimpang dari 10.000 kcal/kg.

6.4. Proses Pembakaran Bahan Bakar.

Seperti telah diterangkan terdahulu motor diesel tidak memerlukan busi, disamping itu,berlainan dengan pada motor bensin, pada motor diesel penyalaan bahan bakari itu tidakdijulai pada satu titik, tetapi terjadi di beberapa tempat, dimana terdapat campuran bahanbakar udara yang ideal untuk pembakaran.Proses pembakaran adalah suatu reaksi kimia cepat antara bahan bakar (hirokarbon) denganoksigen dari udara.Proses pembakaran ini tidak terjadi sekaligus tetapi memerlukan waktu dan terjadi dalambeberapa tahap. Disamping itu penyemprotan bahan bakar juga tidak dapat dilaksanakansekaligus tetapi berlangsung antara 30 40 derajat sudut engkol.Supaya lebih jelas baiklah kita lihat grafik tekanan versus besarnya sudut engkol.

70


Grafik 6.1 Tekanan Versus Sudut Engkol

Pada gambar ini dilihat tekanan udara akan naik selama langkah kompresi berlangsung.Beberapa derajat torak mencapai TMA bahan bakar mulai disemprotkan. Bahan bakar akansegera menuap dan bercampur dengan udara yang sudah bertemperatur tinggi.Oleh karena temperaturnya sudah melebihi temperatur penyalaan bahan bakar, bahan bakarakan terbakar sendiri dengan cepat. Waktu yang diperlukan antara saat bahan bakar mulaidisemprotkan dengan saat mulai terjadinya pembakaran dinamai periode persiapanpembakaran (1). Waktu persiapan pembakaran bergantung pada beberapa faktor, antara lainpada tekanan dan temperatur udara pada saat bahan bakar mulai disemprotkan, gerakan udaradan bahan bakar, jenis dan derajat pengabutan bahan bakar, serta perbandingan bahwan bakar udara lokal. Jumlah bahan bakar yang disemprotkan selama periode persiapan pembakarantidaklah merupakan faktor menentukan waktu persiapan pembakaran.Sesudah melampaui periode persiapan pembakaran, bahan bakar akan terbakar dengan cepat.Hal ini dapat dilihat dalam gambar sebagai garis lurus yang menanjak, karena prosespembakaran tersebut terjadi dalam suatu proses pengecilan volume (selama itu torak masihbergerak menuju TMA). Sampai torak bergerak kembali beberapa derajat sudut engkolsesudah TMA. Tekanannya masih bertambah besar tetapi laju kenaikan tekanannyaberkurang, hal ini disebabkan karena kenaikan tekanan yang seharusnya terjadi dikompensasi

71


oleh bertambah besarnya volume ruang bakar sebagai akibat bergeraknya torak dari TMA keTMB.Periode pembakaran, ketika terjadi kenaikan tekanan yang berlangsung dengan cepat (faristekanan yang curam dan lurus, garis BC dinamai periode pembakaran cepat (2). Periodepembakaran ketika masih terjadi kenaikan tekanan sampai melewati tekanan yang maksimumdalam tahap berikutnya, garis CD dinamai periode pembakaran terkendali (3).Dalam hal ini jumlah bahan bakar yang masuk ke dalam silinder sudah mulai berkurang,bahkan mungkin yang sudah berhenti.Selanjutnya dalam periode pembakaran lanjutan (4) terjadi proses penyempurnaanpembakaran dan pembakaran dari bahan yang sempat terbakar.Laju kenaikan tekanan yang terlalu tinggi tidaklah dikehendaki karena dapat menyebabkanbeberapa kerusakan. Maka haruslah diusahakan agar periode persiapan pembakaran terjadisesingkat-singkatnya sehingga belum terlalu banyak bahan bakar yang siap untukterbakarselama waktu persiapan pembakaran. Dipandang dari segi kekuatan mesin, disampinglaju kenaikan tekanan pembakaran itu, perlu efisiensi yang setinggi-tingginya, pada umumnyadiusahakan agar tekanan gas maksimum terjadi pada saat torak berada diantara 15 20 derajatsudut engkol sesudah TMA.Hal tersebut dapat dilaksanakan dengan jalan mengatur saat penyemprotan yang tepat. Untukmemperoleh proses pembakaran yang halus biasanya berlaku beberapa angka perbandinganantara kenaikan tekanan dan besarnya sudut engkol sebagai berikut :

Motor Diesel P kg/cm2

Derajatsudut engkol

Kecepatan rendah 2 3Kecepatan sedang 3 4Kecepatan tinggi 6 - 8

Saat penyemprotan bahan bakar yang optimum bergantung kepada cara pembentukancampuran serta kecepatan dan beban mesin yang bersangkutan. Untuk setiap mesin saat mesinpenyemprotan tersebut ditentukan berdasarkan hasil pengujian. Untuk motor diesel denganruang bakar saat penyemprotan yang optimum berkisar 18 derajat sudut engkol sebelumTMA. Sebenarnya tekanan maksimum juga ditentukan oleh laju kenaikan tekanan yangselama periode pembakaran cepat. Karena itu segenap usaha haruslah ditunjukkan untukpempersiapkan periode persiapan pembakaran, antara lain dengan cara sebagai berikut :1. Menggunakan perbandingan kompresi yang tinggi,2. Memperbesar tekanan dan temperature udara masuk,3. Memperbesar volume silinder sedemikian rupa sehingga dapat diperoleh perbandingan

luas dinding terhadap volume yang sekecil-kecilnya untuk mengurangi kerugian panas,4. Menyemprotkan bahan bakar pada saat yang tepat dan mengatur pemasukan jumlah bahan

bakar yang sesuai dengan kondisi pembakaran,5. Menggunakan jenis bahan bakar yang sebaik-baiknya,

72


6. Mengusahakan adanya gerakan udara yang turbulen untuk menyempurnakan prosespencampuran bahan bakar udara,

7. Menggunakan jumlah udara untuk memperbesar kemungkinan bertemunya bahan bakardengan oksigen dari udara.

73


Tujuan Pembelajaran Umum :Memahami Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTPB)

Tujuan Pembelajaran KhususDapat menjelaskan:1. Bagian-bagian PLTPB.2. Prinsip kerja PLTPB.3. Pemilihan Turbin Generator PLTPB.4. Perhitungan Daya Turbin Generator PLTPB.

7.1.Sumber Panas Bumi.Panas internal dari panas bumi merupakan sumber tenaga potensial sebagai pembangkitEnergi listrik. Tenaga panas yang berupa upa/gas ini dikeluarkan ke permukaan bumi melaluipemboran, ditampung pada boiler yang terbuat dari aluminium yang tahan terhadap korosiuap/gas.Negara yang pertama kali megembangkan geothermal power station adalah New Zaeland,dibangan di Wairakei sebesar 192 MW, oleh Mr. Versuvius. Geothermal Power Station, dibangun di daerah gunung aktif. Pada decade berikutnya Negara Jepang ikutmengembangkannya.

MODUL VIIPEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PANAS BUMI (PLTPB)

74


Gambar 7.1 Siklus Geothermal Power Station

7.2 Sistem Pembangkitan Energi Listrik Panas Bumi.

7.2.1 Energi Panas Bumi.

Energi panas bumi - uap bertekanan tinggi, kadangkala dengan air panas adalahsumber energi yang dihasilkan ketika air yang turun dari permukaan bumi bertemu denganmagma berkadar panas sangat tinggi dari perut bumi. Daerah sekitar gunung berapi biasanyapaling banyak menghasilkan energi panasbumi. Jika keadaannya tepat, yaitu terdapat batuanpenyekat di mana terdapat air dan uap, maka terjadilah reservoar seperti reservoar minyakbumi dan gas alam yang dapat diproduksi dengan membor sumur. Uap tersebut naik kepermukaan bumi dengan kekuatan yang sangat kuat ketika tekanan atmosfir berkurang danuap mengembang. Pengembangan uap tersebut akan menggerakan turbin, yang kemudianmenggerakan generator, yang kemudian menghasilkan tenaga listrik. Uap tersebut akandicairkan kembali dimenara pendingin cairan tersebut diinjeksikan kembali kedalam tanah dansiklus energinya akan berdaur ulang. Di Indonesia potensi sumber panas bumi sangatlahbesar, sehingga energi ini berperan sangat besar untuk dimanfaatkan ketika jumlah pasokan

75


minyak bumi sangat terbatas. Berikut dibawah ini perbandingan potensi sumber panas bumiyang berada di Indonesia.

Gambar 7.2. Potensi sumber panas bumi

Karena potensi sumber panas bumi di Indonesia sangat besar maka Indonesia dikenalsebagai negeri The Ring of Fire. Lebih dari 200 gunung berapi terdapat di sepanjang pulauSumatera, Jawa, Bali dan kepulauan bagian timur Indonesia. Dalam jaringan ini terdapatpotensi energi panas bumi dalam jumlah yang melimpah ruah sekitar lebih dari 20.000 MW.Jumlah ini setara dengan enam milyar barel minyak bumi, cukup besar untuk memenuhi 10%dari permintaan tenaga listrik nasional tahun-tahun mendatang. Kabupaten Garut tercatatmemiliki potensi sumber daya alam panas bumi Darajat dengan reserve energi panas bumisebesar 350 MW.

Tenaga panas bumi (geothermal energy) merupakan suatu jenis sumber alam yang dapatdimanfaatkan untuk pembangkitan tenaga listrik, seperti juga tenaga air, minyak bumi, gasalam, dan batu bara.Persyaratan yang harus dipenuhi oleh lokasi panas bumi adalah : Ada sumber panas bumi. Adanya konsentrasi magma dan rekahan-rekahan pada lapisan bumi. Cukup tersedianya air tanah di dekat konsentrasi magma agar tebentuk uap air panas. Ada batuan-batuan poreus (reservoir rock) yang dapat menyimpan cadangan air panas dan

air panas. Ada batuan penudung (cap rock) yang mampu menahan hilangnya tenaga panas bumi. Ada gejala tektonik dimana terbentuk rekahan-rekahan dilapisan bumi. Ada celah-celah kulit bumi yang memberi jalan keluar bagi uap dan air panas. Panas yang cukup untuk mendapatkan suhu yang diperlukan, panasnya harus mencapai

suhu tertentu diatas suhu 2000C.

76


Air atau uap yang dihasilkan relatip tidak terlalu korosif.Sedangkan untuk uapnya sendiri agar dapat dipergunakan sebagai sumber pembangkit

tenaga listrik, harus mempunyai persyaratan sebagai berikut : Uap harus kering dan tidak mengandung bintik-bintik kondensasi atau partikel-partikel

padat. Tidak mengandung partikel-partikel yang bersifat sangat korosif. Tekanan uap yang keluar harus tinggi sehingga dapat memutar turbin sesuai dengan

tekanan yang diperlukan.

7.2.2 ReservoirEnergi panas bumi adalah salah satu sumber daya alam yang berupa air panas atau uap

yang terbentuk melalui pemanasan secara alamiah. Beberapa hal yang diperhatikan dalampemilihan teknologi penggunaan energi panas bumi untuk di konversikan menjadi energilistrik antara lain adalah: suhu, kualitas uap, tekanan.

Keberadaan energi panas bumi ini ditandai dengan adanya beberapa anomali yangnampak dipermukaan bumi, dalam bentuk : sumber air panas, lumpur panas, kolam air panas,steaming-ground, dll. Energi panas yang dimiliki oleh uap/air panas pada dasarnya berasaldari magma yang ada dalam perut bumi. Magma yang mempunyai temperatur lebih dari 1200oC ini, mengalirkan energi panasnya secara konduksi pada lapisan batuan yang impermeable(tidak dapat mengalirkan air) berupa bed-rock. Diatas bed-rock ini terdapat lapisan batuanpermeable yang berfungsi sebagai lapisan aquifer (pembawa air). Selanjutnya air dalamlapisan aquifer, yang berasal dari air hujan yang masuk kedalam batuan permeable ini,mengambil energi panas dari bed-rock baik secara konveksi maupun secara konduksi. Kondisiini mengakibatkan naiknya suhu air dalam lapisan aquifer, yang memberikan kecenderunganuntuk bergerak naik ke permukaan bumi akibat adanya perbedaan berat jenis. Pada saat airpanas ini bergerak ke atas maka dengan sendirinya tekanan hidrostatisnya turun, sampai padasuatu kedalaman tertentu dimana tekanan ini lebih rendah dari tekanan uap pada temperaturpanas yang bersangkutan.

Dengan demikian air tersebut akan mengalami penguapan sehingga terbentuklahsistem vapor dominated reservoir, seperti yang ada di Kamojang & Darajat. Sistem reservoirini dimungkinkan karena diatas lapisan aquifer ini terdapat batuan impermeable yang dikenaldengan Cap-rock. Dari penelitian lebih lanjut menunjukan bahwa luas potensial dari arealKamojang adalah sekitar 21 km dengan kapasitas potensial hingga 300 MW.

77


Gambar 7.3 Struktur geologi daerah panas bumi

7.2.3 Prinsip Kerja PLTPProses pembangkitan tenaga listrik pada PLTP bersumber dari energi panas bumi yang

diambil dari sumur-sumur uap panas bumi. Uap yang dialirkan menuju turbin dari sumur-sumur uap melalui pipa-pipa transmisi dengan cara membuka katup produksi pada kepalasumur.

78


Gambar 7.4 Diagram Kerja PLTP

7.2.3.1 Sistem Pengolahan Uap AwalSteam yang keluar dari sumur produksi mengandung silika dan zat padat lain, yang

dapat menempel pada nozel tingkat pertama dari turbin, sehingga dapat menyebabkanpenyempitan dan penurunan flow uap serta peningkatan tekanan pada steam chest. Untukmencegah hal ini maka pada sistem aliran uap dilengkapi dengan drain pot dan separator,yang keduanya berfungsi untuk menurunkan kadar silika dan zat padat yang terbawa dalamaliran uap. Bentuk dari drain pot adalah berupa silinder yang dipasang pada dasar pipa uapberfungsi untuk menjebak air yang mengalami kondensasi di sepanjang pipa, dimana padasaat kondensasi berlangsung sebagian dari silika dan zat padat yang ada pada aliran uap akanterbawa dan kemudian akan dikeluarkan melalui steam trap.

79


Separator berupa silinder tegak dimana pipa masukannya steam dirancang sedemikianrupa sehingga membentuk arah aliran centrifugal. Akibat adanya perbedaan berat jenis dangaya centrifugal tersebut, maka kondensat dan zat padat yang ada pada aliran uap akan jatuhkebawah sedangkan uap yang lebih bersih akan keluar melalui bagian atas dari separator.Peralatan pre treatment steam yang lain adalah demister. Didalam demister terdapat sebuahsaringan yang berfungsi untu

Buku Ajar Pembangkitan Listrik 2010.Rev1doc

Documents

Transcript of Buku Ajar Pembangkitan Listrik 2010.Rev1doc