JARINGAN
DISTRIBUSI
PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA GAS DAN UAP
A. Pembangkit
Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU)
PLTGU adalah gabungan antara PLTG dengan PLTU, dimana panas dari gas buang
dari PLTG digunakan untuk menghasilkan uap
yang digunakan sebagai fluida kerja di PLTU. Dan bagian yangdigunakan untuk
menghasilkan uap tersebut adalah HRSG (Heat Recovery Steam Generator).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 panasdan
uap dari gas buang hasil pembakaran di PLTG untuk memanaskan air di HRSG (Heat
RecoverySteam Genarator), sehingga menjadi uap jenuh kering. Uap jenuh kering
inilah yang akan digunakanuntuk memutar sudu (baling-baling) Gas yang
dihasilkan dalam ruang bakar pada Pusat Listrik TenagaGas (PLTG) akan
menggerakkan turbin dan kemudian generator, yang akan mengubahnya menjadienergi
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. Prinsipkerja 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.
Padakompresor 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
jikamenggunakan BBM harus dilakukan proses pengabutan dahulu pada burner baru
dicampur udara dandibakar. Pembakaran bahan bakar dan udara ini akan menghasilkan
gas bersuhu dan bertekanan tinggiyang berenergi (enthalpy). Gas ini lalu
disemprotkan ke turbin, hingga enthalpy gas diubah oleh turbinmenjadi energi
gerak yang memutar generator untuk menghasilkan listrik. Setelah melalui turbin
sisagas panas tersebut dibuang melalui cerobong/stack. Karena gas yang
disemprotkan ke turbin bersuhutinggi, maka pada saat yang sama dilakukan
pendinginan turbin dengan udara pendingin dari lubangudara pada turbin.Untuk
mencegah korosi akibat gas bersuhu tinggi ini, maka bahan bakar yang digunakan
tidak boleh mengandung logam Potasium, Vanadium, dan Sodium.
B.
Prinsip Kerja PLTGU
Dalam operasinya, unit turbin gas dapat
dioperasikan terlebih dahulu untuk menghasilkan daya listrik sementara gas
buangnya berproses untuk menghasilkan uap dalam ketel pemanfaat gas buang.
Kira-kira 6 (enam) jam kemudian, setelah uap dalam ketel uap cukup banyak, uap
dialirkan ke turbin uap untuk menghasilkan daya listrik. Cara kerja PLTGU dapat
di lihat pada gambar 1.1
Gambar 1.1
Cara kerja PLTGU
Gambar 1.2. Skema
sebuah Blok PLTGU yang terdiri dari 3 unit PLTG dan sebuah unit PLTU
C. Proses Produksi Listrik Pada PLTGU
Secara umum
sistem produksi tenaga listrik pada PLTG/U dibagi menjadi dua siklus,
yaitu sebagai berikut :
a a. Siklus Terbuka (Open Cycle)
Siklus Terbuka merupakan proses produksi listrik pada PLTGU dimana gas buangan dari
turbin gas langsung dibuang ke udara melalui cerobong saluran keluaran. Suhu gas buangan di cerobong saluran keluaran ini mencapai 550°C. Proses seperti
ini pada PLTGU dapat disebut sebagai proses pembangkitan listrik turbin gas
yaitu suatu proses pembangkitan listrik yang dihasilkan oleh putaran turbin
gas. Proses produksi listrik pada PLTGU ditunjukkan pada gambar 1.3.
Gambar
1.3. Siklus Terbuka (PLTGU)
Ketrerangan
Gambar
1.
Barge/Kapal,
alat pengangkut bahan bakar minyak (BBM)
2. Pumping house
3. Fuel Pump
4. Electric/diesel motor
5. Air filter, penyaring udara agar
partikel debu tidak masuk ke dalam compressor
6. Compressor, menaikkan tekanan udara
untuk dibakar bersama bahan bakar
7. Combustion system, Membakar
bahan bakar dan udara serta menghasilkan gas dengan suhu dan tekanan dan
energi tinggi.
8. Gas turbine, mengubah energi gas
menjadi energi gerak yang memutar generator..
9. Stack/Cerobong asap, membuang sisa
gas panas dari turbine
10. Generator, menghasilkan energi
listrik
11. Main transformer
a b. Siklus Tertutup (Closed
Cycle)
Jika pada Siklus Terbuka
gas buang dari turbin gas langsung dibuang melalui cerobong saluran
keluaran, maka pada proses Siklus
Tertutup, gas buang dari turbin gas akan dimanfaatkan terlebih
dahulu untuk memasak air yang berada di HRSG (Heat Recovery Steam Generator). Kemudian uap yang dihasilkan dari HRSG tersebut akan digunakan
untuk memutar turbin uap agar dapat menghasilkan listrik setelah terlebih
dahulu memutar generator. Jadi proses Siklus Tertutup inilah yang disebut sebagai proses Pembangkitan Listrik Tenaga Gas
Uap yaitu proses pembangkitan listrik yang dihasilkan oleh putaran turbin gas
dan turbin uap.
Daya listrik yang dihasilkan pada proses Siklus Terbuka
tentu lebih kecil dibandingkan dengan daya listrik yang dihasilkan pada proses
produksi listrik Siklus Tertutup.
Pada prakteknya, kedua siklus diatas disesuaikan dengan kebutuhan listrik
masyarakat. Misalnya hanya diinginkan
Siklus Terbuka karena pasokan daya dari Siklus Terbuka sudah memenuhi kebutuhan
listrik masyarakat. Sehingga damper (stack
holder) yang membatasi antara cerobong gas dan HRSG dibuat close, dengan demikian gas buang
dialirkan ke udara melalui cerobong saluran
keluaran. Dan apabila dengan Siklus Terbuka kebutuhan listrik masyarakat
belum tercukupi maka diambil langkah untuk menerapkan Siklus Tertutup. Namun demikian dalam sistem mekanik
elektrik, suatu mesin akan lebih baik pada kondisi selalu beroperasi, karena
apabila mesin berhenti akan banyak mengakibatkan korosi, perubahan pengaturan (setting), mur atau baut yang mulai
kendur dan sebagainya. Selain itu dengan selalu
beroperasi lebih mengefektifkan daya, sehingga daya yang dihasilkan menjadi
lebih besar. Jadi
secara garis besar untuk produksi listrik di Pembangkit
Listrik Tenaga Gas Uap dibagi
menjadi 2 proses berikut ini :
1) Proses Pembangkitan Listrik Turbin Gas.
2) Proses Pembangkitan Listrik Turbin Uap
Gambar 1.4. Diagram Alir PLTGU
Keterangan Gambar:
Gas bekas yang ke
luar dari turbin gas dimanfaatkan lagi setelah terlebih dulu diatur oleh katup
pengatur (selector valve)
untuk dialirkan ke dalam boiler/
HRSG untuk menguapkan air yang berasal dari drum
penampung air. Uap
yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin uap yang terkopel dengan generator sehingga dapat
menghasilkan tenaga listrik. Uap bekas dari turbin uap diembunkan
lagi di condenser, kemudian
air hasil kondensasi di pompa oleh Pompa Kondensat, selanjutnya dimasukkan lagi ke dalam deaerator dan oleh feed water pump dipompa lagi ke dalam drum untuk kembali diuapkan.
Inilah yang disebut dengan Siklus
Tertutup/combined cycle. Jadi secara singkat dapat dikatakan
bahwa Siklus Tertutup merupakan
rangkaian Siklus Terbuka
ditambah dengan proses pemanfaatan kembali gas buang dari proses Siklus Terbuka
untuk menghasilkan uap sebagai penggerak turbin uap.
Sistem PLTGU dapat dibagi menjadi tiga bagian utama,
yaitu: sistem GTG, HRSG dan STG.
a a. Sistem Generator Turbin Gas (Gas Turbine Generator)
Turbin adalah suatu pesawat pengubah daya dari suatu
media yang bergerak misalnya air, udara, gas dan uap, untuk memutar generator
sehingga menghasilkan tenaga listrik. Pada PLTG/U, media yang digunakan untuk
memutar turbin adalah gas panas yang didapatkan dari pembakaran bahan bakar
yang sudah dicampur udara dalam ruang bakar.
Udara pembakaran didapat dari kompresor yang terpasang
satu poros dengan turbin. Karena konstruksinya yang demikian, maka daya yang
dihasilkan tidak sepenuhnya untuk memutarkan generator, tetapi sebagian besar
untuk memutarkan kompresor sehingga menyebabkan efisiensi PLTG/U rendah.
Pada prinsipnya turbin gas di PLTG Muara Karang
menggunakan sistem terbuka. Pada sistem ini gas buang yang telah dipakai untuk
memutar turbin masih mempunyai suhu
514 0C dan tekanan yang tinggi sekitar 1
atm, yang nantinya pada sistem tertutup digunakan untuk memanaskan HRSG (Heat Recovery Steam Generator).
Gambar 1.2.
Diagram Alir GTG Muara Karang (Siklus Terbuka).
Mula-mula rotor (kompresor dan turbin)
di putar oleh alat penggerak awal yaitu motor listrik. Kemudian kompresor
menghisap udara atmosfer dan menaikan tekanan beberapa kali lipat (1-8) tekanan
semula. Udara bertekanan tinggi tersebut masuk ke dalam ruang bakar dimana
ruang bakar itu pula ditempatkan sejumlah bahan bakar dan dinyalakan oleh busi.
Untuk ruang bakar lainnya cukup dengan disambung penyalanya dan busi hanya
menyala beberapa detik saja. Akibat dari pembakaran akan menaikan suhu dan
volume dari gas bahan bakar tersebut, sekali terjadi percikan maka terjadi
pembakaran selama bahan bakar disemprotkan ke dalamnya.
Gas yang yang dihasilkan mempunyai
tekanan dan temperatur tinggi kemudian berekspansi dalam sebuah turbin dan
selanjutnya ke atmosfir (melalui saluran
keluaran) untuk Siklus Terbuka. Pembakaran
akan terus berlangsung selama aliran bahan bakar tidak berhenti. Pada saat gas
panas masuk ke dalam turbin gas, gas tersebut memutarkan turbin, kompresor,
alat bantu dan generator. Diagram Alir GTG ditunjukkan oleh gambar 1.2.
Komponen–komponen utama sistem GTG adalah sebagai berikut:
1)
Cranking
Motor adalah motor yang digunakan sebagai penggerak awal atau start up sistem GTG. Motor cranking mendapat suplai listrik
tegangan 6 kV yang berasal dari switch gear.
2)
Filter Udara merupakan filter yang
berfungsi untuk menyaring udara bebas agar udara yang mengalir menuju ke
kompresor merupakan udara yang bersih.
3)
Kompresor berfungsi mengkompresi udara
dalam turbin gas.
4)
Ruang bakar, berfungsi sebagai tempat pembakaran
di dalam sistem turbin gas. Dapat berupa ruang bakar tunggal atau terdiri dari ruang – ruang bakar yang banyak.
5) Turbin, berfungsi untuk mengekspansi gas
panas hingga menghasilkan energi mekanis untuk menggerakkan generator.
6)
Generator berfungsi sebagai pembangkit
energi listrik dimana di dalamnya terjadi proses perubahan dari energi mekanik
ke listrik.
Sedangkan untuk peralatan pendukung
sistem turbin gas, adalah sebagai berikut :
1)
Sistem
Pelumas (Lube Oil Sistem)
Fungsi utama sistem pelumas
ini adalah untuk melumasi bearing–bearing
baik untuk bearing turbin gas maupun bearing generator. Di samping itu juga
digunakan sebagai penyuplai minyak untuk sistem hidrolik pada Pompa Minyak
Hidrolik (hydraulic Oil Pump).
Mula–mula sebelum turbin gas dioperasikan, maka Pompa Minyak Pembantu ( AOP = Auxiliary Oil Pump) dihidupkan untuk menyuplai minyak pelumas ke
dalam bearing turbin gas dan generator untuk selanjutnya diputar pada putaran turning gear atau dalam keadaan
pendinginan (on cooldown) pada
putaran lebih dari 30 rpm, dengan tujuan agar ketika pengidupan (start up), gaya geser (friction force) yang terjadi antara metal bearing dengan poros turbin gas
dan generator dapat dikurangi. Kemudian setelah turbin gas mulai berjalan dan
putaran mulai naik sampai putaran normal, maka suplai minyak pelumas akan
diambil alih dari AOP ke Main Lube Oil
Pump (MOP), di mana pompa ini diputar melalui hubungan antara Accessories gear atau Load Gear
dengan poros turbin gas.
2) Sistem bahan Bakar (Fuel
Oil Sistem)
Sistem pembakaran untuk PLTG/U ini menggunakan minyak HSD
(High Speed Diesel). Pada proses penyaluran bahan bakar, dilakukan melalui
instalasi perpipaan yang menghubungkan tangki
penampungan sampai ke ruang bakar. Aliran bahan bakar dari tangki
penampung dipompa dengan transfer pump melalui
flowmeter untuk perhitungan pemakaian. Kemudian untuk mendapakan hasil
pembakaran yang maksimal maka dipasang
Main Oil Pump yang terpasang dan berputar melalui hubungan dengan poros
turbin gas dengan Accessories Gear. Dan untuk mengatur jumlah aliran bahan
bakar yang masuk ke ruang bakar diatur dengan Katup Kendali (control valve)
yang berfungsi sebagai governor.
3) Sistem Pendingin (Cooling Sistem)
Ketika
minyak pelumas digunakan untuk melumasi bearing – bearing pada turbin gas dan
generator, mengakibatkan temperatur dari minyak pelumas ini menjadi lebih
tinggi, sehingga minyak pelumas tersebut perlu pendinginan. Adapun sebagai
media pendingin minyak pelumas digunakan air melalui sirkulasi di dalam heat
exchanger dan untuk mendinginkan air yang bertemperatur lebih tinggi akibat
transfer panas di dalam heat exchanger, maka air pendingin ini akan didinginkan
dengan dihembuskan di kisi – kisi radiator. Demikian sirkulasi ini berlangsung
secara tertutup dan untuk mensirkulasi air pendingin digunakan Water Cooling
Circulating Pump.
4) Sistem Hidrolik (Hydraulic
Sistem)
Sistem hidraulik digunakan untuk menggerakkan Main Stop Valve, di mana didalam
mekanisme operasinya untuk membuka dan menutup main stop valve diperlukan hidrolik yang diambil dari Piping Sistem pelumas turbin gas
kemudian dipompa dengan hydraulic oil
pump. Adapun fungsi dari main stop valve adalah untuk menghentikan
laju aliran bahan bakar minyak saat unit terjadi gangguan atau untuk membuka
saluran bahan bakar pada sistem perpindahan bahan bakar (katub utama bahan
bakar).
a b. HRSG (Heat Recovery Steam Generator)
Energi
panas yang terkandung dalam gas buang/saluran
keluaran turbin gas yang
temperaturnya masih cukup tinggi (sekitar 5630C) dialirkan masuk ke
dalam HRSG untuk memanaskan air di dalam pipa–pipa pemanas (evaporator), selanjutnya keluar melalui
cerobong dengan temperatur sekitar 1500C. Air di dalam pipa–pipa
pemanas yang berasal dari drum mendapat pemanasan dari gas panas tersebut,
sebagian besar akan berubah menjadi uap dan yang lain masih berbentuk air. Campuran air dan uap
selanjutnya masuk kembali ke dalam drum. Di dalam drum, uap dipisahkan dari air
dengan menggunakan pemisah uap yang disebut Separator.
Uap yang sudah terpisah dari air selanjutnya dipanaskan lebih lanjut, sehingga
kemudian dapat digunakan untuk menggerakkan turbin uap, sedangkan air yang
tidak menjadi uap disirkulasikan kembali ke pipa–pipa pemanas, bersama–sama
dengan air pengisi yang baru. Demikian proses ini berlangsung terus menerus selama
unit beroperasi. Gambar 1.3
sistem HRSG
Gambar 1.3.
Sistem HRSG
c. Sistem
Generator Turbin
Uap (Steam
Turbine Generator)
Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah
energi potensial uap menjadi kinetik, energi kinetik ini selanjutnya diubah
menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin,
langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme
yang digerakannya. Tergantung dari jenis mekanik yang dipisahkan, turbin uap
dapat digerakan pada berbagai bidang industri, dan untuk pembangkit listrik.
Pengubahan energi potensial menjadi energi kinetik dalam
bentuk poros dilakukan dalam berbagai cara. Turbin uap secara umum
diklasifikasikan ke dalam tiga jenis, impuls, reaksi dan gabungan, tergantung
pada cara perolehan pengubahan energi potensial menjadi energi kinetik akibat
semburan uap.
a)
Komponen
utama Sistem STG adalah sebagai berikut.
1.
Turbin
Uap (Steam Turbine), berfungsi untuk
mengekspansi uap superheat hingga
menghasilkan energi mekanis untuk menggerakkan generator.
2.
Generator,
berfungsi untuk menghasilkan energi
listrik di mana di dalamnya terjadi proses perubahan energi mekanis menjadi
energi listrik.
3.
Kondensor
(Condenser), berfungsi sebagai
penampung air condensate sekaligus
sebagai tempat pendinginan uap bekas hasil ekspansi turbin uap dimana media air
laut digunakan sebagai media pendinginnya.
4.
Tangki
air Pengisi (Feed Water Tank), tangki
ini berisi air murni sebagai tandon pengisi air condenser.
5.
Pompa
air Pengisi (Feed Water Pump), pompa
ini memindahkan air pengisi dari tangki air pengisi ke condenser dan menjaga level condenser
tetap pada kondisi normal.
b)
Peralatan
Pendukung Sistem Turbin Uap adalah sebagai berikut.
1.
Sistem
minyak pelumas turbin uap digunakan untuk melumasi bearing turbin uap dan
bearing generator, dimana pada sistem ini terdapat peralatan Main
Lube Oil Pump (MOP), Lube Oil Pump
(LOP), Emergency Oil Pump (EOP) dan Lube Oil Cooler. Mula–mula pada kondisi
dimana turbin uap masih dalam putaran turning
gear, maka sistem pelumasan akan didistribusikan dan disirkulasi minyak,
dengan main lube oil pump.
Selanjutnya setelah turbin uap berputar dan sampai kondisi berbeban, maka
seluruh sistem pelumasan akan didistribusikan dan disirkulasikan minyak pelumas
ini dengan menggunakan main lube oil pump
(MOP) dan lube oil pump (LOP).
2.
Sistem
Pendingin Minyak Pelumas digunakan untuk
mendinginkan temperatur minyak pelumas yang tinggi setelah digunakan untuk
melumasi bearing – bearing turbin uap dan generator yang kemudian
dialirkan masuk ke dalam lube oil cooler, di mana media pendingin
yang digunakan adalah air (Closed Cycle
Cooling Water). Air yang bertemperatur tinggi setelah digunakan untuk
mendinginkan minyak pelumas akan didinginkan di dalam heat exchanger dengan media pendinginnya diambil dari air laut
melalui Pompa Sirkulasi Air (discharge
circulating water pump).
3.
Sistem
Hidrolik pada sistem turbin uap digunakan untuk membuka maupun menutup Katup
Penghenti Utama (main stop valve) dan
menggerakkan control valve (Governor) pada pipa suplai uap superheat untuk memutar turbin. Di mana
yang digunakan untuk sistem hidrolik ini merupakan minyak hidrolik yang
tertampung di dalam tangki dan disuplai dengan menggunakan pompa minyak
hidrolik (hydraulic oil pump).
4.
Sistem
Pendingin Siklus Tertutup ini terdiri dari Closed
Cycle Cooling Water Heat Exchanger (CCCW), Closed Cycle Cooling Water Pump (CCCWP). Sirkulasi air pendingin ini digunakan untuk
mendinginkan turbin uap Lube Oil Cooler
(LOC), turbin uap Generator Hydrogen
Cooler (GHC) dan Hydraulic Oil Cooler
serta bearing – bearing pompa di HRSG. Air dari sisi outlet CCCW yang bertemperatur lebih rendah setelah didinginkan
dengan air laut yang diambil dari sisi discharge
CWP akan digunakan sebagai media pendingin di dalam LOC dan GHC selanjutnya
dari sisi outlet peralatan ini, air
yang bertemperatur lebih tinggi dipompa menggunakan CCCWP masuk ke dalam CCCW,
demikian siklus air ini berlangsung secara tertutup.
a b. Kekurangan PLTGU
1.
Peningkatan biaya
2.
Peningkatan luas area yang dibutuhkan