Studi Performansi Pembangkit Listrik Tenaga Mesin Gas (PLTMG) Di Daerah Krisis Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1

Proses Pembangkitan Tenaga Listrik
Pembangkitan tenaga listrik semakin besar dilakukan dengan cara memutar

generator sinkron sehingga di dapat tenaga listrik dengan tegangan bolak-balik
tiga fasa. Energi mekanik yang diperlukan untuk memutar generator sinkron
didapat dari mesin penggerak generator atau biasa disebut penggerak mula (prime
mover ). Mesin penggerak generator yang banyak digunakan dalam praktk, yaitu
mesin diesel, turbin uap, turbin air dan turbin gas. Mesin-mesin penggerak
generator ini mendapat energi dari:
1. Proses pembakaran bahan bakar ( mesin-mesin termal )
2. Air terjun ( turbin air )
Jadi sesungguhnya mesin penggerak generator melakukan konversi energi
primer menjadi energi generator. Proses konversi energi primer menjadi energi
mekanik menimbulkan ”produk” sampingan berupa limbah dan kebisingan yang
perlu dikandalikan agas tidak menimbulkan masalah lingkungan.
Dari segi ekonomi teknik, komponen biaya penyedia tenaga listrik yang
terbesar adalah biaya pembangkitan, khususnya biaya bahan bakar. Oleh sebab

itu, berbagai tehnik untuk menekan biaya biaya bahan bakar terus berkembang,
baik dari segi unit pembangkit secara individu maupun dari segi operasi sistem
tenaga listrik secara terpadu.
Pusat pembangkit listrik adalah tempat dimana proses pembangkitan tenaga
listrik dilakukan. Mengingat proses pembakitan tenaga listrik merupakan proses

16

Universitas Sumatera Utara

konversi energi primer ( bahan bakar atau potensi air ) menjadi energi mekanik
penggerak generator, yang selanjutnya energi mekanik ini diubah menjadi energi
listrik oleh generator, maka dalam pusat listrik umumnya terdapat;
1. Instalasi energi primer, yaitu instalasi bahan bakar atau instalasi tenaga
air.
2. Instalasi mesin penggerak generator, yaitu instalasi yang berfungsi
sebagai pengubah energi primer menjadi energi mekanik penggerak
genertor. Mesin penggerak generator ini dapat berupa ketel uap beserta
turbin uap, mesin diesel, turbin gas, atau turbin air.
3. Instalasi pendingin, yaitu instalasi yang berfungsi mendinginkan

instalasi mesin penggerak yang menggunakan bahan bakar.
4. Instalasi listrik, yaitu instalasi yang secara garis besar terdiri dari :
 Instalasi tenaga tinggi, yaitu instalasi yang menyalurkan energi
listrik yang dibangkitkan generator.
 Instalasi tegangan rendah, yaitu instalasi alat-alat bantu dan
instalasi penerangan.
 Instalasi arus searah, yaitu instalasi yang terdiri dari baterai aki
beserta pengisinya dan jaringan arus searah yang terutama digunakan
untuk proteksi, kontrol dan telekomunikasi.
2.1.1. Jenis-Jenis Pusat Pembangkit Listrik
Berdasarkan uraian diatas, di dalam prakteknya terdapat jenis-jenis pusat
listrik sebagai berikut;
1. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA): pusat pembangkit
listrik ini menggunakan tenaga air sebagai sumber energi primer.

17

Universitas Sumatera Utara

2. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD): Pusat pembangkit

listrik ini menggunakan bahan bakar minyak
3. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Pusat pembangkit listrik
ini menggunakan bahan bakar batubara, minyak atau gas sebagai sumber
energi primer.
4. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) Pusat pembangkit listrik
ini menggunakan bahan bakar gas atau minyak sebagai sumber energi
primer.
5. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Pusat
pembangkit listrik ini kombinasi PLTG dan PLTU. Gas buang dari
PLTG dimanfaatkan untuk menghasilkan uap dalam ketel uap penghasil
uap untuk penggerak turbin uap.
6. Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) PLTP merupakan PLTU
yang tidak mempunyai ketel uap karena uap penggerak turbin uapnya
didapat dari bumi.
7. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) PLTN merupakan PLTU yang
menggunakan uranium sebagai bahan bakar yang menjadi sumber energi
primernya. Uranium menjalani proses fission ( fisi ) di dalam reaktor
nuklir yang menghasilkan

energi

panas yang digunakan

untuk

menghasilkan uap dalam ketel uap. Uap ini selanjutnya digunakan
untuk menggerakkan turbin uap penggerak generator.

2.1.2. Instalasi Listrik dari Pusat Pembangkit Listrik

18

Universitas Sumatera Utara

Pada umumnya pusat listrik membangkitkan arus bolak balik tiga fasa
dengan menggunakan generator sinkron. Gambar 2.1 menggambarkan diagram
satu garis instalasi tenaga listrik sebuah pusat listrik yang sederhana.

Gambar 2.1 Diagram 1 garis instalasi tenaga listrik sebuah pusat listrik
sederhana. PMT/CB = Pemutus tenaga(Circuit Breaker); PMS/DS =

Sakelar Pemisah (Diconnecting Switch)
Tegangan generator yang paling tinggi yang dapat dibangkitkan adalah 23
kV. Pada saat ini, dalam tingkat riset sedang dikembangkan generator yang dapat
membangkitkan tegangan sampai 150 kV.
Pusat listrik yang sudah beroperasi secara komersial saat ini seperti
gambar 2.1, yaitu tegangan dari generator dinaikkan dahulu dengan menggunakan
transformator, baru kemudian dihubungkan ke rel melalui pemutus tenaga
(PMT). Pemutu tenaga adalah sakelar tegangan tinggi yang mampu memutuskan
arus gangguan. Arus gangguan besarnya mencapai beberapa ribu kali besarnya
arus operasi normal.
Di depan dan di belakang setiap pemutus tenaga harus ada pemisah (PMS),
yaitu sakelar yang hanya boleh dioperasikan (ditutup dan dibuka) dalam keadaan
tidak ada arus yang melaluinya, tetapi posisi pisau sakelar harus jelas terlihat.

19

Universitas Sumatera Utara

Hal ini berkaitan dengan masalah keselamatan kerja pada saat instalasi tegangan
tinggi akan dibebaskan dari tegangan karena akan disentuh orang misalnya untuk

pekerjaan pemeliharaan atau perbaikan.
Semua generator sebagai penghasil energi dihubungkan dengan rel
(busbar). Begitu pula semua saluran keluar dari rel pusat listrik dihubunkan
dengan rel pusat listrik. Saluran keluar dari rel pusat listrik ada yang berfungsi
mengirim tenaga listrik dalam jumlah besar ke lokasi lain dan ada yang berfungsi
untuk menyediakan tenaga listrik di lokasi sekitar pusat listrik tersebut berada,
bahkan selalu ada saluran (feeder atau penyulang) yang berfungsi menyediakan
tenaga listrik bagi keperluan pusat listrik itu sendiri. Pusat listrik memerlukan
tenaga listrik untuk lampu penerangan dan untuk menjalankan motor-motor
listrik, seperti ; motor listrik penggerak, pompa air pendingin, motor listrik
penggerak penyejuk udara, motor listrik pengangkat, dan lain- lain.
Dalam pusat listrik ini juga ada instalasi listrik arus searah. Arus searah
diperlukan untuk menggerakkan mekanisme pemutusan tenaga (PMT) dan untuk
lampu penerangan darurat. Sebagai sumber arus searah digunakan baterai aki
yang diisi oleh penyearah.
2.1.3. Mutu Tegangan Listrik
Dengan makin pentingnya peranan tenaga listrik dalam keidupa n seharihari, khususnya bagi keperluan industri,maka mutu tenaga listrik juga menjadi
tuntutan yang makin besar dari pihak pemakai tenaga listrik.
Mutu tenaga listrik ini meliputi:
a. Kontinuitas penyediaan;apakah tersedia 24 jam sehari sepanjang tahun.

b. Nilai tegangan ; apakah selalu ada dalam batas-batas yang di ijinkan.

20

Universitas Sumatera Utara

c. Nilai frekuensi ; apakah selalu ada dalam batas-batas yang di ijinkan.
d. Kedip tegangan ; apakah besarnya dan lamanya masih dapat diterima
oleh pemakai tenaga listrik.
e. Kandungan harmonisa ; apakah jumkahnya masih dalam batas-batas
yang dapat ditrima oleh pemakai tenaga listrik.
Unsur-unsur a sampai dengan e dapat direkam sehingga masalahnya dapat
dibahas secara kuantitatif antara pihak penyedia dan pemakai tenaga listrik.
2.2

Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

2.2.1. Prinsip Kerja PLTG

Gambar 2.2 Skema PLTG

Secara garis besar diagram ini dimulai dari energi udara dan bahan bakar
diubah menjadi energi gas. Energi gas yang dihasilkan dari proses pembakaran
digunakan untuk memutar Turbin sehingga pada step ini ada perubahan energi
dari energi gas menjadi energi mekanik. Karena Turbin dan Generator satu poros
maka pada saat Turbin berputar maka Generator juga ikut berputar sehingga
menghasilkan energi listrik, pada step ini terjadi perubahan energi yaitu dari
energi mekanik menjadi energi listrik.

21

Universitas Sumatera Utara

Udara luar dihisap oleh compressor dan dialirkan ke combuster, demikian
juga dengan bahan bakar yang dipompa oleh pompa bahan bakar menuju
combuster juga. Pada combuster terjadi pertemuan antara udara, bahan bakar, dan
panas yang ditimbulkan oleh ignitor sehingga terjadi pembakaran. Dari hasil
pembakaran menghasilkan gas yang kemudian gas tersebut memutar Turbin dan
juga memutar Generator karena satu poros sehingga timbulah listrik. Sisa gas
yang digunakan untuk memutar Turbin sebagian keluar menuju Stack. Dari flow
Diagram diatas dapat dimbil kesimpulan bahwa pada PLTG menggunakan Siklus

Terbuka (Open Cycle) karena gas yang telah digunakan untuk memutar Turbin
langsung dibuang ke Stack atau dimanfaatkan sebagai pemanas awal pada
PLTGU. Dengan menggunakan analisa termodinamika dapat digunakan siklus
brayton, pada siklus ini ada 2 prsoses isobaric dan 2 proses isentropic.

Proses Pembangkitan PLTG

22

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.3 Proses Pembangkitan pada PLTG
Sesuai dengan prisip kerja dari PLTG maka proses pembangkitan pada
PLTG dapat ditunjukakan pada gambar 2.3 diatas.
Komponen Utama dari PLTG
a. Kompresor.
b. Ruang baker (combuster)
c. Turbin.
d. Generator.
Selain peralatan utama seperti disebutkan diatas diperlukan juga peralatan

pendukung, yaitu :
1. Air Intake
Berfungsi mensuplai udara bersih ke dalam kompresor.
2. Blow off Valve
Berfungsi mengurangi besarnya aliran udara yang masuk ke dalam
kompressor utama atau membuang sebagian udara dari tingkat tertentu
untuk menghindari terjadinya stall (tekanan udara yang besar dan tiba-

23

Universitas Sumatera Utara

tiba terhadap sudu kompresor yang menyebabkan patahnya sudu
kompresor)
3. VIGV ( Variable Inlet Guide Fan )
Berfungsi untuk mengatur jumlah volume udara yang akan di
kompresikan sesuai kebutuhan.
4. Ignitor
Berfungsi penyalaan awal atau start up. Campuran bahan bakar dengan
udara dapat menyala oleh percikan bunga api dari ignitor yang

terpasang di dekat fuel nozzle burner dan campuran bahan bakar
menggunakan bahan bakar propane atau LPG.
5. Lube oil system
Berfungsi memberikan pelumasan dan juga sebagai pendingin bearingbearing seperti bearing turbin, kompressor, generator. Memberikan
minyak pelumas ke jacking oil system. Memberikan supply minyak
pelumas ke power oil system. Sistem pelumas di dinginkan oleh air
pendingin siklus tertutup.
6. Hydraulic rotor barring
Rotor bearing system terdiri dari : DC pump, Manual pump, Constant
pressure valve, pilot valve, hydraulic piston rotor barring. Rotor
barring beroperasi pada saat unit stand by dan unit shutdown ( selesai
operasi ). Rotor barring on < 1 rpm. Akibat yang timbul apabila rotor
barring bermasalah ialah rotor bengkok dan saat start up akan timbul
vibrasi yang tinggi dan dapat menyebabkan gas turbin trip.
7. Exhaust fan oil vapour

24

Universitas Sumatera Utara

Berfungsi utama membuang gas-gas yang tidak terpakai yang terbawa
oleh minyak pelumas

setelah melumasi bearing-bearing turbin,

compressor dan generator. Fungsi lain adalah membuat vaccum di lube
oil tank yang tujuannya agar proses minyak kembali lebih cepat dan
untuk menjaga kerapatan minyak pelumas di bearing-bearing ( seal oil )
sehingga tidak terjadi kebocoran minyak pelumas di sisi bearing.
8. Power oil system
Berfungsi mensupply minyak pelumas ke :
 Hydraulic piston untuk menggerakkan VIGV

 Control-control valve ( CV untuk bahan bakar dan CV untuk air )

 Protection dan safety system ( trip valve staging valve ) Terdiri dari 2
buah pompa yang digerakkan oleh 2 motor AC.

9. Jacking oil system
Berfungsi mensupply minyak ke journal bearing saat unit shut down atau
stand by dengan tekanan yang tinggi dan membentuk lapisan film di
bearing. Terdiri dari 6 cylinder piston-piston yang mensupply ke lineline:
1-2 line mensupply minyak pelumas ke journal bearing.
2-2 line mensupply minyak pelumas ke compressor journal bearing.
3-1 line mensupply minyak pelumas ke drive end generator journal
bearing.
4-1 line mensupply minyak pelumas ke non drive end generator
journal bearing.
2.2.2. Sistem Kontrol Pembangkit Listrik Tenaga Gas

25

Universitas Sumatera Utara

 Egatrol : Kontrol utama Gas Turbin yang mengatur :
Start Up Kontrol
Mengatur urut-urutan Start dan Stop Gas Turbin secara Automatis
- Load / Frekuensi Kontrol
Mengatur operasi Gas Turbin untuk mendapatkan beban yang
diinginkan sesuai Set Point-nya.
- Temperatur Kontrol
Mengatur operasi Gas Turbin saat Beban Maximum (Base Load).
 Unitrol : Mengatur Kerja Excitasi (Tegangan Generator) sesuai
permintaan Egatrol.
2.2.2.1. Kompresor
Kompresor adalah alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan
tekanan fluida mampu mampat, yaitu gas atau udara dengan tujuan meningkatkan
tekanan supaya mengalirkan atau kebutuhan proses dalam suatu system proses
yang lebih besar (dapat system fisika maupun kimia contohnya pada pabrikpabrik kimia untuk kebutuhan reaksi). Secara umum kompresor dibagi menjadi
dua jenis yaitu dinamik dan perpindahan positif.
Kompresor utama adalah kompesor aksial yang berguna untuk memasok
udara bertekanan ke dalam ruang bakar yang sesuai dengan kebutuhan. Kapasitas
kompresor harus cukup besar karena pasokan udara lebih (excess air) untuk
turbin gas dapat mencapai 350 %. Disamping untuk mendapatkan pembakaran
yang sempurna, udara lebih ini digunakan untuk pendingin dan menurunkan suhu
gas hasil pembakaran.
Jenis kompresor

26

Universitas Sumatera Utara

1. Kompresor dinamik
a. Kompresor Sentrifugal
b. Kompresor Axial
2. Kompresor perpindahan positif (possitive displacement):
a. Kompresor Piston (Reciprocating Compresor)
 Kompresor Piston Aksi Tunggal
 Kompresor Piston Aksi Ganda

 Kompresor Piston Diagfragma
b. Kompresor Putar
 Kompresor Ulir Putar (Rotary Screw Compressor)

 Lobe

 Vane

 Liquid Ring

 Scroll

2.2.2.2. Ruang baker (combuster)
Combustion Chamber adalah ruangan tempat proses terjadinya pembakaran.
Ada turbin gas yang mempunyai satu atau dua Combustion Chamber yang
letaknya terpisah dari casing turbin, akan tetapi yang lebih banyak dijumpai
adalah memiliki Combustion Chamber dengan beberapa buah Combustion
basket, mengelilingi sisi masuk (inlet) turbin. Di dalam Combustion Chamber
dipasang komponen-komponen untuk proses pembakaran beserta sarana
penunjangnya, diantaranya:
1. Fuel Nozzle
2. Combustion Liner

27

Universitas Sumatera Utara

3. Transition Piece
4. Igniter
5. Flame Detektor
2.2.2.3. Turbin Gas
Turbin Gas berfungsi untuk membangkitkan energi mekanis dari sumber
energi panas yang dihasilkan pada proses pembakaran. Selanjutnya energi
mekanis ini akan digunakan untuk memutar generator listrik baik melalui
perantaraan Load Gear atau tidak, sehingga diperoleh energi listrik. Bagianbagian utama Turbin Gas adalah:
1. Sudu Tetap
2. Sudu Jalan
3. Saluran Gas Buang
4. Saluran Udara Pendingin
5. Batalan
6. Auxiallary Gear
2.2.2.4. Generator
2.2.2.4.1. Prinsip Kerja Generator
Prinsip kerja generator sinkron dapat dianalisis melalui pengoperasian
generator dalam kondisi berbeban, tanpa beban, menentukan reaktansi dan
resistansi dengan melakuka n percobaan tanpa beban (beban nol), percobaan
hubung singkat dan percobaan resistansi jangkar. Kecepatan rotor dan frekuensi
dari tegangan yang dibangkitkan oleh suatu generator sinkron adalah berbanding
secara langsung. Gambar 2.4 akan memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah

28

Universitas Sumatera Utara

generator AC dengan dua kutub, dan dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang
terbuat dari dua penghantar secara seri.

Gambar 2.4 Diagram Generator AC Satu Phasa Dua Kutub.
Lilitan seperti disebutkan diatas disebut “lilitan terpusat”,

dalam

generator sebenarnya terdiri dari banyak lilitan dalam masing-masing fasa
yang

terdistribusi pada masing-masing alur stator dan disebut “lilitan

terdistribusi”. Diasumsikan rotor berputar searah jarum jam, maka fluks medan
rotor bergerak sesuai lilitan jangkar.
Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus perdetik
atau 1 Hertz (Hz). Bila kecepatannya 60 Revolution per menit (Rpm), frekuensi 1
Hz. Maka untuk frekuensi f = 60 Hz, rotor harus berputar 3600 Rpm. Untuk
kecepatan rotor n rpm, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per
detik (rps). Bila rotor mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya P kutub
maka masing-masing revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan
dalam lilitan stator. Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari
kecepatan rotor, dan diformulasikan dengan :
�

�= �

�

(Hertz)………………………………………………………..(2.1)

29

Universitas Sumatera Utara

Untuk generator sinkron tiga fasa, harus ada tiga belitan yang masing
masing terpisah sebesar 120° listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara
seperti diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ pada gambar 2.5.
Masing-masing lilitan akan menghasilkan gelombang fluks sinus, dimana satu
dengan lainnya berbeda 120°. Dalam keadaan seimbang besarnya fluks sesaat :
ΦA = Φm.
Sin ωt ΦB = Φm.
Sin ( ωt – 120° ) ΦC = Φm. Sin ( ωt – 240° )…………………………...(2.2)

Gambar 2.5 Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub
Besarnya fluks resultan adalah jumlah vektor ketiga fluks tersebut adalah
ΦT = ΦA +ΦB + ΦC…………………………………………………….(2.3)
yang merupakan fungsi tempat (Φ) dan waktu (t), maka besarnya fluks total
adalah:
ΦT = Φm.Sin ωt + Φm.Sin(ωt – 120°) + Φm. Sin(ωt– 240°). Cos (φ –
240°)
Dengan memakai transformasi trigonometri dari :
Sin α . Cos β = ½.Sin (α + β) + ½ Sin (α + β )…………………………(2.4)
maka dari persamaan diatas diperoleh :

30

Universitas Sumatera Utara

ΦT = ½.Φm. Sin (ωt +φ ) + ½.Φm. Sin(ωt – φ) + ½.Φm. Sin (ωt + φ –
240°) +½.Φm. Sin (ωt – φ) + ½.Φm. Sin (ωt + φ – 480°)
Dari persamaan diatas, bila diuraikan maka suku kesatu, ketiga, dan kelima
akan saling menghilangkan. Dengan demikian dari persamaan akan di dapat
fluks total sebesar,
ΦT = ¾ Φm. Sin ( ωt - Φ ) Weber……………………………………(2.10)
Jadi medan resultan merupakan medan putar dengan modulus 3/2 Φ dengan
sudut putar sebesar ω. Maka besarnya tegangan masing -masing fasa adalah :
Emaks = Bm. ℓ. ω r Volt……………………………………………….(2.11)
dimana : Bm = Kerapatan Fluks maksimum kumparan medan rotor (Tesla)
ℓ = Panjang masing-masing lilitan dalam medan magnetik (Weber)
ω = Kecepatan sudut dari rotor (rad/s)
r = Radius dari jangkar (meter)
2.2.2.4.2. Konstruksi Generator Sinkron
Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan
konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron . Ada
dua struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari
mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC atau disebut
kumparan medan dan sebuah kumparan atau disebut kumparan jangkar tempat
dibangkitkannya GGL arus bolak-balik. Hampir semua mesin sinkron mempunyai
kumparan jangkar berupa stator yang diam dan struktur medan magnet berputar
sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan
pada sumber DC luar melalui cincin geser (slip ring) dan sikat arang (carbon

31

Universitas Sumatera Utara

brush), tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem
brushless excitation.
Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin,
mesin dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk
silinder seperti pada gambar 2.6a, sedangkan mesin dengan kecepatan rendah
seperti Hydroelectric (PLTA) atau Generator Listrik Diesel mempunyai rotor
kutub menonjol seperti pada gambar 2.6b.

Gambar 2.6a. Bentuk rotor kutub silinder

Gambar 2.6b. Bentuk

Stator
Stator dari Mesin Sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik, yang berbentuk
laminasi agar dimaksudkan untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti
ferromagnetik
mengandung

yang
bahan

bagus
yang

berarti
memiliki

permeabilitas dan resistivitas tinggi.
Gambar

2.7 memperlihatkan alur stator yang

terdapat

kumparan jangkar. Kumparan/belitan

jangkar pada stator yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga fasa, ada dua
tipe yaitu : a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding). b. Belitan berlapis ganda
(Double Layer Winding).

32

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.7 Inti Stator dan Alur pada Stator
2.2.2.4.3. Generator Tanpa Beban
Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan
diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan ( If), maka pada
kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban ( Eo), yaitu
sebesar:
Eo = 4,44 .Kd. Kp. f. φm. T Volt
Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator,
sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus
medan (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan keluaran juga
akan naik sampai titik saturasi (jenuh), seperti diperlihatkan pada gambar 2.8.
Kondisi generator tanpa beban bisa digambarkan rangkaian ekuivalennya
seperti diperlihatkan pada gambar 2.8b.

33

Universitas Sumatera Utara

a

b

Gambar 2.8. a dan b Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Generator
Tanpa Beban
2.2.2.4.4. Generator Berbeban
Bila generator diberi beban yang berubah -ubah maka besarnya tegangan
terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan
pada
1. Resistansi Jangkar
Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegangan
jatuh/fasa dan I . Ra yang sefasa dengan arus jangkar.
2. Reaktansi Bocor Jangkar
Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang
terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini
disebut “fluks bocor”.
3. Reaksi Jangkar
4. Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator
dibebani akan menimbulkan fluks jangkar (ΦA) yang berintegrasi dengan

34

Universitas Sumatera Utara

fluks yang dihasilkan pada kumparan medan rotor (ΦF), sehingga akan
dihasilkan suatu fluks resultan sebesar φR = φF + φA.
2.2.2.4.5. Paralel Generator
Paralel generator dapat diartikan menggabungkan dua buah generatoratau
lebih dan kemudian dioperasikan secara bersama sama dengan tujuan :
1. Mendapatkan daya yang lebih besar.
2. Untuk effisiensi (Menghemat biaya pemakaian operasional dan
Menghemat biaya pembelian)
3. Untuk memudahkan penentuan kapasitas generator.
4. Untuk menjamin kotinyuitas ketersediaan daya listrik.
2.2.2.5. Spesifikasi Mobile Power Plant
2. Gambar 2.9 Pembangkit Seluler TM2500
3.

TM2500 adalah aeroderivative turbin gas pembangkit seluler yang tersedia
untuk 50 Hz dan 60 Hz yang berfungsi baik sebagai solusi daya yang cepat

atau untuk menghasilkan tenaga cadangan di daerah krisis seperti bencana
alam, penutupan pabrik, atau ketidakstabilan jaringan.

35

Universitas Sumatera Utara

TM2500

50 Hz

Keluaran ( MW )

30,7

Efisiensi ( % )

34,7 %

Tingkat Panas

9832

( Btu/kWh-lHv )
Tingkat Panas

10374

( kj/kWh-lHv )
Temperatur Gas Buang ( C )

517

Temperatur Gas Buang ( F )

963

Ruang Bakar

SAC

Emisi Gas

25

( ppm 15%/O2 )

2.2.2.6

Pembangkit Listrik Tenaga Mesin Gas (PLTMG)
Pembangkit listrik tenaga mesin gas atau gas engine for power

generation, merupakan mesin jenis torak ( reciprocrating ) yang memiliki prinsip
kerja siklus empat langkah.

1.

Sistem Bahan Bakar (Fuel System)

PLTMG di Indonesia umumnya menggunakan mesin dengan dua bahan
bakar, baik dengan konfigurasi dual-fuel, ataupun bi-fuel. Karena umumnya
mesin yang dipakai menggunakan dua (2) bahan bakar, oleh karena itu

36

Universitas Sumatera Utara

sistem bahan bakarnya juga harus bisa mengakomodir kedua bahan bakar
tersebut. Bahan bakar yang umumnya digunakan adalah gas alam (natural
gas) dan minyak diesel (HSD/MFO).

Bahan bakar gas umumnya didapatkan dari stasiun gas terdekat. Sebelum
masuk ke area pembangkit, gas dari sumber ini dilewatkan area pembersih
terlebih dahulu, atau yang lebih sering kita kenal dengan istilah Scrubber.
Pada area ini, gas umumnya dipersiapkan baik dari sisi kebersihan, kadar
air, ataupun tekannya, agar dapat/siap jika diumpankan langsung ke unit
mesin gas.

Sebelum diumpankan langsung ke dalam mesin, gas disaring lagi
menggunakan sebuah filter. Umumnya posisi filter ini akan duduk bersama
beberapa instrumen lapangan (field instrument) yang tergabung dalam
sebuah modul gas (gas module), yang tugas utamanya adalah untuk
pengaturan volume, keamanan sistem dan untuk memastikan bahwa gas siap
diumpankan ke mesin.

Bahan bakar minyak diesel biasanya digunakan untuk dua (2) fungsi,
yaitu untuk bahan bakar awalan (pilot fuel) dan bahan bakar utama (main
fuel). Fungsi bahan bakar utama (main fuel) digunakan jika dan hanya jika
mesin gas dioperasikan menggunakan bahan bakar minyak solar sebagai
bahan bakar utamanya, atau pada kondisi mesin sebelum switch-over bahan
bakar ke sistem gas. Sedangkan fungsi sebagai bahan bakar awalan (pilot
fuel) akan selalu digunakan pada setiap upaya operasi mesin (starting &
operation engine).

37

Universitas Sumatera Utara

Sebelum diumpankan ke dalam mesin, bahan bakar minyak akan disaring
terlebih dahulu menggunakan sebuah filter. Posisi filter bisa berada sebelum
mesin, ataupun digabung dalam sebuah modul pada posisi dekat dengan
pompa pengumpan (feed pump).

Bahan bakar solar yang ada saat ini umumnya sudah baik, sehingga tidak
diperlukan pengolahan lebih lanjut menggunakan fasilitas pengolahan bahan
bakar minyak (advance fuel oil treatment plant).

2. Sistem Pelumas (Lubrication System)

Pelumas sangat penting bagi sebuah mesin. Dengan adanya pelumas,
gesekan bisa dikurangi dengan cukup signifikan. Selama operasi, jumlah
pelumas dalam mesin mengalami sedikit pengurangan dan bekerja dalam
siklus tertutup.

Karena melindungi bagian mesin dari gesekan secara lagsung, pelumas
memiliki temperatur yang cukup tinggi. Untuk mengembalikan
temperaturnya ke keadaan normal, digunakan bantuan alat penukar panas
(heat exchanger), yang menukar panas dari pelumas ke air pendingin.
Selanjutnya air pendingin yang telah naik temeraturnya ini, didinginkan
kembali dengan bantuan radiator.

Pada saat mesin mengalami perawatan (maintenance), pelumas yang
masih baik kondisinya dapat dipompa dan dikumpulkan ke dalam tangki
pelumas servis (service lube oil tank). Harapannya, pelumas ini bisa
dipergunakan kembali setelah mesin melakukan perawatan.

38

Universitas Sumatera Utara

Pelumas-pelumas yang tertumpah di ruang mesin utama (engine hall) dan
ceceran bahan bakar minyak (HSD/MFO/LFO) akan dikumpulkan pada bak
penampung (drain pan) yang ada di masing-masing modul dan selanjutnya
dipompa untuk ditampung dalam tangki bahan limbah (sludge tank). Sisasisa pelumas dan minyak yang ditampung dalam tangki bahan limbah
selanjutnya akan dikirim ke tempat penampungan dan pengolahan bahan
limbah berbahaya terdekat, dengan menggunakan mobil truk pengangkut.

Sebelumnya diumpankan ke dalam mesin dan turbocharger, pelumas
akan disaring terlebih dahulu menggunakan sebuah filter. Umumnya
posisi filter ini akan duduk bersama beberapa instrumen lapangan (field
instrument) yang tergabung dalam sebuah modul pelumas (lube oil module).

3.

Sistem Pendingin (Cooling System)

Sistem pendingin utama pada sebuah Pusat Listrik Tenaga Mesin Gas
(PLTMG) biasanya berupa instalasi tower pendingin (cooling tower)
ataupun berupa radiator. Kedua peralatan tersebut berfungsi untuk
menurunkan temperatur air pendingin (cooling water) yang dipergunakan
untuk mendinginkan bagian mesin gas, pelumas dan turbocharger.

Baik tower pendingin ataupun radiator, untuk proses pendinginannya,
umumnya menggunakan metode penggerak paksa (forced draft), yang dapat
berupa kipas pendingin (cooling fan). Pilihan ini cukup masuk akal dalam
rangka memperkecil biaya investasi awal, yaitu dengan cara mengurangi

39

Universitas Sumatera Utara

luas lahan dan biaya konstruksi, bila dibandingkan dengan menggunakan
alat serupa dengan metode penggerak alami (natural forced).

Sumber air untuk sebuah PLTMG dapat berupa air baku yang bisa
berasal dari laut, sungai dan sumur dalam (deep well) yang sebelumnya
diolah melalui sebuaah sistem pengolahan air, ataupun berupa air olahan
yang berasal dari perusahaan pengelola air setempat.

Walaupun air dalam sistem pendingin ini bekerja dalam siklus tertutup,
akan tetapi selama operasi tetap ada sebagian kecil air yang menguap. Untuk
itu tetap diperlukan penambahan air, untuk menjaga agar unjuk kerja sistem
dapat tetap dijaga.

Untuk meningkatkan unjuk kerja dan umur dari peralatan, lebih
disarankan jika dalam periode operasional, digunakan air olahan dengan
kualitas yang baik, sedikit penambahan inhibitor kimia untuk mencegah
lumut dan karat, serta perawatan yang teratur.

4.

Sistem Udara Mesin (Engine Air System)

Sistem udara untuk mesin gas, secara kasar dapat dikelompokkan
menjadi dua (2) bagian, yaitu : sistem udara pembakaran (charge air) dan
sistem udara sisa pembakaran (exhaust air).

Sistem udara pembakaran (charge air) adalah sistem yang mengatur
banyaknya udara yang dibutuhkan oleh mesin, termasuk menyesuaikan
spesifikasinya agar sesuai dengan kebutuhan mesin.

40

Universitas Sumatera Utara

Sebelum masuk kedalam mesin, dilakukan penyaringan (filtration)
terhadap debu dan kotoran dan reduksi level kebisingan (noise level).
Selanjutnya, untuk meningkatkan efisiensi mesin, udara sebelum memasuki
ruang bakar akan ditingkatkan tekananan dan temperaturnya agar sedekat
mungkin kepada tekanan dan temperatur bakarnya. Untuk itu, digunakan
alat bantu yang bernama turbocharger.

Pada proses pembakaran yang melibatkan udara, tentunya akan
dihasilkan udara sisa pembakaran (exhaust air) yang juga harus diolah dan
disalurkan dengan bijak. Karena terjadi sebagai hasil dari sebuah proses
pembakaran, umumnya udara sisa pembakaran ini memiliki temperatur yang
cukup tinggi. Oleh karena itu, umumnya saluran untuk udara tipe ini selalu
dilapisi dengan isolasi penahan panas dan dilengkapi dengan sambungan
mampu ekspansi (expantion joint) dan katup pelepas kelebihan tekanan
(rupture disk).

Udara sisa pembakaran ini juga digunakan lebih lanjut sebagai tenaga
pemutar turbin yang dikopel dengan compressor pada turbocharger. Udasa
sisa pembakaraan ini selanjutnya dilepas ke atmosfer pada ketinggian
tertentu merujuk kepada peraturan yang berlaku. Khusus untuk mesin
dengan kapasitas unit lebih besar atau sama dengan 25 MW, diwajibkan
untuk menggunakan sistem monitor emisi gas buang (continuous emission
monitoring system – CEMS).

Semakin besar kapasitas sebuah mesin, tentunya jumlah udara
pembakaran (charge air) dan/atau udara sisa pembakaran (exhaust air) yang

41

Universitas Sumatera Utara

dibutuhkan dan/atau dihasilkan akan semakin banyak. Hal ini akan
mempengaruhi kepada besarnya ukuran penyaring (filter), saluran (ducting)
dan pereduksi kebisingan (silencer) yang akan digunakan.

5.

Sistem Udara Terkompresi (Compressed Air System)

Sistem udara terkompresi (compressed air) adalah sistem pembantu
dalam bagian utama pusat listrik. Udara terkompresi ini dimanfaatkan
setidaknya untuk beberapa fungsi, antara lain : untuk menghidupkan mesin
(starting engine), untuk keperluan penggerak instrumen (instrument air), dan
untuk keperluan servis (service/working air).

Untuk mengurangi jam operasi dari unit compressor, digunakan bantuan
tabung udara terkompresi (air bottle) untuk menampung udara bertekanan
dalam jumlah dan tekanan tertentu.

Khusus untuk udara penggerak instrumen (instrument air), udara
terkompresi perlu diberi perlakuan tambahan, yaitu dengan penambahan
pengering udara (air drier). Harapannya, udara yang digunakan untuk
penggerak instrument, semisal katup kontrol (control valve), sudah cukup
kering dan terbebas dari uap air, yang dapat merusak peralatan kontrol,
semisal pengarah bukaan katup (valve positioner).

6.

Pemipaan (Piping)

Pipa-pipa digunakan sebagai media perantara antar fluida sehingga bisa
saling menunjang operasi dari sebuah mesin gas. Pipa-pipa didesain dan

42

Universitas Sumatera Utara

diatur sedemikian rupa, harapannya dapat menyalurkan fluida kerja kepada
tujuannya dengan jumlah dan tekanan yang tepat.

Jenis pipa dan sambungan pipa akan sangat bergantung kepada
penggunaan dari fluida yang bersangkutan.

2.2.2.7

Kondisi Pembangkitan Sumatera Utara - ACEH

Pembangkitan Sumatera Utara :
 Terpasang 2.758,4 MW

 Daya Mampu 1.718,49 MW

 Beban Puncak 2.000 MW

Sehingga terjadi kekurangan pasokan listrik (defisit) sebesar 282 MW
Pembangkitan ACEH :
 Terpasang 125.90 MW

 Daya Mampu 62,47 MW

 Beban Puncak 119,64 MW
Sehingga terjadi kekuranngan pasokan listrik (defisit) sebesar 57,15 Mw.
Sebagai bahan ilustrasi bahwa PT.PLN Batam sudah beralih ke penggunaan
gas dalam pengoperasian pembangkitan. Dapat di uraikan bahwa :
 Gas : Rp.1500 / kWh

 Minyak : Rp.3000 / kWh
Sedangkan komersial Batam Rp.900 / kWh.

43

Universitas Sumatera Utara