Bab dan IV dan editing
BAB IV
KONSEP TEORI DAN PENERAPAN
4.1.
Tinjauan Pustaka
Pusat listrik tenaga gas dan uap (PLTGU) atau dikenal juga dengan Combine
Cycle Power Plant (Pusat Listrik dengan Siklus Gabungan) ada merupakan gabungan
antara PLTG dan PLTU. Gas panas keluar turbin gas yang suhunya relatif tinggi,
(500o C) digunakan untuk memnaskan ait dan memproduksi uap yang kemudian
digunakan untuk mendorong sudu-sudu turbin generator untuk menghasilkan listrik.
Dengan demikian diperoleh effisien gabungan yang lebih tinggi dibandingkan
effisiensi masing-masing PLTU maupun PLTG.
Proses pemanasan air dan pembentukan uap terjadi di Heat Recovery Steam
Generator (HRSG) yang berfungsi menggantikan boiler seperti pada PLTU. HRSG
sebagai penukar kalor, akan memindahkan panas yang terkandung dalam gas bekas
ke air dan uap. Karena sebagai penukar kalor, HRSG harus memiliki luasan yang
besar untuk menangkap sebagian besar panas. Untuk memenuhi tujuan tersebut,
konstruksi HRSG terdiri dari pipa-pipa yang dilengkapi sirip diseluruh luasannya.
Gambar 4.1 Unit combined cycle PLTGU.
Didalam PLTGU berlangsung dua siklus sekaligus, yaitu siklus udara dan gas
panas yang berlangsung didalam turbin gas dan siklus air dan uap yang berlaku untuk
turbin uap. Siklus udara dan gas panas dikenal sebagai siklus Brayton yang terjadi
pada proses gas turbin generator (GTG) dan siklus air - uap dikenal sebagai siklus
Rankine yang terjadi pada proses steam turbin generator (STG).
4.1.1. Siklus Udara Dan Gas Panas (Siklus Brayton)
Secara ideal prinsip kerja pada turbin gas mengikuti siklus Brayton.
Dimana dapat diketahui dari diagram bahwa:
Gambar 4.2 Siklus Brayton dalam diagram p-v dan t-s.
1 – 2 : Udara luar dihisap dan ditekan di dalam kompresor, menghasilkan udara
bertekanan (langkah kompresi)
2– 3: Udara bertekanan dari kompresor dicampur dengan bahan bakar, terjadi
reaksi pembakaran yang menghasilkan gas panas (langkah pemberian
panas)
3– 4 : Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk memutar turbin
(langkahekspansi)
4 – 1 : Pembuangan panas pada tekanan tetap.
Udara atmosfer dihisap masuk ke dalam kompresor dan dinaikkan
tekanannya. Selanjutnya udara tersebut 95% mengalir ke dalam ruang bakar dan
sisanya digunakan untuk mendinginkan sudu turbin. Kemudian di dalam ruang
bakar (combustor), terjadi penambahan panas pada tekanan konstan. Udara yang
masuk ke dalam combustor dibagi menjadi dua, 30% disebut sebagai udara
primer yang digunakan untuk proses pembakaran dan sebagian lagi, 15%
digunakan sebagai pencampur dan penurunan suhu nyala api. Sehingga nyala api
tidak membakar sudu turbin. Disebabkan oleh pemanasan yang terjadi di ruang
bakar, maka udara dari kompresor memulai atau berekspansi. Sehingga
menghasilkan kecepatan yang tinggi dan mampu mendorong sudu turbin gas.
Tenaga mekanik yang dihasilkan sebagian besar digunakan untuk memutar
kompresor dan sisanya digunakan untuk menghasilkan listrik. Lalu gas panas
keluar turbin dibuang kembali ke atmosfer.
4.1.1. Siklus Air – Uap (Siklus Rankine)
Gambar 4.3 Siklus Rankine dalam diagram p-v dan t-s.
Secara ideal prinsip kerja pada HRSG mengikuti Rankine. Dimana dari
diagram bahwa:
3–4: Proses pemompaan air masuk ke dalam boiler (HRSG). Disini tekanan
bertambah tinggi dan suhu sedikit naik.
4–1: Proses pemberian kalor dengan tekanan konstan, menjadikan air menjadi uap
panas lanjut. Volume, suhu dan entropi bertambah tinggi.
1–2: Proses ekspansi isentropis/adiabatis uap di dalam turbin. Disini volume uap
bertambah besar, tekanan menurun, suhu menurun dan entropi konstan.
2–3: Proses pengembunan uap keluar turbin menjadi air kembali didalam
kondensor pada tekanan yang konstan
Jika pada PLTU menggunakan bahan bakar untuk menghasilkan panas
pada siklus rankine, lain halnya pada PLTGU yang menggunakan prinsip rankine,
merubah boiler yang biasa di PLTU menjadi HRSG. Kemudian memanfaatkan
gas sisa keluar turbin yang suhunya relatif tinggi. Gas sisa ini digunakan untuk
memanaskan air di dalam HRSG. Proses penyerapan
panasini menyebabkan air
berubah fasa menjadi uap secara bertahap, lalu berekspansi mendorong sudusudu turbin uap. Kemudian uap keluar
turbin dikondensasi sehingga menjadi air
kondensat.
4.1.3 Siklus Gabungan (Combine Cycle)
Didalam PLTGU berlangsung dua siklus sekaligus, yaitu siklus udara dan
gas panas yang berlangsung didalam turbin gas dan siklus air dan uap yang
berlaku untuk turbin uap. Siklus udara dan gas panas dikenal sebagai siklus
Brayton dan siklus air - uap dikenal sebagai siklus Rankine. Gabungan antara
keduanya disebut sebagai Siklus Gabungan ( Combined Cycle ) dan digambarkan
dengan diagram T-S seperti terlihat pada gambar 4.4.
Gambar 4.4 Siklus kombinasi dalam digram T-S. Tekanan uap tunggal (kiri),
dengan tekanan uap ganda (kanan).
Secara umum, dapat diketahui dari diagram bahwa:
1 – 2: Proses kompresi isentropis yang terjadi di kompresor.
2 – 3: Penambahan panas pada ruang bakar.
3 – 4: Ekspansi terjadi pada turbin gas.
4 – 1: Proses pembuangan gas bekas yang dimanfaatkan untuk memanaskan
air di HRSG.
1’ – 2’: Proses pemompaan air pengisi.
2’ – 3’: Proses pemanasan air hingga mencapai titik didih pada ekonomiser.
3’ – 4’: Air mendidih dipanaskan sehingga menjadi uap kenyang di
evaporator.
4’ – 5’: Proses pemanasan lanjut pada superheater.
5’ – 6’: Proses ekspansi pada turbin uap.
6’ – 1’: Proses pengembunan di kondensor.
Gambar 4.4 (kiri) menunjukkan sebuah siklus gabungan dengan tekanan
uap tunggal. Besarnya panas yang diberikan oleh pembakaran bahan bakar adalah
sesuai luas 1”- 2-3-6”-1 dan panas keluar turbin gas sesuai luas 1”-1-4-6”-1, dan
kerja yang diperoleh didalam turbin gas adalah sesuai luas 1-2-3-4-1. Panas yang
keluar turbin gas, dimanfaatkan untuk pemanasan air dan
pembentukan uap,
dan besarnya panas yang bisa diserap oleh air dan uap adalah
sesuai luas 1”-2’-
3’-4’-5’-6”-1”. Panas yang dibuang didalam siklus air uap adalah sebesar luas 1” 1’– 6’- 6”–1”, sehingga besarnya kerja yang diperoleh didalam siklus
air
uap
adalah sebesar luas 1’-2’-3’-4’-5’-6’-1’.
Dari gambar 4.4 terlihat bahwa tidak semua panas yang dilepas turbin gas
dapat diserap oleh air dan uap didalam HRSG, karena sifat alami air dan uap itu
sendiri. Panas yang tidak bisa diserap tersebut adalah sebesar luasan 3’-4-5’-4’3’.Untuk memperkecil jumlah panas yang tidak bisa diserap tersebut, maka siklus
air uap dibuat menjadi dua tingkat tekanan yaitu tingkat rendah dan tingkat tinggi
sebagaimana ditunjukkan didalam gambar 4.4 (kanan). Untuk lebih memperkecil
lagi besarnya panas yang tidak bisa diserap, maka tingkat tekanan air dan
uap dibuat lebih dari dua tingkat atau disebut juga sebagai multiple pressure.
Dengan gambar 4.4 ini nampak jelas bahwa siklus gabungan yang berlaku bagi
sebuah PLTGU mempunyai effisiensi yang lebih baik dibanding PLTG maupun
PLTU.
4.1.4. Keuntungan Dan Kerugian PLTGU
Dibandingkan jenis pembangkit lain, PLTGU memiliki beberapa
keuntungan, yaitu:
1. Effisiensi lebih baik dari jenis pembangkit yang lain. Dibandingkan
PLTU yang mempunyai effisiensi 40% dan PLTG 30%, PLTGU
memiliki effisiensi sampai 60%.
2. Biaya investasi lebih murah.
3. Masa pembangunan relatif pendek. Dibandingkan PLTU dan
PLTA.
4. Lebih mudah mengikuti fluktuasi beban. Dibantingkan dnegan
PLTU batubara yang pembakaran bahan bakarnya lambat dan
PLTN yang dikhususkan untuk beban dasar.
5. Tidak memakan banyak tempat. Untuk pasitas yang sama, PLTGU
memerlukan lahan yang lebih sedikit dibandingkan PLTU.
4.1.5. Kerugian PLTGU
Namun dibalik keutnungannya, PLTGU juga memiliki beberapa
kerugian, yaitu:
1. Jenis bahan bakar terbatas pada jenis bahan bakar gas dan cair saja
yang harganya relatif lebih mahal.
2. Bahan bakar cair memerlukan treatment terlebih dahulu untuk
menghindari korosi suhu tinggi pada bagian turbin gasnya.
3. Umur turbin gas dan HRSG lebih pendek dibandingkan PLTU.
4.2.
Penerapan Kerangka Teori
Pembangkit listrik adalah bagian dari alat industri yang dipakai untuk
memproduksi dan membangkitkan tenaga listrik dari berbagai sumber tenaga,
seperti PLTG, PLTU, PLTGU, PLTN, PLTA, PLTS, dan lain-lain.
Bagian utama dari pembangkit listrik ini sebenarnya adalah generator, yakni
mesin berputar yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dengan
menggunakan prinsip medan magnet dan penghantar listrik. Mesin generator ini
diaktifkan dengan menggunakan berbagai sumber energi yang sangat bemanfaat
dalam suatu pembangkit listrik. Namun, sebelum menuju ke generator masih banyak
proses harus dilalui. Generator dapat bergerak karena ada energi gerak yang
ditransfer (dipindahkan) dari mesin penggerak seperti turbin gas dan turbin uap.
Kemudian ada mesin lagi yang membantu agar tubin tersebut bisa bergerak. Ini
adalah sebuah siklus dan instalasi yang terbentuk satu kesatuan tugas agar dapat
menghasilkan energi yang diinginkan. Seperti yang ada pada pembangkit listrik
tenaga gas dan uap (PLTGU) Keramasan.
Dibawah ini, penulis menjelaskan secara rinci tentang pengamatan yang
didapatkan selama melakukan kerja magang di PT PLN (Persero) Sektor
Pembangkitan Keramasan Pusat Listrik Keramasan.
4.2.1. Komponen Utama PLTGU
PLTGU yang merupakan siklus kombinasi mempunyai komponen utama
yang terdiri dari :
1. Gas Turbine (GT)
2. Heat Recovery Steam Generator (HRSG)
3. Steam Turbine (ST)
4. Generator
PLTG akan digunakan dalam siklus kombinasi, maka panas gas buang
harus mempunyai suhu sekitar 500
0
C agar dapat dimanfaatkan untuk
menguapkan air didalam “Heat Recovery Steam Generator”. Kemudian air tadi
berubah menjadi uap jenuh dan digunakan untuk memutar sudu-sudu turbin uap.
Setelah itu turbin uap akan menggerakkan generator agar dapat menghasilkan
listrik.
4.2.1.1. Gas turbin (GT)
Gas turbin atau sebutan untuk PLTG merupakan salah satu komponen
yang sangat penting pada PLTGU Keramasan. Hal ini didasari dengan adanya
siklus gabungan dari PLTGU ini. PLTGU ini tidak menggunakan damper atau
bisa disebut pintu penghubung siklus antara PLTG dan PLTU. Apabila GTG
bermasalah maka STG otomatis berenti juga dan begitu sebaliknya.
prinsip kerja dari sistem turbin gas yaitu udara masuk kedalam
kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk
menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara
juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar.
Di
dalam
ruang
bakar
dilakukan
proses
pembakaran
dengan
cara
mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut
berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang
bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut
dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan
aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas
tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban
lainnya seperti generator listrik.
Gambar 4.5 Skema turbin gas.
Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu
kompresor, ruang bakar dan turbin gas. Semua terhubung dalam satu instalasi
turbin gas dimana terdapat fungsi yang tidak dapat dipisahkan.
Spesikasi Turbin Gas:
o
Manufacture
: Hitachi
o
Type
: Single Sharf
o
Power Output
: 27.920 KW
o
Compressor Inlet Air Pressure Drop
: 10hPa
o
Turbine Exhaust Gas Pressure Drop
: 34,9hPa
o
Turbine Exhaust Gas Temperature
: 568oC
o
Compressor
: 17 Stage Axial Type.
o
Turbine
: 3 Stage
o
Sharf Speed
: 7.258 rpm
4.2.1.1.1. Kompressor
Gambar 4.6 Kompresor Axial 17 tingkat.
Di unit PLTGU Keramasan, digunakan kompresor jenis Axial. Pada
kompresor jenis ini, arah aliran sejajar sumbu poros. Kompresor jenis ini
banyak digunakan untuk turbin gas berkapasitas relatif besar. Karena udara
mengalir sejajar poros, menyebabkan udara yang masuk terlempar ke
belakang. Keceparan gerak sudu mengakibatkan aliran udara bertambah
tinggi, atau dengan kata lain mempunyai tekanan dinamis yang lebih tinggi.
Tekanan yang dihasilkan kompresor axial tergantung pada jumlah tingkat dan
kecepatan putar rotor.
4.2.1.2. Ruang Bakar (Combustor)
Gambar 4.7 Ruang bakar.
Ruang bakar (Combustion Chamber) adalah ruang pembakaran sebuah
turbin gas dimana bahan bakar mengalami proses sebagai berikut:
Pencampuran dengan udara sehingga membentuk campuran mudah
terbakar.
Penyalaan.
Pebentukan nyala api.
Pendinginan nyala api dengan udara.
Turbin gas umumnya mempunyai combustion chamber yang terdiri
dari banyak combustion basket (liner) yang dipasang melingkari compressor
discharge. Volume gas panas produksi combustion chamber jumlahnya besar
karena proses pembakaran nya memberikan excess air yang tinggi hingga
mencapai sekitar 350 %.
4.2.1.1.3. Turbin
Gambar 4.8 Turbin.
Proses transformasi energi panas menjadi energi mekanik terjadi di
dalam turbin. Turbin bisa berupa jenis turbin impuls atau turbin reaksi
tergantung dari pertimbangan pabrik pembuat, dengan jumlah tingkat antara 1
sampai 5. PLTGU Keramasan menggunakan turbin gas H-25 Ax merk Hitachi
yang terdiri dari 3 tingkat.
4.2.1.1. Heat Recovery Steam Generator (HRSG)
HRSG berfungsi untuk memanaskan air dengan menggunakan panas gas
buang dari turbin gas sehingga dihasilkan uap dengan tekanan dan temperature
tertentu yang konstan.
Gambar 4.9 Heat recovery steam generator PLTGU Keramasan.
HRSG merupakan penghubung antara PLTG (siklus Brayton) dengan PLTU
(siklus Rankine). Ditinjau dari sumber panasnya, HRSG dibagi menjadi dua,
yaitu unfired dan fired (auxiliary burner atau supplementary burner). HRSG
Unfired adalah HRSG yang seluruh sumber panasnya diperoleh dari gas buang
(exhaust gas) turbin gas. Sedangkan HRSG supplementary burner adalah HRSG
yang dilengkapi dengan peralatan pembakaran bahan bakar (burner) sehingga
sumber panas nya dapat diperoleh dari gas buang turbin gas dan atau juga dari
pembakaran bahan bakar. Tetapi pada umumnya HRSG yang terpasang tidak
dilengkapi dengan burner karena penerapan HRSG pada PLTGU tujuan
utamanya adalah memanfaatkan panas gas buang dari PLTG yang masih tinggi
temperaturnya untuk menghasilkan uap yang akan memutar turbin uap, seperti
pada instalasi HRSG unfired PLTGU Keramasan Gambar 4.9. Dengan cara ini
diperoleh peningkatan efisiensi termal yang besar.
4.2.1.3 Steam Turbin (ST)
Steam turbin atau PLTU-nya PLTGU berfungsi menghasilkan daya
listrik dengan memanfaatkan uap yang berasal dari pemanasan air di HRSG.
Uap yang dihasilkan pun bertingkat mulai dari uap kenyang sampai uap panas
lanjut atau uap jenuh. Uap jenuh tersebut akan digunakan sebagai energi untuk
memutar steam turbin (turbin uap).
Gambar 4.10 Turbin uap PLTGU #2 Keramasan.
Turbin uap merupakan mesin penggerak yang merubah secara langsung
energi panas dari uap menjadi gerak putar poros. Proses perubahan energi panas
menjadi kerja mekanik berupa gerak putar tsb dapat dilihat di dalam gambar
4.11.
Gambar 4.11 Cara kerja turbin uap.
Prinsip kerja turbin uap yaitu pertama-tama uap dengan suhu dan
tekanan yang ada padanya masuk ke dalam nozzle atau sudu tetap yang
terpasang di dalam rumah turbin. Didalam nozzle, uap berekspansi (tekanan
turun dan volumenya bertambah besar) sehingga diperoleh kecepatan yang
tinggi dan masuk kedalam laluan diantara sudu-sudu jalan. Akibat dari
perjalanan yang membelok maka sudu-sudu jalan tersebut akan terdorong
kearah belakang (tanda panah).
Turbin mempunyai dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Rotor
adalah bagian yang berputar, ditumpu oleh dua bantalan, padanya terpasang
sudu sudu jalan yang menerima pancaran uap dari sudu tetap. Stator adalah
bagian yang diam, padanya terpasang sudu sudu tetap yang mengubah enthalpy
uap menjadi kecepatan untuk mendorong sudu jalan, sehingga rotor menjadi
berputar. Pada stator juga terdapat 36 saluran saluran uap pemanas untuk
pemanasan air masuk boiler. Juga terpasang katup uap masuk turbin, perapat
poros, dan lain-lain.
Specification Steam Turbine:
o
Manufacture : SHIN NIPPON MACHINERY CO., LTD
o
Model
: SNM/C8-R15-ARNX
o
Power Output
: 13,520 MW
o
Speed
: 6000 rpm
Karena siklus PLTGU merupakan gabungan antara siklus PLTG dengan
PLTU, maka komponen utama PLTGU adalah PLTU beserta sistem dan
peralatan bantunya. Bagian penunjang kinerja PLTU (steam turbin) tetap baik
pada siklus PLTGU tersebut diantaranya: pompa air pengisi, kondensor, dan
deaerator.
4.2.1.3.1. Pompa Air Pengisi
Fungsi pompa air pengisi adalah untuk menciptakan tekanan pada air
pengisi dan mengalirkannya ke boiler HRSG. Jenis pompa yang digunakan
adalah pompa sentrifugal, dengan tekanan stabil pada aliran yang berubah
naik turun.
Gambar 4.12. Boiler feed water.
Pada blok PLTGU Keramasan hanya ada dua unit BFP. Karena pada
kerjanya sesuai manual book BFP, satu BFP sudah cukup untuk kebutuhan
blok PLTGU Keramasan sehingga satu BFP beroperasi dan satu lagi stan-by.
4.2.1.3.2. Kondensor
Kondensor adalah peralatan untuk merubah uap menjadi air. Proses
perubahannya dilakukan dengan cara mengalirkan uap kedalam suatu ruangan
yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir diluar pipa-pipa sedangkan air
sebagai pendingin mengalir didalam pipa-pipa. Kondensor seperti ini disebut
surface (tubes) condenser. Sebagai pendingin digunakan air sungai yang
didinginkan terlebih dahulu di cooling tower. Seperti pada gambar 4.13.
Gambar 4.13. Kondensor.
4.2.1.3.3. Deaerator
Deaerator berfungsi untuk menghilangkan oksigen dan gas yang
terlarut dari air pengisi. Jenis yang digunakan adalah jenis semprot (spray
type). Deaerasi awal (pre-deaeration) dilakukan dengan alat penyemprotan
(spraying device). Pada setiap kondisi operasi, penyemprot menjamin
pemanasan air kondensat hingga suhu jenuh (saturation) dan permukaan yang
cukup luas untuk perpindahan masa. Karena secara praktis, kelarutan oksigen
didalam air pada suhu jenuh adalah nol, sehingga oksigen yang terbawa dalam
tetesan air akan terlepas dan berada bersama uap disekelilingnya. Karena uap
mengkondensasi pada air, maka konsentrasi oksigen di daerah sekitar
penyemprot menjadi naik sehingga memungkinkan membuang (vent out)
sejumlah uap yang konsentrasi oksigennya relatif tinggi.
4.2.1.4. Generator
Gambar 4.14 Generator.
Mesin pengubah energi mekanik menjadi energi listrik ini berkerja
berdasarkan hukum Faraday. Apabila suatu penghantar diputar pada sebuah
medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya magnet. Hal ini terjadi
dalam generator ketika rotor berputar di dalam stator yang terdiri dari
kumparan-kumparan. Sehingga pada ujung penghantar terjadi gaya gerak listrik
(GGL).
Pada PLTGU Keramasan dalam satu unit terdapat dua genearator, yaitu
generator yang membangkit daya dari turbin gas sebesar 28 MW dan generator
yang membangkitkan daya dari steam turbin sebesar 12 MW.
-
-
Specfication Gas Turbin Generator:
o Manuacture
: Brush/HMA
o Type
: DG215Z-04
o Apparent Power
: 35,250 kVA
o Active Power
: 27,920 kW
o Rated Voltage
: 11 kV
o Rated Current
: 1.850 A
o Rotation Speed
: 1.500 rpm
o No. of Phase
: 3 Phase
Specification Steam Turbine Generator:
o Manufacture
: T D POWER SYSTEMS
LIMITED, India
o Type
: TD–1294–01
o Apparent Power
: 13.250 kW
o Active Power
: 12.000 kW
o Rated Voltage
: 11.000 V
o Rated Current
: 887 A
o Rotation Speed
: 1500 rpm
o No. of Phase
: 3 Phase
4.2.1.5. Sistem-Sistem Pada PLTGU
Peralatan bantu PLTGU selain terdiri dari peralatan yang berbentuk
komponen juga terdapat peralatan bantu berupa suatu siklus atau sirkit yang
disebut sistem. Adapun sistem PLTGU tersebut diantaranya:
4.2.1.5.1 Sistem Udara Pendingin dan Perapat
Udara pendingin dan perapat diambil dari kompresor melalui saluran
pengambilan blow-off tingkat pertama. Adapun untuk pendingin poros dan
susu-sudu gerak turbin, udaranya diambil dari keluaran kompresor melalui sisi
dalam poros, dan untuk dudukan sudu tetap dan sudu-sudu tetap udaranya
diambil dari keluaran kompresor sebelum melalui ruang bakar.
4.2.1.5.2. Sistem Udara Pengabut (Atomizing Air)
Sistem
udara
pengabut
berfungsi
untuk menghasilkan
udara
bertekanan tinggi yang digunakan untuk menyemprotkan bahan bakar minyak
di ruang bakar, sehingga bahan bakar minyak terkabutkan (atomized), untuk
memudahkan serta menyempurnakan pembakaran. Sistem udara pengabut
hanya digunakan pada unit turbin gas menggunakan bahan bakar minyak yang
bertekanan rendah. Pada unit turbin gas yang menggunakan bahan bakar
minyak bertekanan tinggi, pengabutan dilakukan secara mekanik oleh nosel
dan
tekanan
minyak
itu
sendiri,
disebut
mechanical
atomizing.
4.2.1.5.3. Sistem Bahan bakar (Minyak atau Gas)
Sistem bahan bakar berfungsi untuk menyediakan/mensuplai bahan
bakar ke unit turbin gas sesuai tekanan, suhu dan kebersihan yang dibutuhkan,
juga ketersediaan bahan bakar; baik bahan bakar minyak maupun bahan bakar
gas.
4.2.1.5.4. Sistem Minyak Pelumas (Lube Oil)
Sistem minyak pelumas berfungsi untuk menyediakan/menyiapkan
minyak pelumas yang bersih dengan tekanan dan temperatur yang dibutuhkan
untuk
keperluan,
diantaranya:
Pelumasan
bantalan-bantalan
turbin,
kompresor, generator, peralatan start (starting device) dan alat bantu lainnya
(bearing pedestal); Minyak untuk pengangkat poros (jacking oil); Minyak
untuk pemutar poros (turning/barring oil); Minyak untuk pengaturan (control
oil); Minyak untuk pengaman turbin (hydraulic trip/emergency oil).
4.2.1.5.5. Sistem Air Pengisi
Sistem air pengisi pengisi dilakukan oleh pompa yang disebut Boiler
Feed Pump mengalirkannya ke boiler HRSG. Air ini adalah calon uap jenuh
yang akan menggerakkan steam turbin (turbin uap).
4.2.1.5.6. Sistem Air Pendingin
Berdasarkan siklusnya, terdapat 2 macam sistem air pendingin utama
yang lazim diterapkan di PLTGU yaitu :
1. Sistem siklus terbuka (once through)
2. Sistem siklus tertutup (recirculation – cooling tower)
Pada umumnya sistem air pendingin utama terdiri dari komponen:
Intake (untuk sistem air pendingin siklus terbuka), Saringan (strainer), Pompa
(cooling water pump – CWP), Katup dan Pemipaan (piping), Menara
pendingin (cooling tower)
4.2.2. Langkah-Langkah Start PLTGU
4.2.2.1. Pre-Start Up Operation and Ready to Start Condition
Persiapan ini dapat dilakukan secara manual oleh operator dari Central
Control Room (CCR), ataupun satu demi satu pengecekan dilakukan pada
masing-masing lokal. Meliputi semua hal, mulai dari komponen utama,
alat bantu, pompa serta katup-katup. Sehingga unit PLTGU dapat
dinyatakan ‘Ready to Start’.
4.2.2.2. Start Gas Turbine
1.
Starting device energized, terhubung ke turbin dan start
2.
Bahan bakar diinjeksikan ke ruang bakar dan terjadi penyalaan.
3.
Periode warming-up, bahan bakar ditambah dan putaran naik
4.
PLTG mampu berputar dengan kemampuan sendiri dan Starting
Device lepas dan berhenti.
5.
Putaran bertambah dan mencapai full speed no load (100,3%)
6.
Sinkronisasi generator
7.
Pembebanan
4.2.2.3. Start Steam Turbin
Dengan proses air uap dari HRSGyang memanfaatkan gas buang sisa
turbin gas maka turbin uap dapat bergerak dan dapat distart, dengan langkahlangkah sebagai berikut:
1. Pastikan kondisi HP dan LP by pass valve open “auto” mode “startup”
2. Untuk main steam temperature >300°C (cold/warm) dan 410°C (hot),
kemudian nyalakan HP steam purity oil
3. Steam Turbin start (perhatikan vibrasi turbin)
4. Idle speed = 0 menit (hot), 5 menit (warm), 10 menit (cold)
5. Steam Turbin speed naikkan ke full speed Sinkron Steam Turbin
”semiauto start”, kemudian akan menghasilkan beban ± 3,5 MW
6. Klik “load-up” kemudian beban dapat naik maksimal
7. Sinkronisasi generator
8. Pembebanan
4.2.3. Langkah-Langkah Shut Down PLTGU
Setelah mendapat perintah Shut Down, prosedur ini harus dilakukan secara
perlahan dan dapat dipastikan bahwa komponen pendukung yang diperlukan tetap
bekerja untuk melindungi sistem utama. Langkah-langkah shut down PLTGU:
1. Pastikan kondisi HRSG “auto” Lakukan penurunan beban
-
Pastikan beban GT turun ke 14 MW
-
Pastikan beban ST turun sampai 1,2 MW
2. Lakukan shutdown turbin gas dan turbin uap
-
Pastikan ST lepas system
-
GT bebannya turun
-
ST stop auto
-
ST speed 90% (katup governor full close, turning device pastikan
running ± 600 Rpm, katup HP dan LP mode ”RELOAD” kemudian
offline tracking.
3. Lakukan shutdown turbin gas
-
Pastikan GT lepas system di 2,5 MW
-
Pastikan GT stop (shutdown) auto, flame off, gas heater stop
-
HP dan LP bypass valve mode offline tracking (full close) “auto”
-
Pastikan turning gear GT running
4. Kemudian lakukan pemberhentian auxiliary steam.
4.2.4. Sistem Air Pendingin PLTGU
Seperti dijelaskan pada sistem air pendingin pada sistem-sistem PLTGU,
terdapat 2 macam sistem air pendingin utama yang lazim diterapkan di PLTGU
yaitu :
1. Sistem siklus terbuka (once through)
2. Sistem siklus tertutup (recirculation – cooling tower)
Pada umumnya sistem air pendingin utama terdiri dari komponen :
-
Intake (untuk sistem air pendingin siklus terbuka)
-
Saringan (strainer)
-
Pompa (cooling water pump – CWP)
-
Katup dan Pemipaan (piping)
-
Menara pendingin (cooling tower)
Untuk sistem air pendingin siklus terbuka tidak dilengkapi dengan menara
pendingin (cooling tower), sebaliknya pada sistem siklus tertutup (resirkulsi)
tidak dibutuhkan intake yang dipasangi saringan-saringan, cukup dengan satu
saringan sederhana.
Gambar 4.15 Sistem air pendingin terbuka dan tertutup.
4.2.4.1. Prinsip Kerja Air Pendingin Cooling Tower PLTGU Keramasan
Sistem air pendingin pendingin cooling tower PLTGU Keramasan
menggunakan prinsip siklus tertutup. Karena pada dasarnya, setiap pembangkit
yang air pendinginnya siklus tertutup menggunakan cooling tower untuk
mendinginkan air dari sumber air pengisi. Dipilihnya sistem air pendingin
tertutup ini karena pada kawasan pembangkit PLTGU Keramasan sumber air
yang digunakan hanya dari sungai kecil yaitu sungai keramasan yang merupakan
anak sungai musi mempunyai keterbatasan dalam penyediaan air pengisi basin
cooling tower sehingga air pendingin dapat digunakan terus menerus. Oleh karena
itu, sistem siklus tertutup merupakan solusi terhadap tersedianya jumlah air yang
terbatas, karena air pendingin dipakai berulang-ulang dan kehilangan air
pendingin relatif sedikit.
DRAIN VALVE
Gambar 4.16 Sistem penambah air cooling tower basin PLTGU
Keramasan
Gambar 4.17 Sistem air pendingin tertutup PLTGU Keramasan.
Sirkulasi air pendingin prinsipnya adalah air disedot dari sungai
Keramasan dan dialirkan melewati strainer ke bak penampung menara
pendingin (cooling tower). Kemudian dipompakan ke kondensor oleh pompa
air pendingin utama menggunakan Circulating Water Pump untuk
mengkondensasikan uap bekas dengan cara menyerap panas laten dari uap
bekas tersebut. Akibat proses dikondensor, temperatuir air pendingin keluar
kondensor akan mengalami kenaikkan. Karena air akan disirkulasikan
kembali ke kondensor, maka air pendingin ini harus didinginkan terlebih
dahulu di cooling tower. Kemudian sistem air pendingin cooling tower
berfungsi untuk mendinginkan komponen bantu menggunakan Auxiliary
Water Pump yang melalui heat Exchanger.
Gambar 4.17 Sistem Air Pendingin Untuk Alat Bantu (Auxiliary Water)
KONSEP TEORI DAN PENERAPAN
4.1.
Tinjauan Pustaka
Pusat listrik tenaga gas dan uap (PLTGU) atau dikenal juga dengan Combine
Cycle Power Plant (Pusat Listrik dengan Siklus Gabungan) ada merupakan gabungan
antara PLTG dan PLTU. Gas panas keluar turbin gas yang suhunya relatif tinggi,
(500o C) digunakan untuk memnaskan ait dan memproduksi uap yang kemudian
digunakan untuk mendorong sudu-sudu turbin generator untuk menghasilkan listrik.
Dengan demikian diperoleh effisien gabungan yang lebih tinggi dibandingkan
effisiensi masing-masing PLTU maupun PLTG.
Proses pemanasan air dan pembentukan uap terjadi di Heat Recovery Steam
Generator (HRSG) yang berfungsi menggantikan boiler seperti pada PLTU. HRSG
sebagai penukar kalor, akan memindahkan panas yang terkandung dalam gas bekas
ke air dan uap. Karena sebagai penukar kalor, HRSG harus memiliki luasan yang
besar untuk menangkap sebagian besar panas. Untuk memenuhi tujuan tersebut,
konstruksi HRSG terdiri dari pipa-pipa yang dilengkapi sirip diseluruh luasannya.
Gambar 4.1 Unit combined cycle PLTGU.
Didalam PLTGU berlangsung dua siklus sekaligus, yaitu siklus udara dan gas
panas yang berlangsung didalam turbin gas dan siklus air dan uap yang berlaku untuk
turbin uap. Siklus udara dan gas panas dikenal sebagai siklus Brayton yang terjadi
pada proses gas turbin generator (GTG) dan siklus air - uap dikenal sebagai siklus
Rankine yang terjadi pada proses steam turbin generator (STG).
4.1.1. Siklus Udara Dan Gas Panas (Siklus Brayton)
Secara ideal prinsip kerja pada turbin gas mengikuti siklus Brayton.
Dimana dapat diketahui dari diagram bahwa:
Gambar 4.2 Siklus Brayton dalam diagram p-v dan t-s.
1 – 2 : Udara luar dihisap dan ditekan di dalam kompresor, menghasilkan udara
bertekanan (langkah kompresi)
2– 3: Udara bertekanan dari kompresor dicampur dengan bahan bakar, terjadi
reaksi pembakaran yang menghasilkan gas panas (langkah pemberian
panas)
3– 4 : Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk memutar turbin
(langkahekspansi)
4 – 1 : Pembuangan panas pada tekanan tetap.
Udara atmosfer dihisap masuk ke dalam kompresor dan dinaikkan
tekanannya. Selanjutnya udara tersebut 95% mengalir ke dalam ruang bakar dan
sisanya digunakan untuk mendinginkan sudu turbin. Kemudian di dalam ruang
bakar (combustor), terjadi penambahan panas pada tekanan konstan. Udara yang
masuk ke dalam combustor dibagi menjadi dua, 30% disebut sebagai udara
primer yang digunakan untuk proses pembakaran dan sebagian lagi, 15%
digunakan sebagai pencampur dan penurunan suhu nyala api. Sehingga nyala api
tidak membakar sudu turbin. Disebabkan oleh pemanasan yang terjadi di ruang
bakar, maka udara dari kompresor memulai atau berekspansi. Sehingga
menghasilkan kecepatan yang tinggi dan mampu mendorong sudu turbin gas.
Tenaga mekanik yang dihasilkan sebagian besar digunakan untuk memutar
kompresor dan sisanya digunakan untuk menghasilkan listrik. Lalu gas panas
keluar turbin dibuang kembali ke atmosfer.
4.1.1. Siklus Air – Uap (Siklus Rankine)
Gambar 4.3 Siklus Rankine dalam diagram p-v dan t-s.
Secara ideal prinsip kerja pada HRSG mengikuti Rankine. Dimana dari
diagram bahwa:
3–4: Proses pemompaan air masuk ke dalam boiler (HRSG). Disini tekanan
bertambah tinggi dan suhu sedikit naik.
4–1: Proses pemberian kalor dengan tekanan konstan, menjadikan air menjadi uap
panas lanjut. Volume, suhu dan entropi bertambah tinggi.
1–2: Proses ekspansi isentropis/adiabatis uap di dalam turbin. Disini volume uap
bertambah besar, tekanan menurun, suhu menurun dan entropi konstan.
2–3: Proses pengembunan uap keluar turbin menjadi air kembali didalam
kondensor pada tekanan yang konstan
Jika pada PLTU menggunakan bahan bakar untuk menghasilkan panas
pada siklus rankine, lain halnya pada PLTGU yang menggunakan prinsip rankine,
merubah boiler yang biasa di PLTU menjadi HRSG. Kemudian memanfaatkan
gas sisa keluar turbin yang suhunya relatif tinggi. Gas sisa ini digunakan untuk
memanaskan air di dalam HRSG. Proses penyerapan
panasini menyebabkan air
berubah fasa menjadi uap secara bertahap, lalu berekspansi mendorong sudusudu turbin uap. Kemudian uap keluar
turbin dikondensasi sehingga menjadi air
kondensat.
4.1.3 Siklus Gabungan (Combine Cycle)
Didalam PLTGU berlangsung dua siklus sekaligus, yaitu siklus udara dan
gas panas yang berlangsung didalam turbin gas dan siklus air dan uap yang
berlaku untuk turbin uap. Siklus udara dan gas panas dikenal sebagai siklus
Brayton dan siklus air - uap dikenal sebagai siklus Rankine. Gabungan antara
keduanya disebut sebagai Siklus Gabungan ( Combined Cycle ) dan digambarkan
dengan diagram T-S seperti terlihat pada gambar 4.4.
Gambar 4.4 Siklus kombinasi dalam digram T-S. Tekanan uap tunggal (kiri),
dengan tekanan uap ganda (kanan).
Secara umum, dapat diketahui dari diagram bahwa:
1 – 2: Proses kompresi isentropis yang terjadi di kompresor.
2 – 3: Penambahan panas pada ruang bakar.
3 – 4: Ekspansi terjadi pada turbin gas.
4 – 1: Proses pembuangan gas bekas yang dimanfaatkan untuk memanaskan
air di HRSG.
1’ – 2’: Proses pemompaan air pengisi.
2’ – 3’: Proses pemanasan air hingga mencapai titik didih pada ekonomiser.
3’ – 4’: Air mendidih dipanaskan sehingga menjadi uap kenyang di
evaporator.
4’ – 5’: Proses pemanasan lanjut pada superheater.
5’ – 6’: Proses ekspansi pada turbin uap.
6’ – 1’: Proses pengembunan di kondensor.
Gambar 4.4 (kiri) menunjukkan sebuah siklus gabungan dengan tekanan
uap tunggal. Besarnya panas yang diberikan oleh pembakaran bahan bakar adalah
sesuai luas 1”- 2-3-6”-1 dan panas keluar turbin gas sesuai luas 1”-1-4-6”-1, dan
kerja yang diperoleh didalam turbin gas adalah sesuai luas 1-2-3-4-1. Panas yang
keluar turbin gas, dimanfaatkan untuk pemanasan air dan
pembentukan uap,
dan besarnya panas yang bisa diserap oleh air dan uap adalah
sesuai luas 1”-2’-
3’-4’-5’-6”-1”. Panas yang dibuang didalam siklus air uap adalah sebesar luas 1” 1’– 6’- 6”–1”, sehingga besarnya kerja yang diperoleh didalam siklus
air
uap
adalah sebesar luas 1’-2’-3’-4’-5’-6’-1’.
Dari gambar 4.4 terlihat bahwa tidak semua panas yang dilepas turbin gas
dapat diserap oleh air dan uap didalam HRSG, karena sifat alami air dan uap itu
sendiri. Panas yang tidak bisa diserap tersebut adalah sebesar luasan 3’-4-5’-4’3’.Untuk memperkecil jumlah panas yang tidak bisa diserap tersebut, maka siklus
air uap dibuat menjadi dua tingkat tekanan yaitu tingkat rendah dan tingkat tinggi
sebagaimana ditunjukkan didalam gambar 4.4 (kanan). Untuk lebih memperkecil
lagi besarnya panas yang tidak bisa diserap, maka tingkat tekanan air dan
uap dibuat lebih dari dua tingkat atau disebut juga sebagai multiple pressure.
Dengan gambar 4.4 ini nampak jelas bahwa siklus gabungan yang berlaku bagi
sebuah PLTGU mempunyai effisiensi yang lebih baik dibanding PLTG maupun
PLTU.
4.1.4. Keuntungan Dan Kerugian PLTGU
Dibandingkan jenis pembangkit lain, PLTGU memiliki beberapa
keuntungan, yaitu:
1. Effisiensi lebih baik dari jenis pembangkit yang lain. Dibandingkan
PLTU yang mempunyai effisiensi 40% dan PLTG 30%, PLTGU
memiliki effisiensi sampai 60%.
2. Biaya investasi lebih murah.
3. Masa pembangunan relatif pendek. Dibandingkan PLTU dan
PLTA.
4. Lebih mudah mengikuti fluktuasi beban. Dibantingkan dnegan
PLTU batubara yang pembakaran bahan bakarnya lambat dan
PLTN yang dikhususkan untuk beban dasar.
5. Tidak memakan banyak tempat. Untuk pasitas yang sama, PLTGU
memerlukan lahan yang lebih sedikit dibandingkan PLTU.
4.1.5. Kerugian PLTGU
Namun dibalik keutnungannya, PLTGU juga memiliki beberapa
kerugian, yaitu:
1. Jenis bahan bakar terbatas pada jenis bahan bakar gas dan cair saja
yang harganya relatif lebih mahal.
2. Bahan bakar cair memerlukan treatment terlebih dahulu untuk
menghindari korosi suhu tinggi pada bagian turbin gasnya.
3. Umur turbin gas dan HRSG lebih pendek dibandingkan PLTU.
4.2.
Penerapan Kerangka Teori
Pembangkit listrik adalah bagian dari alat industri yang dipakai untuk
memproduksi dan membangkitkan tenaga listrik dari berbagai sumber tenaga,
seperti PLTG, PLTU, PLTGU, PLTN, PLTA, PLTS, dan lain-lain.
Bagian utama dari pembangkit listrik ini sebenarnya adalah generator, yakni
mesin berputar yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dengan
menggunakan prinsip medan magnet dan penghantar listrik. Mesin generator ini
diaktifkan dengan menggunakan berbagai sumber energi yang sangat bemanfaat
dalam suatu pembangkit listrik. Namun, sebelum menuju ke generator masih banyak
proses harus dilalui. Generator dapat bergerak karena ada energi gerak yang
ditransfer (dipindahkan) dari mesin penggerak seperti turbin gas dan turbin uap.
Kemudian ada mesin lagi yang membantu agar tubin tersebut bisa bergerak. Ini
adalah sebuah siklus dan instalasi yang terbentuk satu kesatuan tugas agar dapat
menghasilkan energi yang diinginkan. Seperti yang ada pada pembangkit listrik
tenaga gas dan uap (PLTGU) Keramasan.
Dibawah ini, penulis menjelaskan secara rinci tentang pengamatan yang
didapatkan selama melakukan kerja magang di PT PLN (Persero) Sektor
Pembangkitan Keramasan Pusat Listrik Keramasan.
4.2.1. Komponen Utama PLTGU
PLTGU yang merupakan siklus kombinasi mempunyai komponen utama
yang terdiri dari :
1. Gas Turbine (GT)
2. Heat Recovery Steam Generator (HRSG)
3. Steam Turbine (ST)
4. Generator
PLTG akan digunakan dalam siklus kombinasi, maka panas gas buang
harus mempunyai suhu sekitar 500
0
C agar dapat dimanfaatkan untuk
menguapkan air didalam “Heat Recovery Steam Generator”. Kemudian air tadi
berubah menjadi uap jenuh dan digunakan untuk memutar sudu-sudu turbin uap.
Setelah itu turbin uap akan menggerakkan generator agar dapat menghasilkan
listrik.
4.2.1.1. Gas turbin (GT)
Gas turbin atau sebutan untuk PLTG merupakan salah satu komponen
yang sangat penting pada PLTGU Keramasan. Hal ini didasari dengan adanya
siklus gabungan dari PLTGU ini. PLTGU ini tidak menggunakan damper atau
bisa disebut pintu penghubung siklus antara PLTG dan PLTU. Apabila GTG
bermasalah maka STG otomatis berenti juga dan begitu sebaliknya.
prinsip kerja dari sistem turbin gas yaitu udara masuk kedalam
kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk
menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara
juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar.
Di
dalam
ruang
bakar
dilakukan
proses
pembakaran
dengan
cara
mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut
berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang
bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut
dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan
aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas
tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban
lainnya seperti generator listrik.
Gambar 4.5 Skema turbin gas.
Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu
kompresor, ruang bakar dan turbin gas. Semua terhubung dalam satu instalasi
turbin gas dimana terdapat fungsi yang tidak dapat dipisahkan.
Spesikasi Turbin Gas:
o
Manufacture
: Hitachi
o
Type
: Single Sharf
o
Power Output
: 27.920 KW
o
Compressor Inlet Air Pressure Drop
: 10hPa
o
Turbine Exhaust Gas Pressure Drop
: 34,9hPa
o
Turbine Exhaust Gas Temperature
: 568oC
o
Compressor
: 17 Stage Axial Type.
o
Turbine
: 3 Stage
o
Sharf Speed
: 7.258 rpm
4.2.1.1.1. Kompressor
Gambar 4.6 Kompresor Axial 17 tingkat.
Di unit PLTGU Keramasan, digunakan kompresor jenis Axial. Pada
kompresor jenis ini, arah aliran sejajar sumbu poros. Kompresor jenis ini
banyak digunakan untuk turbin gas berkapasitas relatif besar. Karena udara
mengalir sejajar poros, menyebabkan udara yang masuk terlempar ke
belakang. Keceparan gerak sudu mengakibatkan aliran udara bertambah
tinggi, atau dengan kata lain mempunyai tekanan dinamis yang lebih tinggi.
Tekanan yang dihasilkan kompresor axial tergantung pada jumlah tingkat dan
kecepatan putar rotor.
4.2.1.2. Ruang Bakar (Combustor)
Gambar 4.7 Ruang bakar.
Ruang bakar (Combustion Chamber) adalah ruang pembakaran sebuah
turbin gas dimana bahan bakar mengalami proses sebagai berikut:
Pencampuran dengan udara sehingga membentuk campuran mudah
terbakar.
Penyalaan.
Pebentukan nyala api.
Pendinginan nyala api dengan udara.
Turbin gas umumnya mempunyai combustion chamber yang terdiri
dari banyak combustion basket (liner) yang dipasang melingkari compressor
discharge. Volume gas panas produksi combustion chamber jumlahnya besar
karena proses pembakaran nya memberikan excess air yang tinggi hingga
mencapai sekitar 350 %.
4.2.1.1.3. Turbin
Gambar 4.8 Turbin.
Proses transformasi energi panas menjadi energi mekanik terjadi di
dalam turbin. Turbin bisa berupa jenis turbin impuls atau turbin reaksi
tergantung dari pertimbangan pabrik pembuat, dengan jumlah tingkat antara 1
sampai 5. PLTGU Keramasan menggunakan turbin gas H-25 Ax merk Hitachi
yang terdiri dari 3 tingkat.
4.2.1.1. Heat Recovery Steam Generator (HRSG)
HRSG berfungsi untuk memanaskan air dengan menggunakan panas gas
buang dari turbin gas sehingga dihasilkan uap dengan tekanan dan temperature
tertentu yang konstan.
Gambar 4.9 Heat recovery steam generator PLTGU Keramasan.
HRSG merupakan penghubung antara PLTG (siklus Brayton) dengan PLTU
(siklus Rankine). Ditinjau dari sumber panasnya, HRSG dibagi menjadi dua,
yaitu unfired dan fired (auxiliary burner atau supplementary burner). HRSG
Unfired adalah HRSG yang seluruh sumber panasnya diperoleh dari gas buang
(exhaust gas) turbin gas. Sedangkan HRSG supplementary burner adalah HRSG
yang dilengkapi dengan peralatan pembakaran bahan bakar (burner) sehingga
sumber panas nya dapat diperoleh dari gas buang turbin gas dan atau juga dari
pembakaran bahan bakar. Tetapi pada umumnya HRSG yang terpasang tidak
dilengkapi dengan burner karena penerapan HRSG pada PLTGU tujuan
utamanya adalah memanfaatkan panas gas buang dari PLTG yang masih tinggi
temperaturnya untuk menghasilkan uap yang akan memutar turbin uap, seperti
pada instalasi HRSG unfired PLTGU Keramasan Gambar 4.9. Dengan cara ini
diperoleh peningkatan efisiensi termal yang besar.
4.2.1.3 Steam Turbin (ST)
Steam turbin atau PLTU-nya PLTGU berfungsi menghasilkan daya
listrik dengan memanfaatkan uap yang berasal dari pemanasan air di HRSG.
Uap yang dihasilkan pun bertingkat mulai dari uap kenyang sampai uap panas
lanjut atau uap jenuh. Uap jenuh tersebut akan digunakan sebagai energi untuk
memutar steam turbin (turbin uap).
Gambar 4.10 Turbin uap PLTGU #2 Keramasan.
Turbin uap merupakan mesin penggerak yang merubah secara langsung
energi panas dari uap menjadi gerak putar poros. Proses perubahan energi panas
menjadi kerja mekanik berupa gerak putar tsb dapat dilihat di dalam gambar
4.11.
Gambar 4.11 Cara kerja turbin uap.
Prinsip kerja turbin uap yaitu pertama-tama uap dengan suhu dan
tekanan yang ada padanya masuk ke dalam nozzle atau sudu tetap yang
terpasang di dalam rumah turbin. Didalam nozzle, uap berekspansi (tekanan
turun dan volumenya bertambah besar) sehingga diperoleh kecepatan yang
tinggi dan masuk kedalam laluan diantara sudu-sudu jalan. Akibat dari
perjalanan yang membelok maka sudu-sudu jalan tersebut akan terdorong
kearah belakang (tanda panah).
Turbin mempunyai dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Rotor
adalah bagian yang berputar, ditumpu oleh dua bantalan, padanya terpasang
sudu sudu jalan yang menerima pancaran uap dari sudu tetap. Stator adalah
bagian yang diam, padanya terpasang sudu sudu tetap yang mengubah enthalpy
uap menjadi kecepatan untuk mendorong sudu jalan, sehingga rotor menjadi
berputar. Pada stator juga terdapat 36 saluran saluran uap pemanas untuk
pemanasan air masuk boiler. Juga terpasang katup uap masuk turbin, perapat
poros, dan lain-lain.
Specification Steam Turbine:
o
Manufacture : SHIN NIPPON MACHINERY CO., LTD
o
Model
: SNM/C8-R15-ARNX
o
Power Output
: 13,520 MW
o
Speed
: 6000 rpm
Karena siklus PLTGU merupakan gabungan antara siklus PLTG dengan
PLTU, maka komponen utama PLTGU adalah PLTU beserta sistem dan
peralatan bantunya. Bagian penunjang kinerja PLTU (steam turbin) tetap baik
pada siklus PLTGU tersebut diantaranya: pompa air pengisi, kondensor, dan
deaerator.
4.2.1.3.1. Pompa Air Pengisi
Fungsi pompa air pengisi adalah untuk menciptakan tekanan pada air
pengisi dan mengalirkannya ke boiler HRSG. Jenis pompa yang digunakan
adalah pompa sentrifugal, dengan tekanan stabil pada aliran yang berubah
naik turun.
Gambar 4.12. Boiler feed water.
Pada blok PLTGU Keramasan hanya ada dua unit BFP. Karena pada
kerjanya sesuai manual book BFP, satu BFP sudah cukup untuk kebutuhan
blok PLTGU Keramasan sehingga satu BFP beroperasi dan satu lagi stan-by.
4.2.1.3.2. Kondensor
Kondensor adalah peralatan untuk merubah uap menjadi air. Proses
perubahannya dilakukan dengan cara mengalirkan uap kedalam suatu ruangan
yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir diluar pipa-pipa sedangkan air
sebagai pendingin mengalir didalam pipa-pipa. Kondensor seperti ini disebut
surface (tubes) condenser. Sebagai pendingin digunakan air sungai yang
didinginkan terlebih dahulu di cooling tower. Seperti pada gambar 4.13.
Gambar 4.13. Kondensor.
4.2.1.3.3. Deaerator
Deaerator berfungsi untuk menghilangkan oksigen dan gas yang
terlarut dari air pengisi. Jenis yang digunakan adalah jenis semprot (spray
type). Deaerasi awal (pre-deaeration) dilakukan dengan alat penyemprotan
(spraying device). Pada setiap kondisi operasi, penyemprot menjamin
pemanasan air kondensat hingga suhu jenuh (saturation) dan permukaan yang
cukup luas untuk perpindahan masa. Karena secara praktis, kelarutan oksigen
didalam air pada suhu jenuh adalah nol, sehingga oksigen yang terbawa dalam
tetesan air akan terlepas dan berada bersama uap disekelilingnya. Karena uap
mengkondensasi pada air, maka konsentrasi oksigen di daerah sekitar
penyemprot menjadi naik sehingga memungkinkan membuang (vent out)
sejumlah uap yang konsentrasi oksigennya relatif tinggi.
4.2.1.4. Generator
Gambar 4.14 Generator.
Mesin pengubah energi mekanik menjadi energi listrik ini berkerja
berdasarkan hukum Faraday. Apabila suatu penghantar diputar pada sebuah
medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya magnet. Hal ini terjadi
dalam generator ketika rotor berputar di dalam stator yang terdiri dari
kumparan-kumparan. Sehingga pada ujung penghantar terjadi gaya gerak listrik
(GGL).
Pada PLTGU Keramasan dalam satu unit terdapat dua genearator, yaitu
generator yang membangkit daya dari turbin gas sebesar 28 MW dan generator
yang membangkitkan daya dari steam turbin sebesar 12 MW.
-
-
Specfication Gas Turbin Generator:
o Manuacture
: Brush/HMA
o Type
: DG215Z-04
o Apparent Power
: 35,250 kVA
o Active Power
: 27,920 kW
o Rated Voltage
: 11 kV
o Rated Current
: 1.850 A
o Rotation Speed
: 1.500 rpm
o No. of Phase
: 3 Phase
Specification Steam Turbine Generator:
o Manufacture
: T D POWER SYSTEMS
LIMITED, India
o Type
: TD–1294–01
o Apparent Power
: 13.250 kW
o Active Power
: 12.000 kW
o Rated Voltage
: 11.000 V
o Rated Current
: 887 A
o Rotation Speed
: 1500 rpm
o No. of Phase
: 3 Phase
4.2.1.5. Sistem-Sistem Pada PLTGU
Peralatan bantu PLTGU selain terdiri dari peralatan yang berbentuk
komponen juga terdapat peralatan bantu berupa suatu siklus atau sirkit yang
disebut sistem. Adapun sistem PLTGU tersebut diantaranya:
4.2.1.5.1 Sistem Udara Pendingin dan Perapat
Udara pendingin dan perapat diambil dari kompresor melalui saluran
pengambilan blow-off tingkat pertama. Adapun untuk pendingin poros dan
susu-sudu gerak turbin, udaranya diambil dari keluaran kompresor melalui sisi
dalam poros, dan untuk dudukan sudu tetap dan sudu-sudu tetap udaranya
diambil dari keluaran kompresor sebelum melalui ruang bakar.
4.2.1.5.2. Sistem Udara Pengabut (Atomizing Air)
Sistem
udara
pengabut
berfungsi
untuk menghasilkan
udara
bertekanan tinggi yang digunakan untuk menyemprotkan bahan bakar minyak
di ruang bakar, sehingga bahan bakar minyak terkabutkan (atomized), untuk
memudahkan serta menyempurnakan pembakaran. Sistem udara pengabut
hanya digunakan pada unit turbin gas menggunakan bahan bakar minyak yang
bertekanan rendah. Pada unit turbin gas yang menggunakan bahan bakar
minyak bertekanan tinggi, pengabutan dilakukan secara mekanik oleh nosel
dan
tekanan
minyak
itu
sendiri,
disebut
mechanical
atomizing.
4.2.1.5.3. Sistem Bahan bakar (Minyak atau Gas)
Sistem bahan bakar berfungsi untuk menyediakan/mensuplai bahan
bakar ke unit turbin gas sesuai tekanan, suhu dan kebersihan yang dibutuhkan,
juga ketersediaan bahan bakar; baik bahan bakar minyak maupun bahan bakar
gas.
4.2.1.5.4. Sistem Minyak Pelumas (Lube Oil)
Sistem minyak pelumas berfungsi untuk menyediakan/menyiapkan
minyak pelumas yang bersih dengan tekanan dan temperatur yang dibutuhkan
untuk
keperluan,
diantaranya:
Pelumasan
bantalan-bantalan
turbin,
kompresor, generator, peralatan start (starting device) dan alat bantu lainnya
(bearing pedestal); Minyak untuk pengangkat poros (jacking oil); Minyak
untuk pemutar poros (turning/barring oil); Minyak untuk pengaturan (control
oil); Minyak untuk pengaman turbin (hydraulic trip/emergency oil).
4.2.1.5.5. Sistem Air Pengisi
Sistem air pengisi pengisi dilakukan oleh pompa yang disebut Boiler
Feed Pump mengalirkannya ke boiler HRSG. Air ini adalah calon uap jenuh
yang akan menggerakkan steam turbin (turbin uap).
4.2.1.5.6. Sistem Air Pendingin
Berdasarkan siklusnya, terdapat 2 macam sistem air pendingin utama
yang lazim diterapkan di PLTGU yaitu :
1. Sistem siklus terbuka (once through)
2. Sistem siklus tertutup (recirculation – cooling tower)
Pada umumnya sistem air pendingin utama terdiri dari komponen:
Intake (untuk sistem air pendingin siklus terbuka), Saringan (strainer), Pompa
(cooling water pump – CWP), Katup dan Pemipaan (piping), Menara
pendingin (cooling tower)
4.2.2. Langkah-Langkah Start PLTGU
4.2.2.1. Pre-Start Up Operation and Ready to Start Condition
Persiapan ini dapat dilakukan secara manual oleh operator dari Central
Control Room (CCR), ataupun satu demi satu pengecekan dilakukan pada
masing-masing lokal. Meliputi semua hal, mulai dari komponen utama,
alat bantu, pompa serta katup-katup. Sehingga unit PLTGU dapat
dinyatakan ‘Ready to Start’.
4.2.2.2. Start Gas Turbine
1.
Starting device energized, terhubung ke turbin dan start
2.
Bahan bakar diinjeksikan ke ruang bakar dan terjadi penyalaan.
3.
Periode warming-up, bahan bakar ditambah dan putaran naik
4.
PLTG mampu berputar dengan kemampuan sendiri dan Starting
Device lepas dan berhenti.
5.
Putaran bertambah dan mencapai full speed no load (100,3%)
6.
Sinkronisasi generator
7.
Pembebanan
4.2.2.3. Start Steam Turbin
Dengan proses air uap dari HRSGyang memanfaatkan gas buang sisa
turbin gas maka turbin uap dapat bergerak dan dapat distart, dengan langkahlangkah sebagai berikut:
1. Pastikan kondisi HP dan LP by pass valve open “auto” mode “startup”
2. Untuk main steam temperature >300°C (cold/warm) dan 410°C (hot),
kemudian nyalakan HP steam purity oil
3. Steam Turbin start (perhatikan vibrasi turbin)
4. Idle speed = 0 menit (hot), 5 menit (warm), 10 menit (cold)
5. Steam Turbin speed naikkan ke full speed Sinkron Steam Turbin
”semiauto start”, kemudian akan menghasilkan beban ± 3,5 MW
6. Klik “load-up” kemudian beban dapat naik maksimal
7. Sinkronisasi generator
8. Pembebanan
4.2.3. Langkah-Langkah Shut Down PLTGU
Setelah mendapat perintah Shut Down, prosedur ini harus dilakukan secara
perlahan dan dapat dipastikan bahwa komponen pendukung yang diperlukan tetap
bekerja untuk melindungi sistem utama. Langkah-langkah shut down PLTGU:
1. Pastikan kondisi HRSG “auto” Lakukan penurunan beban
-
Pastikan beban GT turun ke 14 MW
-
Pastikan beban ST turun sampai 1,2 MW
2. Lakukan shutdown turbin gas dan turbin uap
-
Pastikan ST lepas system
-
GT bebannya turun
-
ST stop auto
-
ST speed 90% (katup governor full close, turning device pastikan
running ± 600 Rpm, katup HP dan LP mode ”RELOAD” kemudian
offline tracking.
3. Lakukan shutdown turbin gas
-
Pastikan GT lepas system di 2,5 MW
-
Pastikan GT stop (shutdown) auto, flame off, gas heater stop
-
HP dan LP bypass valve mode offline tracking (full close) “auto”
-
Pastikan turning gear GT running
4. Kemudian lakukan pemberhentian auxiliary steam.
4.2.4. Sistem Air Pendingin PLTGU
Seperti dijelaskan pada sistem air pendingin pada sistem-sistem PLTGU,
terdapat 2 macam sistem air pendingin utama yang lazim diterapkan di PLTGU
yaitu :
1. Sistem siklus terbuka (once through)
2. Sistem siklus tertutup (recirculation – cooling tower)
Pada umumnya sistem air pendingin utama terdiri dari komponen :
-
Intake (untuk sistem air pendingin siklus terbuka)
-
Saringan (strainer)
-
Pompa (cooling water pump – CWP)
-
Katup dan Pemipaan (piping)
-
Menara pendingin (cooling tower)
Untuk sistem air pendingin siklus terbuka tidak dilengkapi dengan menara
pendingin (cooling tower), sebaliknya pada sistem siklus tertutup (resirkulsi)
tidak dibutuhkan intake yang dipasangi saringan-saringan, cukup dengan satu
saringan sederhana.
Gambar 4.15 Sistem air pendingin terbuka dan tertutup.
4.2.4.1. Prinsip Kerja Air Pendingin Cooling Tower PLTGU Keramasan
Sistem air pendingin pendingin cooling tower PLTGU Keramasan
menggunakan prinsip siklus tertutup. Karena pada dasarnya, setiap pembangkit
yang air pendinginnya siklus tertutup menggunakan cooling tower untuk
mendinginkan air dari sumber air pengisi. Dipilihnya sistem air pendingin
tertutup ini karena pada kawasan pembangkit PLTGU Keramasan sumber air
yang digunakan hanya dari sungai kecil yaitu sungai keramasan yang merupakan
anak sungai musi mempunyai keterbatasan dalam penyediaan air pengisi basin
cooling tower sehingga air pendingin dapat digunakan terus menerus. Oleh karena
itu, sistem siklus tertutup merupakan solusi terhadap tersedianya jumlah air yang
terbatas, karena air pendingin dipakai berulang-ulang dan kehilangan air
pendingin relatif sedikit.
DRAIN VALVE
Gambar 4.16 Sistem penambah air cooling tower basin PLTGU
Keramasan
Gambar 4.17 Sistem air pendingin tertutup PLTGU Keramasan.
Sirkulasi air pendingin prinsipnya adalah air disedot dari sungai
Keramasan dan dialirkan melewati strainer ke bak penampung menara
pendingin (cooling tower). Kemudian dipompakan ke kondensor oleh pompa
air pendingin utama menggunakan Circulating Water Pump untuk
mengkondensasikan uap bekas dengan cara menyerap panas laten dari uap
bekas tersebut. Akibat proses dikondensor, temperatuir air pendingin keluar
kondensor akan mengalami kenaikkan. Karena air akan disirkulasikan
kembali ke kondensor, maka air pendingin ini harus didinginkan terlebih
dahulu di cooling tower. Kemudian sistem air pendingin cooling tower
berfungsi untuk mendinginkan komponen bantu menggunakan Auxiliary
Water Pump yang melalui heat Exchanger.
Gambar 4.17 Sistem Air Pendingin Untuk Alat Bantu (Auxiliary Water)