Analisis Sistem Tenaga Listrik 6A

SISTEM TENAGA LISTRIK
Salah satu cara yang paling ekonomis, mudah dan aman untuk mengirimkan
energi adalah melalui bentuk energi listrik. Pada pusat pembangkit, sumberdaya energi
primer seperti bahan bakar fosil (minyak, gas alam, dan batubara), hidro, panas bumi
dan nuklir diubah menjadi energi listrik. Sumber daya energi digunakan untuk
menggerakkan turbin menjadi energi mekanis, kemudian turbin menggerakkan
generator, dan generator menghasilkan listrik. Pada prinsipnya apabila suatu
penghantar diputar memotong garis-garis gaya medan magnet yang diam maka pada
penghantar tersebut akan timbul Electro Motor Force (EMF) atau Gaya Gerak Listrik
(GGL). Energi mekanis dapat dibangkitkan dari bermacam-macam sumber daya
energi.
Untuk mendapatkan energi listrik dari energi primer dikenal 2 cara yaitu :
o

Pembangkit listrik yang konvensional, pembangkit untuk mendapatkan energi
listrik dari energi primer menggunakan media perantara (turbin air, turbin uap,
turbin gas, motor bakar).

o

Pembangkit listrik yang nonkonvensional, pembangkit untuk mendapatkan energi

listrik dari energi primer langsung tanpa menggunakan media perantara.

Berikut ini macam-macam metode pembangkitan tenaga listrik:
Macam-macam Pembangkit Listrik
1. Pembangkit Listrik Tenaga Air ( PLTA )
2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap ( PLTU )
3. Pembangkit Listrik Tenaga Gas ( PLTG )
4. Pembangkit Listrik Tenaga Gas & Uap ( PLTGU )
5. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel ( PLTD )
6. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi ( PLTP )
7. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir ( PLTN )

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

1

1. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
Salah satu pembangkit yang murah dan populer di dunia adalah pembangkit
bertenaga air. Di wilayah yang bergunung-gunung dengan banyak sumber air, di
Indonesia berarti wilayah seperti Jawa, Sumatera, atau Sulawesi, pembangkit listrik
sangat ideal. Pembangkit listrik ini biasanya disatukan dengan proyek waduk yang
digunakan untuk pertanian dan penanggulangan banjir. Jangan bayangkan pembangkit
listrik ini menggunakan kincir model kuno, yang bentuknya seperti roda dengan air
melaju di atasnya. sebagian besar pembangkit listrik menggunakan turbin. Air
disalurkan ke bawah. Di sana sudah siap turbin jumlahnya bisa puluhan di satu waduk
yang menggerakkan generator.

5

6

1
0

3
7
1
1

2

1

4

8

9

1. Sungai / Kolam

:Tempat penampungan air

2. Intake

: Sebagai pintu masuk air dari sungai

3. Katup pengaman

: Katup pengatur intake

4. Headrance tunnel
5. Surge tank

: Pengaman tekanan air yang tiba-tiba naik saat katup pengatur ditutup

6. Penstock

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

2

7. Main stop valve
8. Turbin

: Berfungsi mengubah energi potensial air menjadi gerak.

9. Generator

: penghasil tenaga listrik

10. Main transformer
11. Transmission line

: penyalur ke konsumen

2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap ( PLTU )
Bahan bakar berupa minyak, gas, batubara dibakar untuk memanaskan air yang ada

didalam boiler atau ketel sampai menghasilkan uap. Uap yang terbentuk ditampung
sampai mencapai suhu dan tekanan yang didinginkan kemudian baru dialirkan untuk
menggerakkan turbin uap. Turbin uap ini akan menggerakkan sebuah generator yang
akan menghasilkan tenaga listrik. Uap yang meninggalkan turbin didinginkan dalam
kondensor, kemudian air yang meninggalkan kondensor dipompa kembali ke boiler.

1
6

2
2
1
7

2
3

1
3

1
1

1
2
1
4

1
0

9

8

2
7
2
6
2

5
7

1
5

2
2
1

1
3
2
0

4

1
1
5

6
2
8
9
4 berikut:
Skema pembangkit listrik tenaga uap dapat dilihat pada gambar
1. Circulating water pump : untuk mencampur air
2. Desalination evaporator
3. Destilate pump
4. Make up water tank
5. Denim water tank
6. Condensor

: mengembunkan uap menjadi cair

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

3

7. Low heater pressure
8. Deserator

: untuk mendapatkan tambahan air akibat kebocoran dan juga
mengolah air agar memenuhi mutu air ketel (NaCl, ClO2 & PH)

9. Boiler feed pump
10. High pressure heater
11. economizer
12. Steam drum
13. Boiler
14. Super heater
15. Steam turbin
16. Burge / kapak

: alat pengangkut bahan bakar minyak

17. Pumping house
18. Fuel oil tank
19. Fuel oil heater
20. Burner
21. Forced draught fan : menghasilkan udara untuk pembakaran
22. Air heater
23. Smoke stack

: pemanas udara
: membuang sisa gas

24. Generator
25. Main transformer
26. Switch yard
27. Transmission line

3. Pembangkit Listrik Tenaga Gas ( PLTG )
Sistem PLTG menggunakan prinsip siklus Brayton yang dibagi atas siklus
terbuka dan siklus tertutup. Pada siklus terbuka, fluida kerja adalah udara atmosfer dan
pengeluaran panas di atmosfer karena gas buang dari turbin dibuang ke atmosfer.
Gambar berikut menunjukkan sistem dan siklus kerja Brayton:

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

4

1. Burge / kapal : pengangkut bahan bakar
2. Pumping house
3. Fuel pump
4. Electric diesel motor
5. Air filter

: penyaring udara agar partikel debu tidak masuk kedalam

kompresor
6. Compressor

: menaikkantekanan udara untuk dibakar bersama bahan baker

7. Combustion system : membakar bahan baker dan udara serta menghasilkan
gas bersuhu dan bertekanan tinggi yang berenergi
8. Gas turbin

: mengubah energi gas menjadi energi gerak yang memutar

generator.
9. Stac / cerobong asap : membuang sisa gas panas dari turbin
10. Generator
11. Main Transformer
12. Switch yard
13. Transmission line
14. Gas

4. Pembangkit Listrik Tenaga Gas & Uap ( 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

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

5

digunakan untuk memutar sudu (baling-baling)Gas yang dihasilkan dalam ruang bakar
pada Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG) akan menggerakkan turbin dan kemudian
generator, yang akan mengubahnya menjadi energi listrik. Sama halnya dengan PLTU,
bahan bakar PLTG bisa berwujud cair (BBM) maupun gas (gas alam). Penggunaan
bahan bakar menentukan tingkat efisiensi pembakaran dan prosesnya. Prinsip kerja
PLTG adalah sebagai berikut, mula-mula udara dimasukkan dalm kompresor dengan
melalui air filter / penyaring udara agar partikel debu tidak ikut masuk ke dalam
kompresor tersebut. Pada kompresor tekanan udara dinaikkan lalu dialirkan ke ruang
bakar untuk dibakar bersama bahan bakar. Disini, penggunaan bahan bakar
menentukan apakah bisa langsung dibakar dengan udara atau tidak.
Turbin uap, Jika menggunakan BBG, gas bisa langsung dicampur dengan
udara untuk dibakar. Tapi jika menggunakan BBM harus dilakukan proses pengabutan
dahulu pada burner baru dicampur udara dan dibakar. Pembakaran bahan bakar dan
udara ini akan menghasilkan gas bersuhu dan bertekanan tinggi yang berenergi
(enthalpy). Gas ini lalu disemprotkan ke turbin, hingga enthalpy gas diubah oleh turbin
menjadi energi gerak yang memutar generator untuk menghasilkan listrik.
Setelah melalui turbin sisa gas panas tersebut dibuang melalui cerobong/stack. Karena
gas yang disemprotkan ke turbin bersuhu tinggi, maka pada saat yang sama dilakukan
pendinginan turbin dengan udara pendingin dari lubang udara pada turbin.Untuk
mencegah korosi akibat gas bersuhu tinggi ini, maka bahan bakar yang digunakan
tidak boleh mengandung logam Potasium, Vanadium, dan Sodium yang melampaui 1
part per mill (ppm).

2
5

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

6

1
0
1

4

1
4

1
3
1
2

6

5

1
5

1
6

1
7
2
1

2
4

9

2
3
8
2

3

7

1
1

2
0

1
8

1
9

2
2

1. Burge / kapal : pengangkut bahan bakar
2. Pumping house
3. Fuel pump
4. Electric diesel motor
5. Air filter : penyaring udara agar partikel debu tidak masuk kedalam kompresor
6. Compressor

: menaikkantekanan udara untuk dibakar bersama bahan baker

7. Combustion system : membakar bahan baker dan udara serta menghasilkan
gas bersuhu dan bertekanan tinggi yang berenergi
8. Gas turbin

: mengubah energi gas menjadi energi gerak yang memutar
generator.

9. Selector valpe
10. Stac / cerobong asap : membuang sisa gas panas dari turbin
11. Generator
12. Heat recovery steam & gas ketel uap PLTU yang memanfaatkan gas buang
PLTG
13. Stac / cerobong asap : membuang sisa gas panas dari turbin
14. Steam drum
15. Gas turbin
16. Generator

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

7

17. Condensor
18. Condensate pump
19. Deserator
20. Boiler feed pump
21. Main transformer
22. Main transformer
23. Switch yard
24. Transmission line
25. Gas

5. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel ( PLTD )

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel cocok untuk lokasi dimana pengeluaran
bahan bakar rendah, persediaan air terbatas, minyak sangat murah dibandingkan
dengan batubara dan semua beban besarnya adalah seperti yang dapat ditangani oleh
mesin pembangkit dalam kapasitas kecil serta dapat berfungsi dalam waktu yang
singkat.
Kegunaan dari suatu Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PTLD) adalah
penyedia daya listrik yang dapat berfungsi untuk :


Sebagai unit cadangan yang dijalankan pada saat unit peinbangkit
utama yang ada tidak dapat mencukupi kebutuhan daya listrik.



Sebagai unit pembangkit yang menyuplai listrik selama 24 jam atau
sebagai pemikul beban tetap. Sifat pengoperasian harus pada beban
dasar yang berkapasitas tertinggi dan tidak dipengaruhi oleh frekuensi
beban tetap. Hal ini memungkinkan juga bila pasokan dapat mengalami
gangguan.



Sebagai unit beban puncak atau Peak Load. Bila PLTD dioperasikan
pada beban puncak. biasanya dalam waktu yang tidak lama. Karena
dapat berfungsi untuk menaikkan tegangan yang turun pada saat beban
puncak.



Sebagai unit cadangan yang dijalankan saat keadaan darurat , saat
terjadi pemadaman pada unit pembangkit utama. Bila terjadi yang
mengakibatksn gangguan pada total seluruh jaringan listrik maka PLTD
dapat beroperasi tanpa bantuan tegangan dari luar dan langsung

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

8

mengisi tegangan serta menanggung beban listrik dengan cepat serta
membutuhkan perhatian yang sedikit.
Sedangkan keuntungan yang didapat daripada Pembangkit Listrik Tenaga Diesel
(PLTD) adalah :
- Investasi modal relatif rendah.
- Waktu pembangunan relatif singkat.
- Disain dan instalasi yang sederhana.
- Bahan bakar yang cukup murah.
- Dapat dijalankan dan dihentikan dengan cepat.
Faktor-faktor yang merupakan pertimbangan pilihan yang sesuai untuk PLTD antara
lain :
- Jarak dari beban dekat.
- Pondasi.
- Pengangkutan bahan bakar.
- Kebisingan dan kesulitan lingkungan.
- Persediaan areal tanah dan air.

3

5

8

6

7

1
1

2

1

4

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

9

Ismail Muchsin ST.,

1
0

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

9

1. Fuel tank
2. Fuel oil separator
3. Daily tank
4. Fuel oil booster
5. Diesel motor
6. Turbo charge : menaikkan efficiency udara yang dicampur dengan bahan bakar
dan menaikkan tekanan serta temperaturnya
7. Air intake filter
8. Exhaust gas silencer
9. Generator
10. Main transformer
11. transmission line

6. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi ( PLTP )
Kekayaan alam Indonesia memang melimpah ruah, dari mulai sumber daya alam
sampai sumber daya mineral semua tersedia. Sumber daya mineral yang melimpah di
negara tercinta ini antara lain emas, tembaga, platina, nikel, timah, batu bara, migas,
dan panas bumi. Panas bumi (geothermal) adalah salah satu kekayaan sumber daya
mineral yang belum banyak dimanfaatkan.
Saat ini panas bumi (geothermal) mulai menjadi perhatian dunia karena energi
yang dihasilkan dapat dikonversi menjadi energi listrik, selain bebas polusi. Beberapa
pembangkit listrik bertenaga panas bumi telah terpasang di manca negara seperti di
Amerika Serikat, Inggris, Perancis, Italia, Swedia, Swiss, Jerman, Selandia Baru,
Australia, dan Jepang. Amerika saat ini bahkan sedang sibuk dengan riset besar
mereka di bidang geothermal dengan nama Enhanced Geothermal Systems (EGS).
EGS diprakarsai oleh US Department of Energy (DOE) dan bekerja sama dengan

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

10

beberapa universitas seperti MIT, Southern Methodist University, dan University of
Utah. Proyek ini merupakan program jangka panjang dimana pada 2050 geothermal
meru-pakan sumber utama tenaga listrik Amerika Serikat. Program EGS bertujuan
untuk meningkatkan sumber daya geothermal, menciptakan teknologi ter-baik dan
ekonomis, memperpanjang life time sumur-sumur produksi, ekspansi sumber daya,
menekan harga listrik geothermal menjadi seekono-mis mungkin, dan keunggulan
lingkungan hidup.
Selain sebagai pemanas, panas bumi ternyata dapat juga mengha-silkan tenaga listrik.
Air panas alam bila bercampur dengan udara karena terjadi fraktur atau retakan maka
selain air panas akan keluar juga uap panas (steam). Air panas dan steam inilah yang
kemudian dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit tenaga listrik. Agar panas bumi
(geothermal) tersebut bisa dikonversi menjadi ener-gi listrik tentu diperlukan
pembangkit (power plants).

2

3

4

5

6

7

8

9

1

1
2

1
0

1
1

1. Sumur uap : mengambil uap panas yang didapat dari kantung uap dari perut
bumi
2. Stream receiving header
3. Separator
4. Demister
5. Governing valve

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

11

6. Turbin : merubah energi uap menjadi energi gerakl memutar generator
7. Generator
8. Main transformer
9. Transmission line
10. Condensor : mengubah uap menjadi cair
11. Sumur reinjection
12. Tanah
Reservoir panas bumi biasanya diklasifi-kasikan ke dalam dua golongan yaitu yang
ber-suhu rendah (low temperature) dengan suhu 99%) akan tetap tersimpan di dalam matriks bahan
bakar, yang berfungsi sebagai penghalang pertama, selama beroperasi aupun jika
terjadi kecelakaan, kelongsong bahan bakar akan berperan sebagai penghalang kedua
untuk mencegah terlepasnya zat radioaktif tersebut keluar kelongsong. Dalam hal zat
radioaktif masih dapat keluar dari dalam kelongsong, masih ada penghalang ketiga
yaitu system pendingin. Lepas dari sistem pendingin, masih ada penghalang keempat
berupa bejana tekan dibuat dari baja dengan tebal ± 20 cm. Penghalang kelima adalah
perisai beton dengan tebal 1,5 - 2 meter. Bila zat radioaktif itu masih ada yang lolos
dari perisai beton, masih ada penghalang keenam, yaitu system pengungkung yang
terdiri dari pelat baja setebal ± 7 cm dan beton setebal 1,5 - 2 meter yang kedap udara.
Jadi selama operasi atau jika terjadi kecelakaan, zat radioaktif benar-benar tersimpan
dalam reaktor dan tidak dilepaskan ke lingkungan. Kalaupun masih ada zat radioaktif
yang terlepas jumlahnya sudah sangat diperkecil sehingga dampaknya terhadap
lingkungan tidak berarti.

Pertahanan Berlapis

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

18

Disain keselamatan suatu PLTN menganut falsafah pertahanan berlapis (defence in
depth). Pertahanan berlapis ini meliputi: lapisan keselamatan pertama, PLTN
dirancang dibangun dan dioperasikan sesuai dengan ketentuan yang sangat ketat,
mutu yang tinggi dan teknologi mutakhir; lapis keselamatan kedua, PLTN dilengkapi
dengan sistem pengamanan/keselamatan yang digunakan untuk mencegah dan
mengatasi akibatakibat dari kecelakaan yang mungkin dapat terjadi selama umur
PLTN; dan lapis keselamatan ketiga, PLTN dilengkapi dengan sistem pengamanan
tambahan, yang dapat diandalkan untuk dapat mengatasi kecelakaan hipotesis, atau
kecelakaan terparah yang diperkirakan dapat terjadi pada suatu PLTN. Namun
demikian kecelakaan tersebut kemungkinan terjadinya sedemikian kecil sehingga tidak
akan pernah terjadi selama umur operasi PLTN.
Limbah Radioaktif
Selama operasi PLTN, pencemaran yang disebabkan oleh zat radioaktif terhadap
lingkungan dapat dikatakan tidak ada. Air laut atau sungai yang dipergunakan untuk
membawa panas dari kondensor sama sekali tidak mengandung zat radioaktif, karena
tidak bercampur dengan air pendingin yang bersirkulasi di dalam reaktor. Gas
radioaktif yang dapat keluar dari sistem reaktor tetap terkungkung di dalam sistem
pengungkung PLTN dan sudah melalui sistem ventilasi dengan filter yang berlapislapis. Gas yang dilepas melalui cerobong aktivitasnya sangat kecil (sekitar 2
milicurie/tahun), sehingga tidak menimbulkan dampak terhadap lingkungan. Pada
PLTN sebagian besar limbah yang dihasilkan adalah limbah aktivitas rendah (70 80%). Sedangkan limbah aktivitas tinggi dihasilkan pada proses daur ulang elemen
bakar nuklir bekas, sehingga apabila elemen bakar bekasnya tidak didaur ulang,
limbah aktivitas tinggi ini jumlahnya sangat sedikit. Penanganan limbah radioaktif
aktivitas rendah, sedang, dan tinggi pada umumnya mengikuti tiga prinsip, yaitu:
• Memperkecil volumenya dengan cara evaporasi, insenerasi, kompaksi/ditekan
• Mengolah menjadi bentuk stabil (baik fisik maupun kimia) untuk memudahkan dalam
transportasi dan penyimpanan 3/4
• Menyimpan limbah yang telah diolah, ditempat yang terisolasi.
Pengolahan limbah cair dengan cara evaporasi/pemanasan untuk memperkecil
volume, kemudian dipadatkan dengan semen (sementasi) atau dengan gelas masif
(vitrifikasi) di dalam wadah yang kedap air, tahan banting, misalnya terbuat dari beton
bertulang atau dari baja tahan karat. Pengolahan limbah padat adalah dengan cara
diperkecil volumenya melalui proses insenerasi/pembakaran, selanjutnya abunya
disementasi. Sedangkan limbah yang tidak dapat dibakar diperkecil volumenya dengan
kompaksi/penekanan dan dipadatkan dalam drum/beton dengan semen. Sedang

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

19

limbah padat yang tidak dapat dibakar atau tidak dapat dikompaksi, harus dipotongpotong dan dimasukkan dalam beton kemudian dipadatkan dengan semen atau gelas
masif. Selanjutnya limbah radioaktif yang telah diolah disimpan secara sementara (10 50 tahun) di gudang penyimpanan limbah yang kedap air sebelum disimpan secara
lestari. Tempat penyimpanan limbah lestari dipilih di tempat/lokasi khusus, dengan
kondisi geologi yang stabil dan secara ekonomi tidak bermanfaat.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

MT.

Ismail Muchsin ST.,

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK

20