1

Makalah Seminar Kerja Praktek

EFISIENSI TG-UNITS PADA PLTA LARONA, PLTA BALAMBANO, DAN PLTA

KAREBBE SERTA OPTIMALISASI PENGATURAN BEBAN DAN PEMBANGKIT

,

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro

Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang

Email : deskiniel@gmail.com

Abstrak - Unit turbin generator (TG-Units) pada

pembangkit listrik tenaga air merupakan mesin listrik

yang mengkonversi energi potensial, energi kinetik,

dan energi mekanik pada suatu sistem plta menjadi

energi listrik yang kemudian dapat digunakan untuk

memenuhi kebutuhan listrik.

Pada dasarnya, TG-Units memiliki nilai

efisiensi yang tinggi pada tiap unitnya. Nilai efisiensi

yang tinggi merupakan harapan dari suatu sistem

operasional plta. Efisiensi yang dimaksud ialah

memanfaatkan debit air yang mengalir pada runner

turbin air untuk menghasilkan energi listrik sesuai

dengan daya maksimum generator.

Perubahan beban yang ekstrim pada sistem

kelistrikan di PT. Vale Indonesia Tbk. memerlukan

sistem pengaman yang handal untuk mengatur

keseimbangan antara pembangkit dan beban.

Optimalisasi pengaturan beban dan pembangkit dapat

dilakukan dengan Load shedding.

Kata kunci : Efisiensi, TG-Units, Load Shedding.

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Indonesia merupakan salah satu negara

penghasil nikel terbesar di dunia, yang merupakan

penghasil devisa besar bagi negara. Salah satu

perusahaan besar di Indonesia yang melakukan

eksplorasi dan eksploitasi nikel adalah PT. VALE

INDONESIA Tbk yang di dulunya di kenal dengan

PT. INCO Tbk.. Salah satu prosedur yang sangat

penting dalam proses produksi nikel ini adalah

penyediaan tenaga listrik termasuk dengan sistem

transmisi dan distribusinya agar tenaga listrik dapat

tersalurkan sampai ke beban di pabrik.

Energi listrik dalam jumlah yang sangat besar

dibutuhkan oleh PT. VALE agar proses produksi

pengolahan nikel dapat berlangsung. Semua

peralatan yang ada dalam proses pengolahan bijih

nickel tersebut beroperasi dengan pemakaian daya

listrik yang sangat besar, dimana yang

membutuhkan daya paling besar adalah tungku

peleburan (furnace). Ada empat buah furnace yang

masing-masing bisa beroperasi dengan daya hingga

90 MW. Walaupun rata-rata total penggunaan daya

untuk furnace adalah sekitar 250 MW. Sedangkan

rata-rata daya yang dikonsumsi oleh peralatan-

peralatan lain (auxiliary) di plant site yaitu sekitar

50 MW. Artinya untuk plant site saja dibutuhkan

daya minimal 300 MW. Serta ditambah

penggunaan listrik untuk area di luar plant site

(mining area dan kota Sorowako), dan daya

sebanyak 10 MW yang dijual ke PLN. Sehingga

diperlukan total daya terpasang sekitar 400 MW

agar semuanya dapat berjalan dengan baik. Untuk

memenuhi semua itu PT. VALE harus dapat

menyediakan sistem kelistrikan yang kompleks

dibandingkan industri besar lainnya yang hanya

mengandalkan suplai listrik dari PLN. Oleh karena

itu, PT. VALE memiliki sistem kelistrikan yang

lengkap mulai dari pembangkitan, transmisi,

distribusi, hingga pemakaiannya.

Secara umum sistem kelistrikan pada PT.

VALE INDONESIA, Tbk terbagi tiga, yaitu sistem

pembangkitan, sistem transmisi dan sistem

distribusi. Sistem pembangkitan terbagi tiga

berdasarkan sumber energi yang digunakan untuk

menggerakkan turbin yaitu Pembangkit Listrik

Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga

Uap (PLTU), dan Pembangkit Listrik Tenaga

Diesel (PLTD). Sedangkan sistem distribusi yang

digunakan pada PT. VALE INDONESIA, Tbk

yaitu sitem distribusi 11 KV dan 33 KV dan sistem

transmisi 150 KV.

Gambar 1.1 Tiga PLTA di sungai Larona

2

1.2 Tujuan

Pembuatan laporan kerja praktek ini bertujuan

untuk mengetahui optimalisasi pengoperasian pada

plta bersusun dan pengaturan beban generator.

1.3 Batasan masalah

Pada laporan kerja praktek ini, dibatasi pada

pembahasan keandalan dan efisiensi TG-units

PLTA Larona, PLTA Balambano, dan PLTA

Karebbe serta sistem pengaturan beban generator.

II. DASAR TEORI

2.1 Turbin Air

Turbin adalah suatu alat penggerak di mana

energi fluida kerja diperlukan langsung untuk

memutar roda turbin (runner) dan menjadi tenaga

mekanis, yang selanjutnya dapat diubah menjadi

tenaga listrik untuk memenuhi kebutuhan industri

maupun rumah tangga. Bagian turbin yang berputar

disebut rotor dan bagian turbin yang diam disebut

stator. Untuk pemanfaatan energi air diperlukan

suatu bangunan yang khusus. Perbedaan antara

permukaan air diperoleh dengan membangun suatu

dam dimana ketinggian air akan bergantung pada

kondisi dan tempat. Pada sungai-sungai dataran

rendah, rumah turbin ditempatkan dekat dam,

sedangkan pada sungai-sungai dataran tinggi, maka

damnya memilki jarak tertentu dari rumah turbin

(power house). Air tiba ke turbin melalui saluran

yang dinamakan pipa penstock. Konversi energi

yang terjadi pada turbin adalah air mengalir dari

tempat yang lebih tinggi menuju ke tempat yang

lebih rendah. Dalam hal ini air ini memiliki energi

potensial, selanjutnya didalam pipa energi potensial

berubah menjadi energi kinetik. Didalam turbin

energi kinetik air diubah menjadi energi mekanik

dimana air memutar roda turbin. Kemudian melalui

shaft yang dikopel dengan generator energi

mekanik tadi diubah menjadi energi listrik.

Tabel 2.1 Perbandingan data Turbin

No Pembanding PLTA PLTA

BALAMBANO

PLTA KAREBBE

LARONA

1 Type

Vertical

Francis

Vertical

Francis

Vertical

Francis

2 Manufacturer Sulzer

General

Electric Andritz

3 Max. Head rate

150.3 m

(67 MW)

86.5 m

(68.5 MW)

76 m (65

MW)

4

Rating Net

Head

148 m

(65,4 MW)

84.5 m

(67.7 MW)

70.8 m (45

MW)

5 Min. Net Head

146.7 m

(65,4 MW)

83.5 m

(67.7 MW) -

6 Speed 272.7 Rpm 214.3 Rpm 200rpm

7 Run Way Speed 504 Rpm 386 Rpm 386 Rpm

8 Rate Flow 51 Cumens 92 Cumecs 98.41 cumens

2.2 Generator

Generator adalah suatu sistem yang

menghasilkan energi listrik dengan masukan tenaga

mekanik. Generator berfungsi untuk mengubah

energi mekanis (putaran shaft turbin yang di

teruskan ke rotor generator) menjadi energi listrik

pada stator generator setelah rotor mendapat energi

DC dari excitation system.

Tabel 2.2 Perbandingan data Generator

N

o Pembanding

PLTA LARONA PLTA

BALAMBAN

O

PLTA

KAREBBE LGS1 &

LGS2

LGS

3

1 Type Umbrella Umbrella

Ver. Sync.

Umbrell

a Ver.

Sync.

2 Manufacturer Andrit

z GE

General

Electric Andritz

3 Rated output 70 MW 68.5 MW 65 MW

4 Rated voltage 11 KV 11 KV 11 KV

5 Power Factor 0.85 0.8 0.85 0.85

6 Frequency 50 Hz 50 Hz 50 Hz

7 Rated Speed 272.7 rpm 214.28

rpm 200 Rpm

8 Poles 22 28 30

2.3 Beban Pembangkitan Pada Departemen

Utilities PT VALE INDONESIA Tbk.

Departemen Utilities mempunyai tugas utama

yaitu menyediakan atau menyuplai kebutuhan

energi listrik untuk operasi di Process Plant.

Energi listrik yang dihasilkan juga digunakan

untuk keperluan listrik pada fasilitas perusahaan

seperti perumahan karyawan serta digunakan untuk

pasokan listrik kebutuhan masyarakat sekitar area

penambangan. Selain itu ketersediaan steam (uap

panas), air dan udara bertekanan merupakan

tanggung jawab dari departemen ini.

Gambar 2.1 Sistem Kelistrikan Di Plant Site

3

2.4 Keandalan Turbin-Generator (TG-Units)

Pengertian keandalan TG-Units adalah

besarnya MW yang dihasilkan setiap meter kubik

air yang mengalir menuju runner setiap detik.

Sehingga satuan dari keandalan TG-units ialah

MW/M3/detik. Nilai keandalan untuk masing-

masing turbin pada tiap plta memiliki nilai yang

berbeda. PLTA Larona (1.22 MW/M3/detik),

PLTA Balambano (0.92 MW/M3/detik), dan

PLTA Karebbe (0.76 MW/M3/detik),

Besarnya nilai efisiensi TG-Units dapat diperoleh

melalui persamaan matematis berikut

(i) Menghitung Ketinggian

H = Rwl- Twl (1)

Dengan, H = ketinggian air (meter)

Rwl = reservoir water level

Twl = Tailrace water level

(ii) Daya Teoritis Turbin

Pteo = Q x H x (2) Dengan, Pteo = daya teoritis (MW)

Q = Debit air (m3/s)

= berat jenis air = 9.8 KN / m

(iii) Daya Output berdasarkan debit air yang

digunakan

Pq= K x Q (3)

Dengan, Pq = Daya output berdasarkan debit

air (MW)

K = nilai ketetapan (MW/M3/detik)

Q = Debit air (m3/s)

(iv) Keandalan TG-units berdasarkan debit air yang

digunakan. (MW/M3/detik)

Keandalan = Pq

Pout

(4)

(v) Effisiensi teoritis generator

teo =

maxP

Pteo (5)

(vi) Efisiensi TG units (%)

= %100

2

QKeandalan x

eoritisEfisiensit

(6)

III. ANALISA DAN PEMBAHASAN

3.1 Flowchart

Secara umum proses analisa optimasi

pembangkit pada saat beroperasi ditunjukkan pada

diagram alir di bawah ini. Dimulai dari

mengumpulkan data real time kemudian

menghitung nilai efisiensi dan keandalannya.

Setelah diperoleh data nilai efisiensi selanjutnya

dilakukan analisa apakah operasi pembangkit

sudah efisien dan optimal.

Gambar 3.1 Diagram Alir

3.2 Analisis Data

Pengambilan data pada berbagai ketinggian

reservoir dalam waktu yang berbeda, untuk mengetahui pengaruhnya pada kinerja turbin air. Dalam

hal ini efisiensi yang dihasilkan untuk menghasilkan

daya output ke generator. Data yang diambil adalah

pada PLTA Larona, PLTA Balambano, dan PLTA

Karebbe dari tanggal 24 Maret sampai 30 Maret 2012.

Namun, untuk lebih akurat maka data yang dianalisa

dikumpulkan setiap sekitar dua menit, dari pukul 10.30

AM sampai 10.50 AM di control room PLTA

Balambano.

Dengan menggunakan persamaan matematis maka

didapat hasil data perhitungan nilai efisiesi TG-Units

4

pada masing-masing pembangkit yang ditunjukkan pada

grafik sebagai berikut

Gambar 4.1 Grafik Hasil Perhitungan Data Efisiensi TG-

Units Pada PLTA Larona

Dari grafik dapat dilihat bahwa nilai efisiensi TG-

Units pada PLTA Larona berada pada penggunaan di

atas 50% ke atas. Nilai efisiensi terendah LGS2 yaitu

72.2% dan LGS3 menunjukkan 64.3%. Untuk nilai

efisiensi tertinggi LGS2 yaitu 89.6 % dan LGS3

menunjukkan nilai tertinggi 86.6 %.

Gambar 4.2 Grafik Hasil Perhitungan Data

Efisiensi TG-Units Pada PLTA Balambano

Dari grafik dapat dilihat bahwa nilai efisiensi

TG-Units pada PLTA Balambano khususnya unit

#1 berada pada operasi yang tidak seimbang antara

debit air dan daya. Nilai efisiensi terendah BGS1

yaitu 24.6 % dan BGS2 terendah pada 65.7 % .

Untuk nilai efisiensi tertinggi BGS1 yaitu 27.4 %

pada pukul dan BGS2 menunjukkan nilai tertinggi

84.4 %. Sangat jelas terlihat pada grafik di atas,

nilai efisiensi pada BGS1 sangat buruk yaitu rata-

rata pada 26.31 %.

Gambar 4.3 Grafik Hasil Perhitungan Data

Efisiensi TG-Units Pada PLTA Karebbe

Dari grafik dapat dilihat bahwa nilai efisiensi

TG-Units pada PLTA Karebbe, khususnya unit #2

memiliki nilai efisiensi yang tinggi. Pada waktu uji

ke empat Unit#2 KGS2 berhenti beroperasi

(shutdown) . Nilai efisiensi terendah KGS1 yaitu

81.5 % dan tertingi pada 84.2 %. Untuk nilai

efisiensi tertinggi KGS2 yaitu 86.9 % dan KGS2

menunjukkan nilai terendah 82.8 %. Sangat jelas

terlihat pada grafik di atas, nilai efisiensi pada

KGS1 sangat stabil rata-rata pada 83.13 %, berbeda

dengan unit KGS2 dengan nilai efisiensi yang terus

meningkat namun berhenti beroperasi dikarenakan

pergantian carbon brush.

Dalam pengoperasiannya TG-Units memiliki beberapa indikator yang harus selalu diperhatikan

yaitu Capability, beban, frekuensi, putaran, suhu,

ketersediaan air, dan banyak faktor lainnya yang

harus selalu berada dalam kondisi aman agar tidak

mengaktifkan relay mencegah unit mengalami trip.

3.3 Hubungan Antara Beban Furnace dan Pembangkit

Hal terpenting dalam suatu sistem pembangkit

ialah adanya tersedianya daya listrik sesuai dengan

permintaan beban. Dalam sistem kelistrikan yang

terdapat pada PT. VALE INDONESIA Tbk. tidak

tergantung pada waktu seperti layaknya pada

Perusahan Listrik Negara (PLN) yang akan

mengalami kenaikan beban secara signifikan antara

pukul 17.00 22.00 dan pada kisaran jam tersebut

PLN akan mengalami kondisi beban puncak.

Berbeda dengan sistem kelistrikan di pabrik nikel

milik PT. VALE INDONESIA Tbk., operasi pabrik

dalam menghasilkan nikel matte tidak tergantung

pada waktu dan sewaktu-waktu beban dapat

dinaikkan atau diturunkan.

Berikut adalah tabel yang menunjukkan

hubungan antara beban dan pembangkit yang

dibedakan menjadi dua yaitu untuk beban furnace

dan auxiliary.

5

Sesuai dengan sistem interkoneksi yang terlihat

pada gambar single line diagram 150

kv,menunjukkan bahwa pembangkit yang

mensuplai beban pada furnace ialah KGS2, BGS2,

LGS2, LGS3,MDBG#2, dan MDBG#4.

Dikarenakan pasokan listrik dari hydro power tidak

mencukupi kebutuhan beban furnace, maka sebagai

cadangan untuk menambah pasokan daya maka

dinyalakan dua buah unit Mirrless Blackstone

Diesel Generator yaitu MDBG#2 dan MDBG#4

masing-masing 5.89 MW dan 5.92 MW.

Data pada tabel 4.3 menunjukkan

keseimbangan antara beban dan pembangkit

dimana daya pembangkit selalu lebih tinggi dari

kebutuhan beban.

Pada sisi beban furnace memiliki setpoint yang

berbeda-beda untuk tiap unit dan nilai setpoint

selalu berubah-ubah sesuai dengan kebutuhan

pabrik. Yang menjadi kendala utama bagi sisi

pembangkit ialah adanya perubahan daya aktif dan

daya reaktif yang sangat besar secara tiba-tiba

dalam hitungan sepersekian detik. Dari pengamatan

langsung pada man machine interface(MMI)

menunjukkan dalam 1 detik saja dapat terjadi

perubahan daya aktif sebesar 30 MW untuk satu

unit. Dalam kondisi normal selama melaksanakan

kerja praktek, FCE#1, FCE#3, dan FCE#4

beroperasi bersamaan dan apabila masing-masing

mengalami kenaikan daya atau penurunan daya

secara tiba-tiba dan setelah diakumulasikan dapat

mencapai kenaikan atau penurunan rata-rata 70

MW dalam satu detik. Dengan kondisi operasional

seperti inilah yang mengakibatkan unit pembangkit

maupun unit beban dapat trip dimana hal ini sangat

dihindari dalam sistem kelistrikan untuk

menunjang aktifitas pabrik.

3.4 Hubungan Antara Beban Auxiliary dan

Pembangkit

Selain beban furnace, unit pembangkit pada PT. VALE INDONESIA Tbk. Memiliki beban

auxiliary. Berikut ini adalah tabel yang

menunjukkan hubungan antara beban dan

pembangkit sesuai dengan single line diagram

dimana unit #1 Balambano (BGS1) dan unit #1

Karebbe (KGS1) terhubung ke bus A22 untuk

beban auxiliary.

Tabel 5.18 Hubungan antara beban auxiliary dan

pembangkit

Beban auxiliary cenderung stabil dan konstan

sehingga tidak memerlukan perhatian lebih dalam

sistem pengaturan dan proteksinya.

Waktu

PEMBANGKIT BEBAN TOTAL

HYDRO THERMAL

FCE#1 FCE#4

KGS2 BGS2 LGS2 LGS3 MBDG#2 MBDG#4 SP Pa SP Pa BEBAN

PEMBKIT

10:31:38AM 17.44 33.61 40.95 10.54 5.89 5.92 70.40 64.40 61.00 44.80 109.20 114.35

10:33:14 AM 8.36 39.96 45.39 13.86 5.92 6.11 70.40 59.80 61.00 47.40 107.20 119.60

10:35:32 AM 11.49 57.16 51.32 16.14 5.92 5.97 70.40 73.60 61.00 64.20 137.80 148.00

10:36:54 AM 0.00 63.16 55.94 21.70 5.90 5.96 70.40 67.50 61.00 69.90 137.40 152.66

10:38:52 AM 0.00 48.61 49.20 13.15 5.74 6.26 70.40 57.70 61.00 65.00 122.70 122.96

10:42:24 AM 0.00 67.97 57.55 22.18 5.89 6.16 70.40 87.30 71.10 62.40 149.70 159.75

10:43:02 AM 0.00 52.24 53.83 15.51 5.82 6.12 70.40 68.00 75.10 61.50 129.50 133.52

10:45:44 AM 0.00 56.90 55.54 17.90 5.79 5.98 70.40 71.90 75.10 58.70 130.60 142.11

10:46:50 AM 0.00 61.45 54.88 17.02 5.85 6.10 70.40 74.60 75.10 58.20 132.80 145.30

10:49:00 AM 0.00 42.05 37.79 13.86 6.01 6.08 70.40 51.80 75.10 53.70 105.50 105.79

Waktu

MW

PEMBANGKIT BEBAN TOTAL

BGS1 KGS1 AUX. PLN BEBAN Pbgkt

10:31:38AM 3.42 26.52 9.10 10 19.10 29.94

10:33:14 AM 3.61 26.11 9.50 10 19.50 29.72

10:35:32 AM 3.36 26.38 9.70 10 19.70 29.74

10:36:54 AM 3.38 26.33 9.20 10 19.20 29.71

10:38:52 AM 3.54 26.36 9.30 10 19.30 29.90

10:42:24 AM 3.60 26.59 9.10 10 19.10 30.19

10:43:02 AM 3.47 26.70 8.90 10 18.90 30.17

10:45:44 AM 3.37 26.83 9.30 10 19.30 30.20

10:46:50 AM 3.23 27.10 9.20 10 19.20 30.33

10:49:00 AM 3.52 26.58 9.40 10 19.40 30.10

Tabel 3.4 Hubungan antara Beban Furnace Dan Pembangkit

6

3.5 Sistem Poteksi Load Shedding

Untuk lebih memahami cara kerja Load

shedding pada sistem kelistrikan PT. VALE

INDONESIA Tbk. Maka penulis mencoba

mensimulasikan ketika terjadi gangguan pada sisi

pembangkit dan beban.

Gambar 4.4 Tampilan Load shedding pada sisi

pembangkit.

Pada sisi pembangkit terdapat prioritas untuk men-tripkan furnace, yaitu prioritas I dan prioritas

II. Ketika terjadi gangguan pada sisi generator yang

berindikator status QUALIFY hijau maka yang

menjadi prioritas pertama ialah prioritas I dan

ketika tidak terjadi trip maka prioritas II akan trip,

apabila sistem load shedding gagal maka akan

dilakukan tindak pengamanan secara manual.

Gambar 4.5 Tampilan Load shedding pada sisi

beban

Pada sisi beban juga berlaku sistem logic yang

sama tetapi hal ini difungsikan secara manual.

Ketika terjadi gangguan pada furnace, sistem load

shedding tidak dapat memerintahkan unit

pembangkit untuk ikut trip untuk menjaga agar

sistem pada sisi pembangkit tetap stabil dan

mencegah terjadinya blackout sistem.

Urutan prioritas trip pada pembangkit dan

beban berdasarkan pada nilai daya aktif pada

masing-masing sisi. Urutan akan otomatis berubah

dan mengikuti nilai beban dan nilai pembangkit

yang paling mendekati.

IV. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

1. Pengertian Efisiensi TG-Units adalah seberapa besar persentase suatu pembangkit yang dalam

hal ini ialah turbin air dan generator pada

PLTA dimanfaatkan untuk menghasilkan daya

berbanding dengan kemampuan TG-Units

tersebut untuk menghasilkan daya maksimum.

2. Dalam pengoperasiannya TG-Units memiliki beberapa indikator yang harus selalu

diperhatikan yaitu Capability, beban, frekuensi,

putaran, suhu, ketersediaan air, dan banyak

faktor lainnya yang harus selalu berada dalam

kondisi aman agar tidak mengaktifkan relay

mencegah unit mengalami trip.

3. Dengan mengatur pada water balance ketersediaan daya mencapai sekitar 238 MW

sedangkan pada kondisi water unbalance daya

yang dapat dihasilkan dari hydro mencapai 286

MW.

4. Mekanisme water balance dilakukan pada saat ketersediaan air terbatas, dan mekanisma water

unbalance dapat dilakukan pada saat air

melimpah.

4.2 Saran

1. Sistem kontrol otomatis sangat diperlukan untuk mengatur optimalisasi pembangkit

hydro-termal yang berada di PT. VALE

INDONESIA.

2. TG-Units pada PLTA harus dapat dioperasikan dengan maksimal dengan meningkatkan nilai

efisiensinya.

3. Sangat penting untuk seorang operator selalu memperhatikan keseimbangan antara beban,

pembangkit, level air dan grafik capability,

agar unit beroperasi dengan aman dan optimal

dengan keandalan yang tinggi.

DAFTAR PUSTAKA

[1] _. DAFTAR PUSTAKA

-Moedjiono, Catatan Kecil Hydro_1. Hydro

Power Plant, Utilities Department. PT VALE

INDONESIA,Tbk

-Moedjiono, Catatan Kecil Bagian 2. Hydro

Power Plant, Utilities Department. PT VALE

INDONESIA,Tbk

-HYDRO BALAMBANO OPERATION MANUAL

(Bano Manual)

-HYDRO LARONA OPERATION MANUAL

(Larona Manual)

7

BIOGRAFI

Deskiniel. Dilahirkan

di Langkea Raya, 22

Desember 1989,

menempuh

pendidikan dasar di

SDN Matompi,

kemudian dilanjutkan

di SMPS YPS

Singkole. Lalu dilanjutkan di SMAN 17

Makassar. Dan saat ini sedang menempuh

pendidikan Strata-1 di Universitas

Diponegoro Konsentrasi Ketenagaan.

Semarang, Juni 2012

Mengetahui dan Mengesahkan,

Dosen Pembimbing

Agung Warsito, Ir. DHET.

NIP. 19590105 198703 1 002