PENGOPERASIAN PLTGU

1. PRINSIP KERJA DAN SIKLUS PLTGU

PLTGU merupakan suatu instalasi peralatan yang berfungsi untuk mengubah

energi panas (hasil pembakaran bahan bakar dan udara) menjadi energi listrik

yang bermanfaat. Pada dasarnya, sistem PLTGU ini merupakan penggabungan

antara PLTG dan PLTU. PLTU memanfaatkan energi panas dan uap dari gas

buang hasil pembakaran di PLTG untuk memanaskan air di HRSG (Heat

Recovery Steam Genarator), sehingga menjadi uap jenuh kering. Uap jenuh

kering inilah yang akan digunakan untuk memutar sudu. Gas yang dihasilkan

dalam ruang bakar pada PLTG akan menggerakkan turbin dan kemudian

generator, yang akan mengubahnya menjadi energi listrik.

a. Siklus PLTG

PLTG adalah suatu pembangkit listrik yang memanfaatkan gas sebagai fluida

kerja. Di dalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik

berupa putaran yang menggerakkan turbin sehingga menghasilkan daya.

Gambar 1. Skema PLTG

Proses yang terjadi pada PLTG adalah sebagai berikut :

1) Pertama, turbin gas berfungsi menghasilkan energi mekanik untuk

memutar kompresor dan rotor generator yang terpasang satu poros , tetapi

pada saat start up fungsi ini terlebih dahulu dijalankan oleh penggerak mula

1

(prime mover). Penggerak mula ini dapat berupa diesel, motor listrik atau

generator turbin gas itu sendiri yang menjadi motor melalui mekanisme SFC

(Static frequency Converter). Setelah kompresor berputar secara kontinu,

maka udara luar terhisap hingga dihasilkan udara bertekanan pada sisi

discharge (tekan) kemudian masuk ke ruang bakar.

2) Kedua, proses selanjutnya pada ruang bakar, jika start up menggunakan

bahan bakar cair (fuel oil) maka terjadi proses pengkabutan (atomizing)

setelah itu terjadi proses pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang

kemudian dihasilkan api dan gas panas bertekanan. Gas panas tersebut

dialirkan ke turbin sehingga turbin dapat menghasilkan tenaga mekanik

berupa putaran. Selanjutnya gas panas dibuang ke atmosfir dengan

temperatur yang masih tinggi.

3) Siklus seperti gambar diatas terdapat empat langkah:

4) Langkah 1-2: Udara luar dihisap dan ditekan di dalam kompresor,

menghasilkan udara bertekanan (langkah kompresi)

5) Langkah 2-3: Udara bertekanan dari kompresor dicampur dengan bahan

bakar, terjadi reaksi pembakaran yang menghasilkan gas panas (langkah

pemberian panas)

6) Langkah 3-4: Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk memutar turbin

(langkah ekspansi)

7) Langkah 4-1: Gas panas dari turbin dibuang ke udara luar (langkah

pembuangan).

b. Siklus Kombinasi (Combined Cycle)

PLTGU merupakan gabungan dari PLTU dan PLTG, dimana pada PLTGU

ini menggabungkan dua prinsip dasar PLTU dan PLTG, yaitu siklus Brayton

(Untuk Turbin Gas) dan siklus Rankine (Untuk Turbin Uap). Siklus gabungan ini

disebut sebagai Combined Cycle. Berikut ini diagram T-s dari Siklus Kombinasi.

2

Gambar 2. T-s Diagram untuk Siklus Kombinasi

Gambar 3. Combined Cycle

Secara sederhana, proses produksi listrik dengan Combined Cycle adalah

sebagai berikut ;

1) Mula – mula, motor sebagai penggerak pemula (prime over) memutar

kompresor, sehingga kompresor menghasilkan udara bertekanan dan

bertemperatur tinggi.

2) Sampai pada putaran turbin 500 rpm, Motor penggerak mula akan lepas, dan

penggerak generator sepenuhmya dijalankan oleh turbin gas. Kemudian,

ketika mencapai putaran 750 rpm, Purging dimulai selama 300 detik ,

3

selanjutnya jalur bahan bakar dan jalur udara bertekanan akan ON, sehingga

proses pembakaran siap dimulai.

3) Setelah tercapai tekanan dan temperatur udara yang ditentukan pada

kompresor, udara tersebut dialirkan ke ruang bakar untuk selanjutnya

dilakukan proses pengabutan bersamaan dengan bahan bakar. Setelah proses

ini maka terbentuk gas panas bertekanan dan bertemperatur tinggi.

4) Gas panas bertekanan tinggi tersebut diekspansikan ke turbin gas, sehingga

dapat memutar turbin gas. Karena dikopel bersama generator, maka generator

akan menghasikan listrik.

5) Sampai pada putaran turbin 500 rpm, Motor penggerak mula akan lepas, dan

penggerak generator sepenuhmya dijalankan oleh turbin gas. Sementara itu,

gas sisa yang telah digunakan untuk memutar turbin gas tidak dibuang ke

atmosfer melalui Bypass Stack.

6) Untuk mengoperasikan unit Steam Turbinnya, maka gas sisa pemutar turbin

gas yang masih memiliki tekanan dan temperatur tinggi tersebut tidak

dibuang ke Bypass Stack, melainkan dialirkan melalui unit HRSG (Heat

Recovery Steam Generator) untuk memanaskan air umpan.

7) Air umpan yang dipompakan oleh Boiler Feed Pump masuk ke HRSG untuk

dipanaskan, berturut-turut adalah pada bagian economizer, evaporator, dan

Superheater.

8) Keluaran dari Superheater akan menghasilkan uap panas lanjut, yang

selanjutnya akan digunakan untuk proses ekspansi pada HP Turbine. Uap

yang telah digunakan untuk memutar HP turbine dikembalikan ke Reheater ,

guna mendapatkan pemanasan ulang.

9) Dari Reheater, uap panas selanjutnya dialirkan untuk proses ekspansi di IP

Turbine. Uap keluaran dari IP Turbin selanjutnya dialirkan ke sudu-sudu LP

Turbine, sehingga ketiga turbin berputar. Karena generator dikopel bersama

dengan ketiga turbin tersebut, maka ketika ketiga turbin berputar, generator

akan berputar sehingga menghasilkan energi listrik yang selanjutnya

ditransmisikan ke jaringan.

10) Uap keluaran dari LP Turbine selanjutnya dikondensasikan di Kondeser

untuk diubah menjadi air untuk disirkulasikan kembali sebagai air pengisi.

4

2. KOMPONEN UTAMA PLTGU

PLTGU yang merupakan siklus kombinasi mempunyai komponen

utama yang terdiri dari :

a. PLTG (Turbin Gas dan alat bantunya serta generator)

b. HRSG dan alat bantunya

c. Turbin uap dan alat bantunya serta generator

a. Komponen Utama PLTG

Berikut ini adalah komponen – komponen pada Gas Turbine

1.) Prime Over, atau starting motor atau pemnggerak mula yaitu motor yang

digunakan untuk kebutuhan Start Up PLTG saat akan pertama kali

menghidupkan kompresor.

2.) Intake Air Filter, berfungsi sebagai penyaring udara sebelum udara

masuk ke kompresor untuk dikompresi.

3.) Inlet Guide Vane, berfungsi sebagai flow controller yang menentukan

jumlah udara yang akan dikompresikan di kompresor.

4.) Compressor, yaitu komponen yang bertugas mengkompresi udara yang

telah disaring oleh Inlet Air Filter , sehingga dari kompresor

menghaislkan udara bertekanan dan bertemperatur tinggi serta

berkecepatan tinggi sehingga menghasilkan output turbin yang besar.

Bagian utama kompresor ada dua, yaitu Rotor dan Stator.

a) Pada Rotor, rotor kompresor memiliki 17 tingkatan sudu sehingga

mampu menaikkan tekanan udara dari 1 atm menjadi 17 kalinya.

b) Sedangkan pada Stator, terdiri dari komponen sebagai berikut ;

Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan

udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet

guide vane.

Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya

terdapat empat stage kompresor blade.

Aft Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat

compressor blade tingkat 5-10.

5

Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi

sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi. Pada

bagian ini terdapat compressor blade tingkat 11 sampai 17.

5.) Ruang Bakar/Combustor,merupakan tempat berlangsung proses

pembakaran sehingga menghasilkan gas panas bertemperatur tinggi.

Komponen Ruang Bakar terdiri dari ;

a.) Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya

pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan

bakar yang masuk.

b.) Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber,

berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.

c.) Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke

dalam combustion liner.

d.) Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke

dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan

udara dapat terbakar.

e.) Transition pieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk

aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu

turbin gas.

f.) Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua

combustion chamber.

g.) Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi

proses pembakaran terjadi.

6.) Turbin Gas, berfungsi mengekspansikan gas panas yang terbentuk pada

ruang bakar. Pada Turbin Gas terpasang dua sudu, yaitu Sudu Tetap dan

Sudu Jalan.

a.) Sudu tetap pada Turbin Gas berbentuk diaphragma (Blade Ring).

Setiap diaphragma terdiri dari vane segment dan ring segment.

Fixed Blades (Vanes) akan dialiri oleh gas panas hasil pembakaran

yang bertemperatur tinggi oleh karenanya perlu mendapat

pendinginan.

6

b.) Rotor Turbin dan rotor kompresor dibaut menjadi satu. Setelah

kedua rotor ini dipasangi Sudu Jalan (Moving Blades) akan

terbentuklah satu unit rotor lengkap. Moving Blades dipasang pada

disc membentuk satu lingkaran penuh. Blades tingkat pertama dan

tingkat kedua umumnya dibuat dari baja paduan tahan panas yang

dicor, sedangkan blades tingkat selanjutnya dibuat dari baja paduan

tahan panas yang ditempa.

Gambar 5. Combustion Chamber dan Turbin Gas

7.) Bypass Stack, yaitu sebagai saluran yang digunakan untuk membuang

gas sisa yang digunakan untuk memutar turbin gas menuju atmosfer.

8.) Saluran Udara Pendingin

Rotor dan stator turbin (moving blades dan fixed blades) harus

didinginkan untuk menghindari kerusakan karena komponen ini bekerja

dengan temperatur gas yang tinggi. Udara pendingin diperoleh dari

kompresor aksial.

9.) Bantalan (Bearing), Rotor turbin dan rotor kompresor ditopang oleh dua

Bantalan Journal (Journal Bearing) dan satu Bantalan Aksial (Thrust

Bearing).

10.) Auxiliary Gear

Roda gigi yang menghubungkan poros Turbin Gas terhadap Starting

Device, atau terhadap peralatan bantu seperti pompa Bahan Bakar dan

Pompa Minyak Pelumas.

11.) Lube Oil System , berfungsi sebagai pelumas pada bearing-bearing.

7

b. HRSG (Heat Recovery Steam Generator)

HRSG (Heat Recovery Steam Generator) adalah ketel uap atau boiler yang

memanfaatkan enerji panas sisa gas buang suatu unit turbin gas untuk

memanaskan air dan mengubahnya menjadi uap, dan kemudian uap tersebut

dipergunakan untuk menggerakkan turbin uap. Proses perpindahan / penyerapan

panas yang terjadi hanyalah proses konveksi dari gas buang turbin gas ke

dalam air dan/atau uap melalui elemen - elemen pemanas di dalam ruang

boiler HRSG. Boiler HRSG sangat bermanfaat untuk meningkatkan efisiensi

bahan bakar yang dipakai pada unit turbin gas, selanjutnya menggerakkan

unit turbin uap. Sistem pembangkit listrik yang memanfaatkan proses ini disebut

Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) atau unit pembangkit siklus

kombinasi CCPP (Combined Cycle Power Plant). Kapasitas produksi uap

yang dapat dihasilkan HRSG tergantung pada kapasitas energi panas yang

masih dikandung gas buang dari unit turbin gas, yang berarti tergantung pada

beban unit turbin gas. Pada dasarnya, turbin gas yang beroperasi pada putaran

tetap, aliran udara masuk kompresor juga tetap, perubahan beban turbin

dipengaruhi oleh aliran bahan bakar, sehingga suhu gas buang juga berubah -

ubah mengikuti berubahan beban turbin gas.

Suhu gas buang unit turbin gas tetap konstan diperoleh dengan cara mengatur

pembukaan sirip-sirip pengarah aliran udara masuk (IGV Inlet Guide Vane) guna

mengatur laju aliran udara masuk ke kompresor, dimana suhu gas buang sebagai

umpan baliknya. Sebagian boiler HRSG dapat dilengkapi dengan pembakaran

tambahan untuk meningkatkan kapasitas produksi uapnya, dan sebagian uap

produksinya dapat digunakan untuk keperluan pemanasan aplikasi lainnya

(cogeneration). Dengan pembakaran tambahan ini, kestabilan produksi uap HRSG

dapat dipertahankan, sehingga kestabilan beban turbin uap yang menggunakan

uap ini dapat dijaga, walaupun beban turbin gas berubah-ubah; dan juga suhu gas

buang turbin gas (aliran udara masuk kompresor) tidak harus dijaga tetap

kontan (tidak diharuskan pengaturan IGV Inlet Guide Vane).

8

c. Steam Turbine

Steam Turbin Generator merupakan pembangkit listrik dengan

memanfaatkan tenaga uap untuk memutar turbin uap. Pada dasarnya turbin uap

terdiri dari dua bagian yaitu rotor dan stator. Pada rotor terdapat banya blade

(sudu) yang akan digerakan oleh uap bertekanan tinggi yang disemprotkan

melalui nozzle. Turbin yang bergerak akan menghasilkan listrik melaui generator.

Gambar 8. Batasan Steam Turbine Generator (Garis Merah)

Penggunaan sistem combined cycle ini lebih efesien dan mampu

menghasilkan daya yang lebih besar dengan cost yang rendah.

Pada saat uap tersebut akan menjalani proses combined cycle, maka katup

cerobong/  stack tersebut perlahan ditutup, sehingga gas tersebut masuk ke HRSG

dengan perlahan. Lama kelamaan, gas tersebut masuk semuanya ke HRSG.

Di dalam HRSG terjadi pemanasan air umpan. Air umpan yang dipompakan oleh

BFP menuju economizer, separator lalu ke superheater sehingga terbentuk uap

superheat. Uap yang dihasilkan dari proses pembakaran tersebut masuk ke katup

uap utama dan dapat digunakan untuk memutar turbin. Kemudian terjadi energi

mekanik, dari pergerakan  itulah, dapat menggerakkan generator yang akhirnya

menghasilkan energi listrik. Kemudian energi listrik tersebut dialirkan ke trafo

utama untuk dinaikkan tegangannya sebelum dilanjutkan ke system

transmisi/Saluran Tegangan Tinggi.

9

Untuk uap residu yang dihasilkan dari turbin, akan masuk ke dalam

kondensor. 

Disanalah terjadi proses pendinginan, yang nantinya akan menghasilkan air

kondensat. 

Proses pendinginan ini dibantu oleh air laut yang dipompa oleh Circulaing Water

ump.

Kemudian, air laut tersebut masuk ke dalam kondensor. Air yang dihasilkan

sebagian 

ada yang dipompakan oleh Condensor Pump menuju Daerator (untuk proses 

pemanasan kembali), kemudian di pompa kembali oleh Feed Water Pump

kemudian 

masuk ke dalam burner yang nantinya akan menghasilkan uap kembali, dan uap

tersebut  digunakan kembali untuk memutar kembali untuk memutar turbin, dan

akhirnya generator akan menghasilkan energi listrik tersebut.

3. Konfigurasi PLTGU

Ditinjau dari konfigurasi jumlah turbin gas dan Heat Recovery Steam Generator

(HRSG) dan turbin uapnya, suatu PLTGU dapat di susun dengan beberapa

konfigurasi, tetapi umumnya dibedakan menjadi 3, yaitu :

a. Konfigurasi 1-1-1

Konfigurasi ini merupakan PLTGU yang paling sederhana karena hanya

terdiri dari 1turbin gas (GT), 1 HRSG dan 1 turbin uap (ST). Pada sebagian

PLTGU ini bahkan generatornya hanya satu sehingga turbin gas, turbin uap

dan generator merupakan mesin satu poros (single shaft combined cycle).

Posisi generator dapat berada diantara turbin gas dan turbin uap atau turbin

uap diatara turbin gas dan generator. Kelebihan susunan PLTGU 1–1–1

antara lain adalah mampu memenuhi kebutuhan permintaan daya secara

cepat dan ekonomis, konsumsi air dan bahan bakarnya rendah serta konsumsi

listrik pemakaian sendiri(works power) juga rendah.

b. Konfigurasi 2-1-1

PLTGU dengan susunan 2–2–1 lebih fleksibel dalam pengoperasian

maupun pemeliharaan dibanding susunan 1–1–1. Dengan susunan 2–2–1,

10

apabila satu turbin gas terganggu, maka turbin gas yang lain tetap dapat

beroperasi dalam siklus kombinasi. Sedangkan bila HRSG nya yang

terganggu, maka turbin gas dapat beroperasi dalam mode siklus terbuka

(open cycle).

c. Konfigurasi 3-3-1

Konfigurasi 3–3–1 merupakan konfigurasi yang menghasilkan output daya

paling besar dengan variasi operasi paling banyak.

11