PENGOPERASIAN PLTGU1. PRINSIP KERJA DAN SIKLUS PLTGUPLTGU 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 PLTGPLTG 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 PLTGProses 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 (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.

Gambar 2. T-s Diagram untuk Siklus Kombinasi

Gambar 3. Combined CycleSecara 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 , 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.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 generatora. Komponen Utama PLTGBerikut ini adalah komponen komponen pada Gas Turbine1.) 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. 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. 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 Gas7.) 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 GearRoda 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.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).

c. Steam TurbineSteam Turbin Generatormerupakan 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 banyablade (sudu) yang akan digerakan oleh uap bertekanan tinggi yang disemprotkan melaluinozzle.Turbin yang bergerak akan menghasilkan listrik melaui generator.

Gambar 8. Batasan Steam Turbine Generator (Garis Merah)

Penggunaan sistemcombined cycleini lebih efesien dan mampu menghasilkan daya yang lebih besar dengan costyang rendah. Pada saat uap tersebut akan menjalani proses combined cycle, maka katup cerobong/ stack tersebut perlahan ditutup, sehingga gas tersebut masuk ke HRSG denganperlahan. 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 yangdihasilkan 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 tegangannyasebelum dilanjutkan ke system transmisi/Saluran Tegangan Tinggi.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 sebagianada yang dipompakan oleh Condensor Pump menuju Daerator (untuk prosespemanasan kembali), kemudian di pompa kembali oleh Feed Water Pump kemudianmasuk ke dalam burner yang nantinya akan menghasilkan uap kembali, dan uap tersebut digunakan kembali untuk memutar kembali untuk memutar turbin, dan akhirnya generatorakan menghasilkan energi listrik tersebut.3. Konfigurasi PLTGUDitinjau 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 111 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 2-1-1PLTGU dengan susunan 221 lebih fleksibel dalam pengoperasian maupun pemeliharaan dibanding susunan 111. Dengan susunan 221, 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 3-3-1Konfigurasi 331 merupakan konfigurasi yang menghasilkan output daya paling besar dengan variasi operasi paling banyak.5