TUGAS UTS DASAR KONVERSI ENERGI

NAMA NIM

: SOTYA HANIEF : 07530002

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2008

Apa itu PLTA PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air) adalah suatu system pembangkit energi listrik dengan cara memanfaatkan aliran dari air yang kemudian diubah menjadi energi listrik malalui putaran turbin dan generator. Sistem yang sangat simple, dan yang penting adalah ramah terhadap lingkungan.

Skema dari PLTA

Dam

Hampir semua PLTA mengandalkan bagian ini untuk membendung air dari sungai hinggga terbentuk danau. Pada PLTA tertentu Dam dimanfaatkan untuk tempat rekreasi. Intake

Pintu air untuk masuknya aliran air menuju ke turbin melalu penstock. Penstock

Saluran pipa air yang menuju ke turbin. Didalam pipa ini tekanan oir naik. Turbine

Mesin yang memutar generator. Biasanya turbine yang dipakai adalah Francis Turbine. Sebuah turbin mempunyai berat sampe 172 tons dan kecepatan putaran 90 rpm.

Foto impeler francis turbine Generators Transformer

Mesin penghasil listrik Trafo untuk mengubah tegangan AC ke tegangan yang

lebih tinggi Power lines Outflow

Jaringan listrik 3 phase Aliran air yang melewati impeller akan dialirakan ke Dam.

lagi

DAM Berlokasi di perbatasan Brazil-Paraguay dan tidak jauh dari perbatasan Argentina, permulaan proyek ini dimulai pada tahun 1966 ketika Menlu Brazil dan Paraguay menandatangani kesepakatan bersama Kesepakatan Ygazu. Yang kemudian ditindak lanjuti dengan penelitian kemampuan Hydraulic dari Sungai Parana. Pada 26 April 1973, Brazil & Paraguay menandatangani perjanjian Pengembangan sumber listrik tenaga air dari sungai Parana yang kemudian terbentuk ITAIPU Binancional (Kerjasama secara hukum, administrasi dan kemampuan keuangan dan teknikal untuk merencanakan & mengoperasikan Pembangkit Listrik)

Pelaksanaan konstruksi dimulai pada tahun 1975, mencapai puncaknya pada tahun 1978 dengan pekerja sekitar 30000 orang dilokasi. Dengan produksi concrete (bahan untuk beton) sekitar 12,8Juta m (15 kali dari produksi concrete yang digunakan untuk Eurotunnel/terowongan yang menyambungkan antara Inggris dengan perancis). Ketinggian dari Dam adalah 196m, lebar 7,76 km. Danau yang terbentuk akibat bendungan tersebut mencapai panjang 170 km dengan volume air 29 milyar ton. Unit 1 mulai beroperasi pada Desember 1983, Jaringan listrik di Paraguay selesai dibangun pada maret 1984, sedangkan Brazil 5 bulan setelah itu. Pada maret 1991 unit terakhir (Unit 18) mulai beoperasi. Air yang diperlukan pada intake untuk 1 turbin (Francis Turbine) dengan keluaran daya 715 MW adalah 700m3/s. Dengan efisiensi 98.6%. NOTE: efisiensi adalah perbandingan antara energi input dengan energi output. Semakin besar nilai efisiensi semakin bagus (jadi ga ada loss of energy). Coba bandingkan dengan PLTU (tenaga uap) atau PLTG (tenaga gas). PLTU efisiensinya sekitar 60% - 80% (artinya batubara yang dibakar untuk menghasilkan Uap yang digunakan untuk memutar turbin cuma 60% saja yang hasilnya jadi Listrik. sisanya terbuang menjadi panas), sedangkan untuk PLTG malah lebih rendah dari PLTU, efisiensi sekitar 50%-70%). Setiap tahun ITAPU menghasilkan energi listrik sekitar 75 TWh dan mengurangi emisi CO2 kurang lebih 67.5 juta ton (dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga batubara). Total biaya proyek ini adalah US$ 20 juta

Pemandangan ITAIPU dari atas (setelah proyek selasai) Bagian yang kanan adalah overflow spillway (ketika level dari Dam tinggi, sebagian air harus dibuang untuk menurunkan lewel air di Dam), sebelah kanannya adalah Power Station (Tempat turbin berada).

Pengerjaan Dam

Foto bagian dasar tempat turbine berada Pipa putih adalah inlet/jalan nya air masuk ke turbin

Foto Dam ketika mulai terisi air Mencapai luas 1350 km2, dengan panjang 170 km dan rata2 lebarnya 7 km.

Konversi Daya Prinsip konversi energi pada Pembangkit Listrik Tenan Air: Energi potensial timbl akibat dari ketinggian air danau terhadap turbine (yang berada di 196m dibawah). Energi ini akan dikonversi menjadi energi kinetik dengan cara mengarahkan aliran air ke arah turbin (kesudu-sudu nya/blades). Oleh turbine blades (sudu-sudu) energi kinetic diubah menjadi energi putar. Putaran inilah yang memutar generator. Akibat generator berputar, maka timbulah energi listrik akibat adanya medan magnet disekitar lilitan koil. Berikut adalah perhitunangan matematis dari Energi Potensial: Wpot = 0.5 (hul +hip) (hul -hip)* g * A * Berat Jenis air hul= height of upper level (222 m) hip= height of penstock inlet (187 m) g= acceleration of free fall (9.81 m/s) A= area of lake (1350 km) Density of water (1000 kg/m) Wpot,abs = 9,48 * 1016 J = 94,8 PJ

Foto situasi Power House (lokasi turbine berada) Panjang 986 m, tinggi max 112 m dan lebar 99m.Tampak terlihat garis merah yang merupakan perbatasan antar Brazil Paraguay.

Poros dari Generator , total diameter generator mencapai 16 m dengan berat 2650 ton.

Control room

Electrical Setiap tahun ITAPU menghasilkan 75 TWh. Listrik dari ITAPU dialirkan melalui jaringan 3 phase baik ke Brazil dan Paraguay dengan system jaringan yang berbeda. Karena ada 2 Frekuensi, 50 Hz dan 60 Hz, 2 sistem transmisi dibangun untuk mensupportnya. Transformers Untuk menaikkan tegangan /Voltase dari output generator maka dibangun trafo 2 macam: - Trafo 1-Phase dengan 9 bank kapasitor 18 kV - 525 kV dengan rated 825 MVA untuk 50 Hz. - Trafo 1-Phase dengan 9 bank kapasitor 18 kV - 525 kV dengan rated 768 MVA untuk 60 Hz Transmission System/Sistem Transmisi Menimbang bahwa tahun pertama operasi ITAPU, Paraguay harus mengalah duluan dalam menikmati listriknya (sesuai dengan perjanjian sebelum pembangunan) maka diputuskan pembangunan Transmissi Station duluan di Brazil. Sistem yang dipakai (karena ada 2 pemakain frekuensi 50 Hz dan 60 Hz) untuk Brazil dibangun EHV-AC (Extra High Voltage - Alternating current) untuk 6300 MW pada 60 Hz dan untuk paraguay HV-DC (High Voltage - Direct current) untuk 6000 MW pada 50 Hz. HV-DC-system memiliki tegangan 500 kV, yang kemudian akan dikonvert lagi ke tegangan AC di Ibuana (dekat Sao Paolo).EHV-AC-system memilik tegangan sebesar 750 kv.

Source: Wikipedia and ather related articles.

ENERGI TIDAL Energi tidal atau energi pasang surut barangkali kurang begitu dikenal dibandingkan dengan energi samudera yang lain seperti energi ombak (wave energy). Jika dibandingkan dengan energi angin dan surya, energi tidal memiliki sejumlah keunggulan antara lain: memiliki aliran energi yang lebih pasti/mudah diprediksi, lebih hemat ruang dan tidak membutuhkan teknologi konversi yang rumit. Kelemahan energi ini diantaranya adalah membutuhkan alat konversi yang handal yang mampu bertahan dengan kondisi lingkungan laut yang keras yang disebabkan antara lain oleh tingginya tingkat korosi dan kuatnya arus laut.

Saat ini baru beberapa negara yang yang sudah melakukan penelitian secara serius dalam bidang energi tidal, diantaranya Inggris dan Norwegia. Di Norwegia, pengembangan energi ini dimotori oleh Statkraft, perusahaan pembangkit listrik terbesar di negara tersebut. Statkraft bahkan memperkirakan energi tidal akan menjadi sumber energi terbarukan yang siap masuk tahap komersial berikutnya di Norwegia setelah energi hidro dan angin. Keterlibatan perusahaan listrik besar seperti Statkraft mengindikasikan bahwa energi tidal memang layak diperhitungkan baik secara teknologi maupun ekonomis sebagai salah satu solusi pemenuhan kebutuhan energi dalam waktu dekat. Pembangkit listrik tenaga tidal terapung. Turbin-turbin air dan mesin-mesin listrik terletak di bawah air, hanya bagian atas dari pembangkit listrik tersebut yang tampak diatas permukaan laut (Sumber: Statkraft)

Perlu diketahui bahwa potensi energi tidal di Indonesia termasuk yang terbesar di dunia, khususnya di perairan timur Indonesia. Sekarang inilah saatnya bagi Indonesia untuk mulai menggarap energi ini. Jika bangsa kita mampu memanfaatkan dan menguasai teknologi pemanfaatan energi tidal, ada dua keuntungan yang bisa diperoleh yaitu, pertama, keuntungan pemanfaatan energi tidal sebagai solusi pemenuhan kebutuhan energi nasional dan, kedua, kita akan menjadi negara yang mampu menjual teknologi tidal yang memberikan kontribusi terhadap devisa negara. Belajar dari India yang mampu menjadi salah satu pemain teknologi turbin angin dunia (dengan produk turbin angin Suzlon), maka tujuan yang kedua bukanlah hal yang terlalu muluk untuk kita wujudkan. Sumber: www.engineering-center.net

PLTU PLTU yang pertama kali beroperasi di Indonesia yaitu pada tahun 1962 dengan kapasitas 25 MW, suhu 500 C, tekanan 65 Kg/cm2, boiler masih menggunakan pipa biasa dan pendingin generator dilakukan dengan udara. Kemajuan pada PLTU yang pertama adalah boiler sudah dilengkapi pipa dinding dan pendingin generator dilakukan dengan hidrogen, namun kapasitasnya masih 25 MW. Bila dayanya ditingkatkan dari 100 - 200 MW, maka boilernya harus dilengkapi super hiter, ekonomizer dan tungku tekanan. Kemudian turbinnya bisa melakukan pemanasan ulang dan arus ganda dan pendingin generatornya masih menggunakan hidrogen. Hanya saja untuk kapasitas 200 MW uap yang dihasilkan mempunyai tekanan 131,5 Kg/cm2 dan suhu 540 C dan bahan bakarnya masih menggunakan minyak bumi. Ketika kapasitas PLTU sudah mencapai 400 MW maka bahan bakarnya sudah tidak menggunakan minyak bumi lagi melainkan batu bara. Batu bara yang dipakai secara garis besar dibagi menjadi dua bagian yaitu batu bara berkualitas tinggi dan batu bara berkualitas rendah. Bila batu bara yang dipakai kualitasnya baik maka akan sedikit sekali menghasilkan unsur berbahaya, sehingga tidak begitu mencemari lingkungan. Sedang bila batu bara yang dipakai mutunya rendah maka akan banyak menghasilkan unsur berbahaya seperti Sulfur, Nitrogen dan Sodium. Apalagi bila pembakarannya tidak sempurna maka akan dihasilkan pula unsur beracun seperti CO, akibatnya daya guna menjadi rendah.

PLTU batu bara di Indonesia yang pertama kali dibangun adalah di Suryalaya pada tahun1984 dengan kapasitas terpasang 4 x 400 MW. Kemudian PLTU Bukit Asam dengan kapasitas 2 x 65 MW pada tahun 1987. Dan pada tahun 1993-an beroperasi pula PLTU Paiton 1 dan 2 masing-masing dengan kapasitas 400 MW. Kemudian PLTU Suryalaya akan dikembangkan dari unit 5 - 7 dengan kapasitas 600 MW/unit. PLTU batu bara pada tahun 1994 kapasitasnya sudah mencapai 2.130 MW (16% dari total daya terpasang). Pada tahun 2003 kapasitasnya diperkirakan sekitar 12.100 MW (37%), tahun 2008/09 mencapai 24.570 MW (48%) dan pada tahun 2020 sekitar 46.000 MW. Sementara itu pemakaian batu bara pada tahun 1995 tercatat bahwa untuk menghasilkan energi listrik sebsar 17,3 Twh dibutuhkan batu bara sebanyak 7,5 juta ton. Dan pada tahun 2005 pemakaian batu bara diperkirakan mencapai 45,2 juta ton dengan energi listrik yang dihasilkan mencapai 104 Twh. Banyaknya pemakaian batu bara tentunya akan menentukan besarnya biaya pembangunan PLTU. Harga batu bara itu sendiri ditentukan oleh nilai panasnya (Kcal/Kg), artinya bila nilai panas tetap maka harga akan turun 1% pertahun. Sedang nilai panas ditentukan oleh kandungan zat SOx yaitu suatu zat yang beracun, jadi pada pembangkit harus dilengkapi alat penghisap SOx. Hal inilah yang menyebabkan biaya PLTU Batu bara lebih tinggi sampai 20% dari pada PLTU minyak bumi. Bila batu bara yang digunakan rendah kandungan SOx-nya maka pembangkit tidak perlu dilengkapi oleh alat penghisap SOx dengan demikian harga PLTU batu bara bisa lebih murah. Keunggulan pembankit ini adalah bahan bakarnya lebih murah harganya dari minyak dan cadangannya tersedia dalam jumlah besar serta tersebar di seluruh Indonesia.

Sistim Kerja PLTU Batu bara Sistim pembakaran batu bara bersih Adapun prinsip kerja PLTU itu adalah batu bara yang akan digunakan/dipakai dibakar di dalam boiler secara bertingkat. Hal ini dimaksudkan untuk memperoleh laju pembakaran yang rendah dan tanpa mengurangi suhu yang diperlukan sehingga diperoleh pembentukan NOx yang rendah. Batu bara sebelum dibakar digiling hingga menyerupai butir-butir beras, kemudian dimasukkan ke wadah (boiler) dengan cara disemprot, di mana dasar wadah itu

berbentuk rangka panggangan yang berlubang. Pembakaran bisa terjadi dengan bantuan udara dari dasar yang ditiupkan ke atas dan kecepatan tiup udara diatur sedemikian rupa, akibatnya butir bata bara agak terangkat sedikit tanpa terbawa sehingga terbentuklah lapisan butir-butir batu bara yang mengambang. Selain mengambang butir batu bara itu juga bergerak berarti hal ini menandakan terjadinya sirkulasi udara yang akan memberikan efek yang baik sehingga butir itu habis terbakar. Karena butir batu bara relatif mempunyai ukuran yang sama dan dengan jarak yang berdekatan akibatnya lapisan mengambang itu menjadi penghantar panas yang baik. Karena proses pembakaran suhunya rendah sehingga NOx yang dihasilkan kadarnya menjadi rendah, dengan demikian sistim pembakaran ini bisa mengurangi polutan. Bila ke dalam tungku boiler dimasukkan kapur (Ca) dan dari dasar tungku yang bersuhu 750 - 950 C dimasukkan udara akibatnya terbentuk lapisan mengambang yang membakar. Pada lapisan itu terjadi reaksi kimia yang menyebabkan sulfur terikat dengan kapur sehingga dihasilkan CaSO4 yang berupa debu sehingga mudah jatuh bersama abu sisa pembakaran. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya pengurangan emisi sampai 98% dan abu CaSO4-nya bisa dimanfaatkan. Keuntungan sistim pembakaran ini adalah bisa menggunakan batu bara bermutu rendah dengan kadar belerang yang tinggi dan batu bara seperti ini banyak terdapat di Indonesia. 1. Proses terjadinya energi listrik Pembakaran batu bara ini akan menghasilkan uap dan gas buang yang panas. Gas buang itu berfungsi juga untuk memanaskan pipa boiler yang berada di atas lapisan mengambang. Gas buang selanjutnya dialiri ke pembersih yang di dalamnya terdapat alat pengendap abu setelah gas itu bersih lalu dibuang ke udara melalui cerobong. Sedangkan uap dialiri ke turbin yang akan menyebabkan turbin bergerak, tapi karena poros turbin digandeng/dikopel dengan poros generator akibatnya gerakan turbin itu akan menyebabkan pula gerakan generator sehingga dihasilkan energi listrik. Uap itu kemudian dialiri ke kondensor sehingga berubah menjadi air dan dengan bantuan pompa air itu dialiri ke boiler sebagai air pengisi. Generator biasanya berukuran besar dengan jumlah lebih dari satu unit dan dioperasikan secara berlainan. Sedangkan generator ukuran menengah didisain berdasarkan asumsi bahwa selama masa manfaatnya akan terjadi 10.000 kali star-stop. Berarti selama setahun dilakukan 250 x star-stop maka umur pembangkit bisa mencapai 40 tahun. Bila daya generator meningkat maka

kecepatannya meningkat pula dan bila kecepatan kritikan dilalui maka perlu dilakukan pengendalian poros generator supaya tidak terjadi getaran. Untuk itu konstruksi rotor dan stator serta mutu instalasi perlu ditingkatkan. Boilernya menggunakan sirkulasi alam dan menghasilkan uap dengan tekanan 196,9 kg/cm2 dan suhu 554C. PLTU ini dilengkapi dengan presipitator elektro static yaitu suatu alat untuk mengendalikan partikel yang akan keluar cerobong dan alat pengolahan abu batu bara. Sedang uap yang sudah dipakai kemudian didinginkan dalam kondensor sehingga dihasilkan air yang dialirkan ke dalam boiler. Pada waktu PLTU batubara beroperasi suhu pada kondensor naiknya begitu cepat, sehingga mengakibatkan kondensor menjadi panas. Sedang untuk mendinginkan kondensor bisa digunakan air, tapi harus dalam jumlah besar, hal inilah yang menyebabkan PLTU dibangun dekat dengan sumber air yang banyak seperti di tepi sungai atau tepi pantai. Efisiensi Bila pada PLTU batu bara tekanan kondensornya turun, maka daya gunanya meningkat. Biasanya tekanan kondensor berhubungan langsung atau berbanding lurus dengan besarnya suhu air pendingin yang berasal dari uap pada kondensor. Jadi bila suhu itu rendah, maka tahanannya juga rendah dan pada suhu terendah akan dihasilkan/terjadi tekanan jenuh. Karena air pendingin itu biasanya terdiri dari air yang berasal dari uap turbin dan air berasal dari laut dan sungai. Akibatnya suhu terendah besarnya sesuai dengan air yang digunakan sehingga tekanan jenuh sulit diperoleh. Peningkatan daya guna bisa dilakukan dengan pemanasan ulang dan pembakaran batu bara yang kurang bermutu

1.

Pemanasan Ulang Hal ini bisa dilakukan dengan membagi turbin menjadi dua bagian yaitu bagian tekanan tinggi (TT) dan bagian tekanan rendah (TR) yang berada pada satu poros. Dengan demikian pembangkit ini mempunyai susunan sebagai berikut : Boiler - TT - TR - Generator. Cara kerjanya : Uap dari boiler dimasukan/dialirkan ke bagian TT, setela h uap itu dipakai dialirkan kembali ke boiler untuk pemanasan ulang. Kemudian uap dari boiler itu

dialirkan lagi ke turbin TR untuk dipakai sebagai penggerak generator. Dengan demikian jumlah energi yang bisa dimanfaatkan menjadi besar akibatnya daya guna atau efiseinsi menjadi besar pula. Dari sini bisa disimpulkan bila turbin dibagi menjadi tiga bagian yaitu TT, TM, dan TR maka energi yang diperoleh juga besar, hal ini biasanya digunakan pada mesin dengan ukuran besar. Meningkatnya suhu (hingga mencapai 560 C) dan tekanan (hingga mancapai 250 kg/cm2) uap tentunya menyebabkan pertumbuhan PLTU menjadi lebih pesat. Hal ini ditunjukkan dengan meningkatnya efisiensi dan keandalan. Dengan meningkatnya daya berarti desain boiler juga harus diperbaiki yaitu dilengkapi dengan peralatan pengendalian NOx, peralatan untuk mengeluarkan sulfur dari gas buang dan peralatan untuk mencegah berbagai partikel keluar dari cerobong. Peningkatan efisiensi pada PLTU bisa juga dilakukan dengan cara menambah panjang sudu. Hal ini karena dengan sudu-sudu yang panjang berarti rugi-ruginya akan berkurang. 2. Pembakaran Lapisan Mengambang Bertekanan Proses pembakarannya menggunakan udara bertekanan atau dikompres berarti perpindahan panasnya meningkat akibatnya suhu uap dan gas buang juga meningkat. Gas buang yang panas ini setelah dibersihkan bisa dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin gas yang digandeng dengan generator sehingga dihasilkan energi listrik. Jadi energi listrik pada proses pembakaran ini dihasilkan oleh uap dan gas buang, hal inilah yang menyebabkan efisiensi pada pembakaran seperti ini meningkat. Selain dari itu turbin gas juga menghasilkan gas buang yang cukup panas yang bisa digunakan untuk memanaskan air yang keluar dari kondensor turbin uap yang selanjutnya dimasukkan ke boiler sedang gas yang sudah dingin di buang ke udara melalui cerobong. Dengan menggunakan pembakaran lapisan mengambang bertekanan, maka batu bara yang bermutu rendah bisa dimanfaatkan untuk menjadi energi listrik yang ramah lingkungan.