Studi Pengaruh Operating Heat Rate Terhadap Efisiensi Kinerja Pltu Labuhan Angin Sibolga
SKRIPSI
STUDI PENGARUH OPERATING HEAT RATE TERHADAP
EFISIENSI KINERJA PLTU LABUHAN ANGIN SIBOLGA
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam
Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik
Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh:
SARI MANNA SIMANJUNTAK
NIM: 130402104
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Heat rate merupakan ukuran keandalan dari suatu unit pembangkit. Heat
rate didefinisikan sebagai jumlah energi bahan bakar yang dibutuhkan untuk
menghasilkan listrik sebesar 1 kWh. Tujuan penelitian ini adalah mengevaluasi
kinerja PLTU dari pengaruh beban terhadap pemakaian konsumsi spesifik bahan
bakar, heat rate dan efisiensi termal pada PLTU Labuhan Angin Sibolga.
Perhitungan nilai heat rate dilakukan dengan menggunakan metode langsung atau
sering dikenal dengan metode input dan output karena pada metode ini hanya
membutuhkan output (uap) dan panas di dalamnya (pada pengatur bahan bakar)
untuk mengevaluasi efisiensi uap. Dalam prakteknya, menghitung efisiensi tidaklah
sederhana karena banyaknya peralatan dari suatu sistem yang tidak sederhana pula,
disamping itu karena adanya perubahan beban maka akan lebih baik untuk
menghitung terlebih dahulu heat rate unit kemudian dapat menghitung efisiensinya.
Parameter data untuk menentukan nilai heat rate di dapatkan dari analisa
laboratorium dan ruang kontrol PLTU Labuhan Angin (Unit 1). Dari data tersebut
dilakukan pengolahan data untuk menentukan nilai heat rate dan pemakaian bahan
bakar spesifik tertinggi saat beban 63,21 MW dengan nilai SFC dan heat rate
sebesar 1,215 kg/kWh dan 6885,777 kCal/ kWh dengan efisiensi 16,383% , dan
terendah saat beban 59,12 MW dengan nilai SFC dan heat rate sebesar 0,706
kg/kWh dan 59,12 MW sebesar 3587,685 kCal/kWh dengan efisiensi 28,43%.
Kata Kunci : Heat Rate, Konsumsi Bahan Spesifik, Efisiensi, PLTU Labuhan
Angin Sibolga.
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, oleh karena
berkat dan kasih karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang
berjudul : “ STUDI PENGARUH OPERATING HEAT RATE TERHADAP
EFISIENSI KINERJA PLTU LABUHAN ANGIN SIBOLGA “
Skripsi ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
sebagai syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana
Teknik (ST) di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara.
Selama menjalani pendidikan dan menyelesaikan Skripsi ini, penulis
banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk
itu dengan kerendahan hati, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada keluarga tersayang, ayahanda Jonnery Simanjuntak, ibunda Siti
Raya Siburian, S.Pd yang telah membesarkan dan mendidik penulis dan juga
kepada abangda Hehetua P Simanjuntak, S.Kom dan Oloni T Simanjuntak, ST,
serta kakanda Monalisa Simanjuntak, SE dan Rahel Agustin, ST yang senantiasa
selalu memberikan semangat, motivasi dan dukungan sepenuh hati dalam
penyelesaian Skripsi ini.
Dalam kesempatan ini juga, penulis tidak lupa mengucapkan rasa hormat
dan terima kasih sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Eddy Warman, MT, sebagai Dosen Pembimbing Skripsi, yang
dengan ikhlas dan sangat sabar dalam memberikan dukungan, bimbingan,
ii
Universitas Sumatera Utara
masukan dan motivasi yang sangat membangun dalam penyelesaian Skripsi
ini.
2. Bapak Dr. Ir. Fahmi, ST., M.Sc., IPM sebagai Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Arman Sani, MT, sebagai Sekretaris Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Seluruh Staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan bekal ilmu kepada
penulis selama mengikuti perkuliahan.
5. Seluruh Pegawai di Departemen Teknik Elektro yang telah membantu
penulis dalam penyelesaian semua keperluan selama perkuliahan.
6. Teman baik penulis yang selalu memberi masukan, nasihat, pendapat dan
motivasi kepada penulis, Yehezkiel Ervansius Tampubolon, ST.
7. Keluarga besar Dasar Elektronika : Marthin Tarigan, ST, Agus Ginting, ST,
Josiah J Suatan, ST, Latersia Makarona, Maria, Andi dan Rizki (RJ).
8. Sahabat-sahabat terbaik yang selalu memberikan motivasi dan semangat
kepada penulis : Andrian, Ade, Alex Naga, Alex Pasaribu, Yehezkiel,
Latersia, Maria, Yohana, Winny, Angel, Ericson, Christian Siahaan,
Febriant, Andi, Rizki (RJ), Rolando, Julkifri, Martin, August, Ribel, Devis,
Alfredno.
9. Keluarga besar Chibi-chibi : abangda Liberti, ST, amongku Jefrianto
Manalu S.Kom, Ringgel Simbolon, S.Pd, Resi Pane, A.Md, Christian
Sianturi, A.Md, Anry Siburian, A.Md, Ketrin Marpaung, A.Md, Yohanna
iii
Universitas Sumatera Utara
Silitonga, ST, Debora Sianturi, S.IA, Marolop S.Sos, Kardiman
Tinambunan dan keluarga besar NHKBP Bethesda atas dukungan dan
doanya yang selalu menyemangati dan memotivasi penulis,
10. Motivator terbaik sekaligus idola Teknik abangda Jannes Satria Pinem, ST
yang telah banyak berpartisipasi dalam penyelesaian Skripsi ini.
11. Keluarga besar PT. PLN (Persero) Pembangkit Labuhan Angin Sibolga.
12. Rekan-rekan ’13 lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang
selama ini menjadi teman seperjuangan dalam hari-hari kuliah, semoga kita
semua sukses di masa depan.
13. Teman-teman mahasiswa dan semua pihak yang tidak dapat Penulis
sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih banyak kekurangan
baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu, saran dan kritik dengan
tujuan mendekati kesempurnaan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini
sangat penulis harapkan.
Akhir kata, semoga Skripsi ini dapat berguna untuk menambah wawasan
bagi rekan-rekan mahasiswa.
Medan,
April 2017
Penulis,
Sari Manna Simanjuntak
Nim. 130402104
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK …...……………………………………………………………………i
KATA PENGANTAR .…………………………………………………………. ii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………..…viii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1
Latar Belakang..................................................................................... 1
1.2
Perumusan Masalah ............................................................................. 2
1.3
Tujuan Penulisan ................................................................................. 3
1.4
Batasan Masalah .................................................................................. 3
1.5
Manfaat Penelitian ............................................................................... 4
1.6
Metode Penulisan................................................................................. 5
1.7
Sistematika Penulisan .......................................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 7
2.1
Pembangkit Listrik Tenaga Uap ........................................................... 7
2.2
Siklus Rankine ..................................................................................... 9
2.3
Diagram Alir PLTU ........................................................................... 11
2.4
Komponen – komponen Pembangkit Listrik Tenaga Uap ................... 13
2.4.1 Boiler ..................................................................................... 16
2.4.2 Steam Turbin .......................................................................... 19
2.4.3 Generator................................................................................ 23
2.4.4 Ship Unloader......................................................................... 24
v
Universitas Sumatera Utara
2.4.5 Stacker & Reclai ..................................................................... 25
2.4.6 Coal Yard ............................................................................... 26
2.4.7
Reverse Osmosis Plant ………………………………….…....27
2.4.8 Desalination Plant ……………………………………………. 27
2.4.9 Demineralizer Plant ………………………………………….. 28
2.5 Bahan Bakar Batubara ……………………………………………….. 29
2.6
Proses Pembakaran ............................................................................ 30
2.7
Spesific Fuel Consumption (SFC) ...................................................... 35
2.8
Heat Rate ........................................................................................... 36
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 40
3.1
Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................ 40
3.2
Bahan dan Peralatan........................................................................... 40
3.3
Pelaksanaan Penelitian ....................................................................... 40
3.4
Variabel yang Diamati ....................................................................... 40
3.5
Prosedur Penelitian ............................................................................ 41
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 43
4.1
Data Operasional PLTU Labuhan Angin Unit 1 ................................. 43
4.2
Analisa Data ...................................................................................... 44
BAB V PENUTUP ........................................................................................... 51
5.1
Kesimpulan ........................................................................................ 51
5.2
Saran ................................................................................................. 52
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 53
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus fluida kerja sederhana pada PLTU. ............................ 8
Gambar 2.2 Diagram T–s Siklus PLTU (Siklus Rankine)...................... 10
Gambar 2.3 Diagram Alir PLTU Labuhan Angin .................................. 12
Gambar 2.4 Boiler ................................................................................ 17
Gambar 2.5 Steam Turbin ..................................................................... 20
Gambar 2.6 Generator .......................................................................... 24
Gambar 2.7 Ship Unloader.................................................................... 25
Gambar 2.8 Stacker & Reclaimer ……………………………………… 26
Gambar 2.9 Coal Yard .......................................................................... 26
Gambar 2.10 Reverse Osmosis Plant …………..……………………… 27
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ..................................................... 41
Gambar 4.1 Grafik Konsumsi Bahan Spesifik terhadap fungsi beban...…47
Gambar 4.2 Grafik Heat Rate terhadap fungsi beban............................. 48
Gambar 4.3 Grafik Efisiensi terhadap fungsi beban............................... 49
Gambar 4.4 Grafik hubungan Heat Rate terhadap Efisiensi .................. 50
vii
Universitas Sumatera Utara
STUDI PENGARUH OPERATING HEAT RATE TERHADAP
EFISIENSI KINERJA PLTU LABUHAN ANGIN SIBOLGA
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam
Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik
Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh:
SARI MANNA SIMANJUNTAK
NIM: 130402104
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Heat rate merupakan ukuran keandalan dari suatu unit pembangkit. Heat
rate didefinisikan sebagai jumlah energi bahan bakar yang dibutuhkan untuk
menghasilkan listrik sebesar 1 kWh. Tujuan penelitian ini adalah mengevaluasi
kinerja PLTU dari pengaruh beban terhadap pemakaian konsumsi spesifik bahan
bakar, heat rate dan efisiensi termal pada PLTU Labuhan Angin Sibolga.
Perhitungan nilai heat rate dilakukan dengan menggunakan metode langsung atau
sering dikenal dengan metode input dan output karena pada metode ini hanya
membutuhkan output (uap) dan panas di dalamnya (pada pengatur bahan bakar)
untuk mengevaluasi efisiensi uap. Dalam prakteknya, menghitung efisiensi tidaklah
sederhana karena banyaknya peralatan dari suatu sistem yang tidak sederhana pula,
disamping itu karena adanya perubahan beban maka akan lebih baik untuk
menghitung terlebih dahulu heat rate unit kemudian dapat menghitung efisiensinya.
Parameter data untuk menentukan nilai heat rate di dapatkan dari analisa
laboratorium dan ruang kontrol PLTU Labuhan Angin (Unit 1). Dari data tersebut
dilakukan pengolahan data untuk menentukan nilai heat rate dan pemakaian bahan
bakar spesifik tertinggi saat beban 63,21 MW dengan nilai SFC dan heat rate
sebesar 1,215 kg/kWh dan 6885,777 kCal/ kWh dengan efisiensi 16,383% , dan
terendah saat beban 59,12 MW dengan nilai SFC dan heat rate sebesar 0,706
kg/kWh dan 59,12 MW sebesar 3587,685 kCal/kWh dengan efisiensi 28,43%.
Kata Kunci : Heat Rate, Konsumsi Bahan Spesifik, Efisiensi, PLTU Labuhan
Angin Sibolga.
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, oleh karena
berkat dan kasih karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang
berjudul : “ STUDI PENGARUH OPERATING HEAT RATE TERHADAP
EFISIENSI KINERJA PLTU LABUHAN ANGIN SIBOLGA “
Skripsi ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
sebagai syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana
Teknik (ST) di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara.
Selama menjalani pendidikan dan menyelesaikan Skripsi ini, penulis
banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk
itu dengan kerendahan hati, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada keluarga tersayang, ayahanda Jonnery Simanjuntak, ibunda Siti
Raya Siburian, S.Pd yang telah membesarkan dan mendidik penulis dan juga
kepada abangda Hehetua P Simanjuntak, S.Kom dan Oloni T Simanjuntak, ST,
serta kakanda Monalisa Simanjuntak, SE dan Rahel Agustin, ST yang senantiasa
selalu memberikan semangat, motivasi dan dukungan sepenuh hati dalam
penyelesaian Skripsi ini.
Dalam kesempatan ini juga, penulis tidak lupa mengucapkan rasa hormat
dan terima kasih sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Eddy Warman, MT, sebagai Dosen Pembimbing Skripsi, yang
dengan ikhlas dan sangat sabar dalam memberikan dukungan, bimbingan,
ii
Universitas Sumatera Utara
masukan dan motivasi yang sangat membangun dalam penyelesaian Skripsi
ini.
2. Bapak Dr. Ir. Fahmi, ST., M.Sc., IPM sebagai Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Arman Sani, MT, sebagai Sekretaris Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Seluruh Staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan bekal ilmu kepada
penulis selama mengikuti perkuliahan.
5. Seluruh Pegawai di Departemen Teknik Elektro yang telah membantu
penulis dalam penyelesaian semua keperluan selama perkuliahan.
6. Teman baik penulis yang selalu memberi masukan, nasihat, pendapat dan
motivasi kepada penulis, Yehezkiel Ervansius Tampubolon, ST.
7. Keluarga besar Dasar Elektronika : Marthin Tarigan, ST, Agus Ginting, ST,
Josiah J Suatan, ST, Latersia Makarona, Maria, Andi dan Rizki (RJ).
8. Sahabat-sahabat terbaik yang selalu memberikan motivasi dan semangat
kepada penulis : Andrian, Ade, Alex Naga, Alex Pasaribu, Yehezkiel,
Latersia, Maria, Yohana, Winny, Angel, Ericson, Christian Siahaan,
Febriant, Andi, Rizki (RJ), Rolando, Julkifri, Martin, August, Ribel, Devis,
Alfredno.
9. Keluarga besar Chibi-chibi : abangda Liberti, ST, amongku Jefrianto
Manalu S.Kom, Ringgel Simbolon, S.Pd, Resi Pane, A.Md, Christian
Sianturi, A.Md, Anry Siburian, A.Md, Ketrin Marpaung, A.Md, Yohanna
iii
Universitas Sumatera Utara
Silitonga, ST, Debora Sianturi, S.IA, Marolop S.Sos, Kardiman
Tinambunan dan keluarga besar NHKBP Bethesda atas dukungan dan
doanya yang selalu menyemangati dan memotivasi penulis,
10. Motivator terbaik sekaligus idola Teknik abangda Jannes Satria Pinem, ST
yang telah banyak berpartisipasi dalam penyelesaian Skripsi ini.
11. Keluarga besar PT. PLN (Persero) Pembangkit Labuhan Angin Sibolga.
12. Rekan-rekan ’13 lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang
selama ini menjadi teman seperjuangan dalam hari-hari kuliah, semoga kita
semua sukses di masa depan.
13. Teman-teman mahasiswa dan semua pihak yang tidak dapat Penulis
sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih banyak kekurangan
baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu, saran dan kritik dengan
tujuan mendekati kesempurnaan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini
sangat penulis harapkan.
Akhir kata, semoga Skripsi ini dapat berguna untuk menambah wawasan
bagi rekan-rekan mahasiswa.
Medan,
April 2017
Penulis,
Sari Manna Simanjuntak
Nim. 130402104
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK …...……………………………………………………………………i
KATA PENGANTAR .…………………………………………………………. ii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………..…viii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1
Latar Belakang..................................................................................... 1
1.2
Perumusan Masalah ............................................................................. 2
1.3
Tujuan Penulisan ................................................................................. 3
1.4
Batasan Masalah .................................................................................. 3
1.5
Manfaat Penelitian ............................................................................... 4
1.6
Metode Penulisan................................................................................. 5
1.7
Sistematika Penulisan .......................................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 7
2.1
Pembangkit Listrik Tenaga Uap ........................................................... 7
2.2
Siklus Rankine ..................................................................................... 9
2.3
Diagram Alir PLTU ........................................................................... 11
2.4
Komponen – komponen Pembangkit Listrik Tenaga Uap ................... 13
2.4.1 Boiler ..................................................................................... 16
2.4.2 Steam Turbin .......................................................................... 19
2.4.3 Generator................................................................................ 23
2.4.4 Ship Unloader......................................................................... 24
v
Universitas Sumatera Utara
2.4.5 Stacker & Reclai ..................................................................... 25
2.4.6 Coal Yard ............................................................................... 26
2.4.7
Reverse Osmosis Plant ………………………………….…....27
2.4.8 Desalination Plant ……………………………………………. 27
2.4.9 Demineralizer Plant ………………………………………….. 28
2.5 Bahan Bakar Batubara ……………………………………………….. 29
2.6
Proses Pembakaran ............................................................................ 30
2.7
Spesific Fuel Consumption (SFC) ...................................................... 35
2.8
Heat Rate ........................................................................................... 36
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 40
3.1
Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................ 40
3.2
Bahan dan Peralatan........................................................................... 40
3.3
Pelaksanaan Penelitian ....................................................................... 40
3.4
Variabel yang Diamati ....................................................................... 40
3.5
Prosedur Penelitian ............................................................................ 41
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 43
4.1
Data Operasional PLTU Labuhan Angin Unit 1 ................................. 43
4.2
Analisa Data ...................................................................................... 44
BAB V PENUTUP ........................................................................................... 51
5.1
Kesimpulan ........................................................................................ 51
5.2
Saran ................................................................................................. 52
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 53
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus fluida kerja sederhana pada PLTU. ............................ 8
Gambar 2.2 Diagram T–s Siklus PLTU (Siklus Rankine)...................... 10
Gambar 2.3 Diagram Alir PLTU Labuhan Angin .................................. 12
Gambar 2.4 Boiler ................................................................................ 17
Gambar 2.5 Steam Turbin ..................................................................... 20
Gambar 2.6 Generator .......................................................................... 24
Gambar 2.7 Ship Unloader.................................................................... 25
Gambar 2.8 Stacker & Reclaimer ……………………………………… 26
Gambar 2.9 Coal Yard .......................................................................... 26
Gambar 2.10 Reverse Osmosis Plant …………..……………………… 27
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ..................................................... 41
Gambar 4.1 Grafik Konsumsi Bahan Spesifik terhadap fungsi beban...…47
Gambar 4.2 Grafik Heat Rate terhadap fungsi beban............................. 48
Gambar 4.3 Grafik Efisiensi terhadap fungsi beban............................... 49
Gambar 4.4 Grafik hubungan Heat Rate terhadap Efisiensi .................. 50
vii
Universitas Sumatera Utara