Analisis Pengaruh Perubahan Beban Genarator Terhadap Efisiensi Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Uap (Aplikasi Pada PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW)
TUGAS AKHIR
Analisis Pengaruh Perubahan Beban Generator Terhadap Efisiensi Kerja
Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(Aplikasi Pada PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW)
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Energi
Oleh:
GUNTUR GUSMAO LINTANG
NIM : 120402002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
TUGAS AKHIR
Analisis Pengaruh Perubahan Beban Generator Terhadap Efisiensi Kerja
Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(Aplikasi Pada PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW)
Oleh:
GUNTUR GUSMAO LINTANG
120402002
Disetujui Oleh:
Pembimbing,
Ir. RAJA HARAHAP, M.T.
NIP: 1965011319980131002
Diketahui Oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si
NIP: 195405311986011002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Dalam pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) perlu
mendapat perhatian khusus. Hal ini disebabkan karena proses konversi energi
yang terjadi cukup panjang. Perubahan beban PLTU harus pula diikuti dengan
pengaturan yang merubah aliran entalphy, aliran kalori, dan aliran bahan bakar
serta aliran udara, melalui sistem kontrol. Proses konversi energi yang panjang
pada PLTU, maka kemampuan PLTU untuk menghadapi perubahan beban dalam
sistem sangat tergantung kepada besarnya tempat penyimpanan energi, misalnya
ruang bakarnya dan drum ketelnya. Lambatnya kemampuan PLTU untuk
menghadapi perubahan beban akan menyebabkan pemborosan bahan bakar yang
berpengaruh terhadap efisiensi kerja PLTU.
Penelitian ini dilakukan untuk menentukan pengaruh perubahan beban
generator terhadap efisiensi kerja PLTU Pangkalan Susu Unit 1 berdasarkan data
operasional tanggal 31 Juli 2016 – 1 Agustus 2016. Data yang dikumpulkan
diperoleh dari PLTU Pangkalan Susu. Data kemudian digunakan untuk
menghitung efisiensi kerja PLTU. Dari hasil perhitungan diperoleh nilai efisiensi
kerja pembangkit. Efisiensi tertinggi terdapat pada saat beban 155 MW dan 160.3
MW, yaitu 34,90% dan 34,21%. Efisiensi terendah terdapat pada saat beban 129.1
MW dan 144.2 MW, yaitu 30,53 % dan 30,95 %.
Kata Kunci: PLTU, Beban Generator, Efisiensi
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT karena atas Berkah
dan Rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :
Analisis Pengaruh Perubahan Beban Genarator Terhadap Efisiensi Kerja
Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(Aplikasi Pada PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW)
Tugas Akhir merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1)
di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu
Ayahanda Muktar Lintang dan Ibunda Yasmina Rangkuti, yang telah
membesarkan, mendidik dan selalu mendoakan penulis tanpa mengenal rasa lelah.
Selanjutnya rasa sayang kepada saudara penulis, Alfi Alzry Lintang, Topo
Lintang, Paris Lintang dan Bunga Kasih Lintang yang selalu memberi dukungan
dan semangat kepada penulis.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga menyelesaikan
Tugas Akhir, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari
berbagai pihak. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin menyampaikan rasa
terimakasih yang tulus kepada :
1.
Bapak Ir. Raja Harahap, M.T, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
penulis yang senantiasa membimbing dan memberikan bantuan kepada
penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Yulianta Siregar, S.T, M.T. selaku Dosen Wali penulis yang
membimbing dan mengarahkan penulis sampai menyelesaikan pendidikan
di kampus USU.
ii
Universitas Sumatera Utara
3.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Rahmad Fauzi, S.T, M.T, selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5.
Seluruh Staf Pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis
dan Staf Pegawai di Departemen Teknik Elektro.
6.
Sahabat terbaik Fauziah Nur Siregar yang selalu memberikan semangat dan
dukungan kepada penulis selama perkulihan di kampus
7.
Seluruh sahabat penulis, Arif Piliang, Sudarmin, Fajar, Junaidi, Antan,
Bambang, Windi, Wahyu, Leily, Rini, Fauzan, Ibnu, Fauzi, Arif Drok,
Agida, Hendra Prayetno, Roso, Ihsan, Royansyah, Muadzzah, Syahrul,
Yogy, Dody, Ilham Bagus, Elyani, Mahatir, Lipi, Rasyid, Gansyar,
Kennedy, dan teman-teman angkatan 2012 lainnya, atas kebersamaan dan
dukungan yang diberikan kepada penulis selama menjalani masa
perkuliahan.
8.
Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro atas dukungan dan
bantuan yang diberikan kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna.
Kritik dan saran dari pembaca sangat penulis harapkan untuk menyempurnakan
Tugas Akhir ini. Kiranya Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.
Terimakasih.
Medan, 19 Oktober 2016
Penulis
iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Hal
ABSTRAK ............................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii
BAB I . PENDAHULUAN .....................................................................................1
1.1
Latar Belakang ........................................................................................1
1.2
Tujuan ........................................... ..........................................................2
1.3
Rumusan Masalah ...................................................................................2
1.4
Batasan Masalah ......................................................................................2
1.5
Manfaat Penelitian ...................................................................................2
1.6
Metode Penulisan ....................................................................................3
1.7
Sistematika Penulisan ..............................................................................3
BAB II. DASAR TEORI ........................................................................................5
2.1
Pembangkit Listrik Tenaga Uap ..............................................................5
2.2
Siklus Rankine ........................................................................................6
2.3
Blok Diagram PLTU ...............................................................................7
2.4
Peralatan-Peralatan Pendukung PLTU ....................................................8
2.5
2.4.1
Desalination Plant ........................................................................8
2.4.2
Demineralizer Plant .....................................................................9
2.4.3
Reverse Osmosis (RO) ..............................................................10
2.4.4
Auxiliary Boiler (Boiler Bantu) .................................................11
2.4.5
Coal Handling System ...............................................................11
2.4.6
Ash Handling (Unit Pembuangan Abu) .....................................11
Bagian-Bagian Utama PLTU.................................................................12
2.5.1
Boiler ........................................................................................12
iv
Universitas Sumatera Utara
2.5.2
Turbin Uap .................................................................................16
2.5.3
Kondensor ..................................................................................19
2.5.4
Generator Sinkron ......................................................................20
2.6
Pengaturan Frekuensi dan Daya Aktif ...................................................27
2.7
Pengaturan Putaran (Governing) ...........................................................27
2.8
Bahan Bakar Batubara ...........................................................................29
2.9
Rugi-Rugi .............................................................................................30
2.10 Efisiensi .................................................................................................33
BAB III. METODE PENELITIAN ...................................................................38
3.1
Umum ....................................................................................................38
3.2
Waktu dan Tempat Penelitian ...............................................................38
3.3
Variabel yang Dibutuhkan .....................................................................39
3.4
Prosedur Penelitian ................................................................................39
BAB IV. OPERASIONAL PLTU PANGKALAN SUSU .................................41
4.1
Data Operasional PLTU Pangkalan Susu .............................................41
4.2
Analisa Data .........................................................................................44
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................51
5.1
Kesimpulan ...........................................................................................51
5.2
Saran .....................................................................................................51
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................52
LAMPIRAN .........................................................................................................53
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus fluida kerja sederhana pada PLTU ........................................6
Gambar 2.2 Diagram T–s Siklus PLTU (Siklus Rankine) ...................................6
Gambar 2.3 Diagram Blog PLTU Pangkalan Susu ..............................................7
Gambar 2.4 Skema Desalination Plant .................................................................8
Gambar 2.5 Skema Demineralizer Plant ............................................................10
Gambar 2.6 Prinsip Osmosis dan Reverse Osmosis...........................................11
Gambar 2.7 Siklus Air dan Uap pada Boiler PLTU Pangkalan Susu .................16
Gambar 2.8 Jenis Turbin Uap dan Karakteristiknya ..........................................17
Gambar 2.9 Konstruksi Kondensor ....................................................................20
Gambar 2.10 Generator PLTU dengan Main Exciter dan Pilot Exciter..............20
Gambar 2.11 Rotor Non- sailent dan penampang rotor pada generator sinkron
di PLTU Pangkalan Susu ............................................................. 22
Gambar 2.12 Stator Generator di Pangkalan Susu ...............................................23
Gambar 2.13 Model reaksi jangkar ......................................................................25
Gambar 2.14 Diagram neraca energi boiler .........................................................30
Gambar 2.15 Rangkaian listrik generator berbeban ............................................34
Gambar 3.1 Project Landscape ...........................................................................38
Gambar 3.4 Diagram alir proses penelitian Tugas Akhir ...................................39
Gambar 4.1 Kurva beban harian generator (31 Juli 2016) .................................43
Gambar 4.2 Kurva beban harian generator (1 Agustus 2016) ............................43
Gambar 4.3 Grafik Efisiensi PLTU terhadap Beban Listrik (31 Juli 2016).......50
Gambar 4.4 Grafik Efisiensi PLTU terhadap Beban Listrik (1 Agustus 2016) .51
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Boiler ..................................................................................13
Tabel 2.2 Spesifikasi Turbin Uap ..........................................................................19
Tabel 2.3 Spesifikasi Generator ............................................................................21
Tabel 4.1 Data Perhitungan (31 Juli 2016)............................................................41
Tabel 4.2 Data Perhitungan (1 Agustus 2016) ......................................................42
Tabel 4.3 Data Hasil Perhitungan (31 Juli 2016) ..................................................47
Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan (1 Agustus 2016) .............................................48
vii
Universitas Sumatera Utara
Analisis Pengaruh Perubahan Beban Generator Terhadap Efisiensi Kerja
Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(Aplikasi Pada PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW)
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Energi
Oleh:
GUNTUR GUSMAO LINTANG
NIM : 120402002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
TUGAS AKHIR
Analisis Pengaruh Perubahan Beban Generator Terhadap Efisiensi Kerja
Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(Aplikasi Pada PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW)
Oleh:
GUNTUR GUSMAO LINTANG
120402002
Disetujui Oleh:
Pembimbing,
Ir. RAJA HARAHAP, M.T.
NIP: 1965011319980131002
Diketahui Oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si
NIP: 195405311986011002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Dalam pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) perlu
mendapat perhatian khusus. Hal ini disebabkan karena proses konversi energi
yang terjadi cukup panjang. Perubahan beban PLTU harus pula diikuti dengan
pengaturan yang merubah aliran entalphy, aliran kalori, dan aliran bahan bakar
serta aliran udara, melalui sistem kontrol. Proses konversi energi yang panjang
pada PLTU, maka kemampuan PLTU untuk menghadapi perubahan beban dalam
sistem sangat tergantung kepada besarnya tempat penyimpanan energi, misalnya
ruang bakarnya dan drum ketelnya. Lambatnya kemampuan PLTU untuk
menghadapi perubahan beban akan menyebabkan pemborosan bahan bakar yang
berpengaruh terhadap efisiensi kerja PLTU.
Penelitian ini dilakukan untuk menentukan pengaruh perubahan beban
generator terhadap efisiensi kerja PLTU Pangkalan Susu Unit 1 berdasarkan data
operasional tanggal 31 Juli 2016 – 1 Agustus 2016. Data yang dikumpulkan
diperoleh dari PLTU Pangkalan Susu. Data kemudian digunakan untuk
menghitung efisiensi kerja PLTU. Dari hasil perhitungan diperoleh nilai efisiensi
kerja pembangkit. Efisiensi tertinggi terdapat pada saat beban 155 MW dan 160.3
MW, yaitu 34,90% dan 34,21%. Efisiensi terendah terdapat pada saat beban 129.1
MW dan 144.2 MW, yaitu 30,53 % dan 30,95 %.
Kata Kunci: PLTU, Beban Generator, Efisiensi
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT karena atas Berkah
dan Rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :
Analisis Pengaruh Perubahan Beban Genarator Terhadap Efisiensi Kerja
Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(Aplikasi Pada PLTU Pangkalan Susu 2 x 220 MW)
Tugas Akhir merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1)
di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu
Ayahanda Muktar Lintang dan Ibunda Yasmina Rangkuti, yang telah
membesarkan, mendidik dan selalu mendoakan penulis tanpa mengenal rasa lelah.
Selanjutnya rasa sayang kepada saudara penulis, Alfi Alzry Lintang, Topo
Lintang, Paris Lintang dan Bunga Kasih Lintang yang selalu memberi dukungan
dan semangat kepada penulis.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga menyelesaikan
Tugas Akhir, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari
berbagai pihak. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin menyampaikan rasa
terimakasih yang tulus kepada :
1.
Bapak Ir. Raja Harahap, M.T, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
penulis yang senantiasa membimbing dan memberikan bantuan kepada
penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Yulianta Siregar, S.T, M.T. selaku Dosen Wali penulis yang
membimbing dan mengarahkan penulis sampai menyelesaikan pendidikan
di kampus USU.
ii
Universitas Sumatera Utara
3.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Rahmad Fauzi, S.T, M.T, selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5.
Seluruh Staf Pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis
dan Staf Pegawai di Departemen Teknik Elektro.
6.
Sahabat terbaik Fauziah Nur Siregar yang selalu memberikan semangat dan
dukungan kepada penulis selama perkulihan di kampus
7.
Seluruh sahabat penulis, Arif Piliang, Sudarmin, Fajar, Junaidi, Antan,
Bambang, Windi, Wahyu, Leily, Rini, Fauzan, Ibnu, Fauzi, Arif Drok,
Agida, Hendra Prayetno, Roso, Ihsan, Royansyah, Muadzzah, Syahrul,
Yogy, Dody, Ilham Bagus, Elyani, Mahatir, Lipi, Rasyid, Gansyar,
Kennedy, dan teman-teman angkatan 2012 lainnya, atas kebersamaan dan
dukungan yang diberikan kepada penulis selama menjalani masa
perkuliahan.
8.
Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro atas dukungan dan
bantuan yang diberikan kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna.
Kritik dan saran dari pembaca sangat penulis harapkan untuk menyempurnakan
Tugas Akhir ini. Kiranya Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.
Terimakasih.
Medan, 19 Oktober 2016
Penulis
iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Hal
ABSTRAK ............................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii
BAB I . PENDAHULUAN .....................................................................................1
1.1
Latar Belakang ........................................................................................1
1.2
Tujuan ........................................... ..........................................................2
1.3
Rumusan Masalah ...................................................................................2
1.4
Batasan Masalah ......................................................................................2
1.5
Manfaat Penelitian ...................................................................................2
1.6
Metode Penulisan ....................................................................................3
1.7
Sistematika Penulisan ..............................................................................3
BAB II. DASAR TEORI ........................................................................................5
2.1
Pembangkit Listrik Tenaga Uap ..............................................................5
2.2
Siklus Rankine ........................................................................................6
2.3
Blok Diagram PLTU ...............................................................................7
2.4
Peralatan-Peralatan Pendukung PLTU ....................................................8
2.5
2.4.1
Desalination Plant ........................................................................8
2.4.2
Demineralizer Plant .....................................................................9
2.4.3
Reverse Osmosis (RO) ..............................................................10
2.4.4
Auxiliary Boiler (Boiler Bantu) .................................................11
2.4.5
Coal Handling System ...............................................................11
2.4.6
Ash Handling (Unit Pembuangan Abu) .....................................11
Bagian-Bagian Utama PLTU.................................................................12
2.5.1
Boiler ........................................................................................12
iv
Universitas Sumatera Utara
2.5.2
Turbin Uap .................................................................................16
2.5.3
Kondensor ..................................................................................19
2.5.4
Generator Sinkron ......................................................................20
2.6
Pengaturan Frekuensi dan Daya Aktif ...................................................27
2.7
Pengaturan Putaran (Governing) ...........................................................27
2.8
Bahan Bakar Batubara ...........................................................................29
2.9
Rugi-Rugi .............................................................................................30
2.10 Efisiensi .................................................................................................33
BAB III. METODE PENELITIAN ...................................................................38
3.1
Umum ....................................................................................................38
3.2
Waktu dan Tempat Penelitian ...............................................................38
3.3
Variabel yang Dibutuhkan .....................................................................39
3.4
Prosedur Penelitian ................................................................................39
BAB IV. OPERASIONAL PLTU PANGKALAN SUSU .................................41
4.1
Data Operasional PLTU Pangkalan Susu .............................................41
4.2
Analisa Data .........................................................................................44
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................51
5.1
Kesimpulan ...........................................................................................51
5.2
Saran .....................................................................................................51
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................52
LAMPIRAN .........................................................................................................53
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus fluida kerja sederhana pada PLTU ........................................6
Gambar 2.2 Diagram T–s Siklus PLTU (Siklus Rankine) ...................................6
Gambar 2.3 Diagram Blog PLTU Pangkalan Susu ..............................................7
Gambar 2.4 Skema Desalination Plant .................................................................8
Gambar 2.5 Skema Demineralizer Plant ............................................................10
Gambar 2.6 Prinsip Osmosis dan Reverse Osmosis...........................................11
Gambar 2.7 Siklus Air dan Uap pada Boiler PLTU Pangkalan Susu .................16
Gambar 2.8 Jenis Turbin Uap dan Karakteristiknya ..........................................17
Gambar 2.9 Konstruksi Kondensor ....................................................................20
Gambar 2.10 Generator PLTU dengan Main Exciter dan Pilot Exciter..............20
Gambar 2.11 Rotor Non- sailent dan penampang rotor pada generator sinkron
di PLTU Pangkalan Susu ............................................................. 22
Gambar 2.12 Stator Generator di Pangkalan Susu ...............................................23
Gambar 2.13 Model reaksi jangkar ......................................................................25
Gambar 2.14 Diagram neraca energi boiler .........................................................30
Gambar 2.15 Rangkaian listrik generator berbeban ............................................34
Gambar 3.1 Project Landscape ...........................................................................38
Gambar 3.4 Diagram alir proses penelitian Tugas Akhir ...................................39
Gambar 4.1 Kurva beban harian generator (31 Juli 2016) .................................43
Gambar 4.2 Kurva beban harian generator (1 Agustus 2016) ............................43
Gambar 4.3 Grafik Efisiensi PLTU terhadap Beban Listrik (31 Juli 2016).......50
Gambar 4.4 Grafik Efisiensi PLTU terhadap Beban Listrik (1 Agustus 2016) .51
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Boiler ..................................................................................13
Tabel 2.2 Spesifikasi Turbin Uap ..........................................................................19
Tabel 2.3 Spesifikasi Generator ............................................................................21
Tabel 4.1 Data Perhitungan (31 Juli 2016)............................................................41
Tabel 4.2 Data Perhitungan (1 Agustus 2016) ......................................................42
Tabel 4.3 Data Hasil Perhitungan (31 Juli 2016) ..................................................47
Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan (1 Agustus 2016) .............................................48
vii
Universitas Sumatera Utara