masalah operasi pada pusat - pusat listrik
TRANSCRIPT
Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik
Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik
Disusun Oleh : Muhammad Alfian
Npm : 0541 10 005
Teknik Elektro
UNIVERSITAS PAKUAN BOGOR
PendahuluanPendahuluan
Kendala yang dalam bahasa Inggrisnya disebut constraint, sesungguhnya merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi agar suatu proses dapat dilaksanakan . Dalam proses optimisasi operasi pada umumnya, khususnya optimasi operasi sistem tenaga listrik, selalu ada kendala-kendala (constraints). Pada operasi pembangkitan yang ada di PLN juga terdapat kendala-kendala yang harus diketahui misalnya :
Kendala Operasi Pada Pusat -Pusat Listrik
Kendala Operasi Pada Pusat -Pusat Listrik
1. Kendala Operasi PLTA
2. Kendala Operasi PLTU
3. Kendala Operasi PLTG
4. Kendala Operasi PLTGU
5. Kendala Operasi PLTD
6. Kendala Operasi PLTPB
1. Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)
1. Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)
1. Pintu Pengambil Air atau Saringan.
2. Pusat Pengendali Bendungan.
3. Terowongan Tekan.
4. Pipa Pesat.
5. Tanki Pendatar.
6. Rumah Keong.
7. Turbin.
8. Katup Utama.
9. Pipa Lepas.
10. Saluran Pembuangan.
11. Poros Generator.
12. Trafo Utama.
13. Serandang Hubung.
14. Saluran Tegangan Ekstra Tinggi.
1.1 Prinsip Kerja PLTA1.1 Prinsip Kerja PLTAPembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah pembangkit yang mengandalkan energi potensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan ini biasa disebut sebagai hidroelektrik. Pada prinsipnya PLTA mengolah energi potensial air diubah menjadi energi kinetis dengan adanya head, lalu energi kinetis ini berubah menjadi energi mekanis dengan adanya aliran air yang menggerakkan turbin, lalu energi mekanis ini berubah menjadi energi listrik melalui perputaran rotor pada generator. Jumlah energi listrik yang bisa dibangkitkan dengan sumber daya air tergantung pada dua hal, yaitu jarak tinggi air (head) dan berapa besar jumlah air yang mengalir (debit).
1.2 Tahapan Perubahan Energi PLTA1.2 Tahapan Perubahan Energi PLTA
Energi potensial yaitu energi yang terjadi akibat adanya beda potensial, yaitu akibat adanya perbedaan ketinggian.Besarnya energi potensial yaitu:Ep = m . g . H Dimana: Ep : Energi Potensial
m : massa (kg) g : gravitasi (9.8
kg/m2) h : head (m)
Energi kinetis yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air dengan kecepatan tertentu, yang dirumuskanEk = 0,5 m . v . v Dimana:Ek : Energi kinetis
m : massa (kg)
v : kecepatan (m/s)
Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya energi mekanisdirumuskan:Em = T . ω . T Dimana: Em : Energi mekanis
T : torsi ω : sudut putar
t : waktu (s)
Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik sesuai persamaan:El = V . I . T Dimana: El : Energi Listrik
V : tegangan (Volt)
I : Arus (Ampere) t : waktu (s)
1.3 Kendala Operasi Pada PLTA1.3 Kendala Operasi Pada PLTA
Kendala operasi dalam keadaan statis dan kebanyakan menyangkut koordinasi dengan keperluan irigasi dan pengendalian banjir.
Kendala ini tidak ada apabila PLTA air yang hanya diperuntukan untuk pembangkitan tenaga listrik saja. Apabila diperlukan koordinasi dengan keperluan irigasi dan pengendalian banjir maka umumnya PLTA yang bersangkutan mempunyai kolam tando
Secara garis besar pola pengusahaan suatu waduk yang juga menjadi kolam tahunan dari suatu PLTA didasarkan atas pemikiran-pemikiran sebagai berikut:
a. Waduk harus dapat menyediakan air untuk keperluan irigasi dimusim kemarau.
b. Waduk harus dapat mengendalikan banjir dimusim hujan.
c. Diwaktu musim hujan pengisian waduk harus terkendali, dalam arti jangan sampai terjadi pelimpasan air yang berlebihan sehingga membahayakan waduk.
d. Di akhir musim kemarau atau permulaan musim hujan tinggi air dalam waduk masih harus cukup rendah agar dapat menampung air dimusim hujan yang akan datang.
2. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
2. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
1. Circulating Water Pump.
2. Desalination Evaporator.
3. Distillate Pump.
4. Make-up Water Tank.
5. Demin Water Tank.
6. Condenser.
7. L.P Heater.
8. Deaerator.
9. Boiler Feed Pump.
10. H.P Heater.
11. Economiser.
12. Steam Drum.
13. Boiler.
14. Superheater.
15. Steam Turbine.
16. Kapal/Tongkang.
17. Pumping House.
18. F.O Tank.
19. F.O Heater.
20. Burner.
21. F.D Fan.
22. Air Heater.
23. Stack.
2.1 PRINSIP KERJA PLTU2.1 PRINSIP KERJA PLTU
Pada pembangkit listrik ini, bahan baker minyak, gas alam, atau batubara dipakai untuk membangkitakan panas dan uap pada boiler. Uap tersebut kemudian dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron. Setelah melewai turbin, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap bertekanan dan bertempratur rendah. Panas yang disadap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boilersisa panas yang dibuang oleh kondensor mencapai setengah jumlah panas semula yang masuk. Hal ini mengakibatkan efisien termodinamika suatu turbin uap bernilai kecil dari 50%. Turbin uap yang modern mempunyai temperatur boiler sekitar 500 sampai 600 derajat celcius dan temperatur kondensor antara 20 sampai 30 derajat celcius.
2.2 Kendala Operasi PLTU2.2 Kendala Operasi PLTU
PLTU dalam sistem pembangkitan yang relatif besar ( > 1.000 MW) pada umumnya merupakan Pusat Listrik yang dominan baik secara teknis operasionil maupun ditinjau dari segi biaya operasi.
Dari segi operasionil PLTU paling banyak kendalanya khususnya dalam kondisi dinamis. Hal ini disebabkan banyaknya componen dalam PLTU yang harus diatur.
Kendala operasi yang terdapat pada PLTU adalah :
Starting Time (waktu yang diperlukan untuk men-start) yang relatif lama, bisa mencapai 6 sampai 8 jam apabila Stara dilakukan dalam keadaan dingin.
Perubahan daya per satuan waktu (ΔMW per menit) yang terbatas, Kira-kira 5% per menit.
Hali ini disebabkan karena proses Stara maupun perubahan daya dalam PLTU menyangkut pula berbagai perubahan suhu yang selanjutnya menyebabkan pemuaian atau pengkerutan.
Pemuaian-pemuaian atau pengerutan-pengerutan sedapat mungkin harus berlangsung merata dan tidak terlalu cepat untuk menghindarkan tegangan
3. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
3. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
1. ARCO Gas Station.
2. Combustion Chamber.
3. Gas Turbine.
4. Main Compressor.
5. Air Filter.
6. Generator Gas Turbine.
7. Penghantar.
8. Katup.
9. Katup.
10. Heat Recovery Steam Generator.
11. Deaerator.
12. H.P Flow Meter.
13. L.P Flow Meter.
14. Katup Uap Utama.
15. H.P Turbine.
16. L.P Turbine.
17. Generator Steam Turbine.
18. Penghantar.
19. Condenser.
20. Condensate Pump.
21. H.P Bypass.
22. Katup Uap Tekanan Tinggi.
23. L.P Bypass.
24. Katup Uap Tekanan Rendah.
25. Katup Uap Utama Tekanan Tinggi.
26. Katup Utama.
3.1 Prinsip Kerja PLTG3.1 Prinsip Kerja PLTGPLTG atau turbin gas merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan bakar berupa minyak atau gas alam dibakar di dalam ruang pembakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan baker disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas hasil pembakaran ini berfungsi sebagai fluida kerja yang memutar roda turbin bersudu yang terkopel dengan generator sinkron. Generator sinkron kemudian mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Berbeda dengan pada PLTD, pada PLTG tidak terdapat bagian mesin yang bergerak Translasi (bolak-balik) karena itu ia merupakan mesin yang bebas dari getaran. meskipun temperatur turbin gas (1000 derajat celcius) jauh lebih tinggi daripada temperatur turbin uap (530 derajat celcius), namun efisien konversi termalnya hanya mencapai 20% - 30%. karena biaya modal yang rendah, serta biaya bahan bakar yang tinggi, maka PLTG berfungsi memikul beban puncak
3.2 Kendala Operasi PLTG 3.2 Kendala Operasi PLTG
Unit PLTG adalah unit pembangkit yang termahal biaya operasi khususnya termahal bahan bakarnya, maka diinginkan agar unit PLTG beroperasi dalam waktu yang sependek mungkin, misalnya pada waktu beban puncak atau pada waktu ada kerusakan/gangguan unit pembangkit lain (sebagai cadangan). Tetapi di lain pihak men-start dan men-stop unit PLTG Sangay menambah keausan unit tersebut sehingga merupakan kendala operasi yang harus diperhitungkan
Kendala Operasi Pada PLTG Antara Lain :Kendala Operasi Pada PLTG Antara Lain :
a. Beban maksimum.
Dalam spesifikasi teknisnya unit PLTG umumnya disebut dua macam rating kemampuan yaitu:
1. Base load rating, yang menggambarkan kemampuan unit untuk melayani beban secara terus menerus.
2. Peak load rating, yang menggambarkan kemampuan unit untuk melayani beban selama dua jam. Peak load rating besarnya kurang dari 10% diatas base load rating.
b. Beban Minimum
Batas beban minimum untuk unit PLTG tidak disebabkan karena alasan teknis melainkan lebih disebabkan oleh alasan ekonomis yaitu efisiensi yang rendah pada beban rendah.
Pada beban 100% pemakaian bahan bakar minyak adalah Kira-kira 0,346 cc/kWh, sedangkan pada beban 25% bisa mencapai Kira-kira 0,645 cc/kWh.
c. Kecepatan perubahan beban
Unit PLTG umumnya dapat dirubah bebanya dari 0% sampai 100% dalam waktu kurang dari 15 menit, sehingga bagi unit termis termasuk unit yang dapat dirubah bebanya secara cepat. Tetapi jira diingat bahwa unit PLTG beroperasi dengan suhu gas pembakaran yang tinggi maka perubahan beban berarti pula perubahan suhu yang tidak kecil pada berbagai bagian turbin gas dan menambah keausan bagian-bagian tersebut.
d. Perhitungan Cadangan Berputar
Karena kemampuannya untuk merubah beban yang relatif cepat seperti telah diuraikan diatas, maka cadangan berputar yang dapat diperhitungkan pada unit PLTG adalah sama dengan kemampuan maksimum dikurangi dengan beban saat itu. Namur seperti telah diuraikan di batir c sebaiknya tidak terlalu banyak dipasang cadangan berputar pada unit PLTG.
4. Pusat Listrik Tenaga Gas Dan Uap (PLTGU)
4. Pusat Listrik Tenaga Gas Dan Uap (PLTGU)
1. ARCO Gas Station.
2. Combustion Chamber.
3. Gas Turbine.
4. Main Compressor.
5. Air Filter.
6. Generator Gas Turbine.
7. Penghantar.
8. Katup.
9. Katup.
10. Heat Recovery Steam Generator.
11. Deaerator.
12. H.P Flow Meter.
13. L.P Flow Meter.
14. Katup Uap Utama.
15. H.P Turbine.
16. L.P Turbine.
17. Generator Steam Turbine.
18. Penghantar.
19. Condenser.
20. Condensate Pump.
21. H.P Bypass.
22. Katup Uap Tekanan Tinggi.
23. L.P Bypass.
24. Katup Uap Tekanan Rendah.
25. Katup Uap Utama Tekanan Tinggi.
26. Katup Utama.
4.1 Diagram Blok PLTGU4.1 Diagram Blok PLTGU Gas
PLTG
Mekanik Tenaga Listrik
Gas Buang
Uap Mekanik Tenaga Listrik
PLTU
DapurPembakaran
Gas TenagaListrik
Boiler Turbin Generator
4.2 Prinsip Kerja PLTGU4.2 Prinsip Kerja PLTGU
Proses pada Turbin Gas
Bahan gas alam (natural gas) yang disupply dari ARCO Station (1) langsung dimasukkan ke dalam ruang bakar/Combustion Chamber (2), bersama-sama dengan udara yang disupply dari Main Compressor (4) setelah terlebih dahulu melalui saringan udara/Air Filter (5). Maka akan menghasilkan gas panas yang selanjutnya akan dimasukkan langsung ke dalam Turbin Gas (3) .Sedangkan gas bekas yang telah melalui turbin gas tadi, apabila tidak dipakai (open cycle) akan langsung dibuang keluar melalui katup (8). Bila dipakai lagi (closed cycle) akan dimasukkan kembali melalui katup (9) ke dalam Heat Recovery Steam Generator HRSG (10).
Proses pada Turbin Uap (PLTU)
Air pengisi yang berada di dalam deaerator (11) akan dibagi dua yaitu melalui Low Pressure Flow Water/LPFW (13) dan High Pressure FW/HPFW (12). Air pengisi yang dari HPFW akan dimasukkan ke dalam HRSG setelah melalui pipa/saluran uap HP Admission Steam diteruskan ke Turbin Uap High Pressure Turbine/HPT (15) yang sebelumnya terlebih dahulu melalui Katup Uap Utama (14) dan setelah itu diteruskan lagi ke Low Pressure Turbine/LPT (16) yang selanjutnya dikopling dengan Generator (17) untuk menghasilkan tenaga listrik melalui Penghantar (18).
Uap bekas yang keluar dari LPT tadi akan dialirkan kembali ke dalam Condenser (19) untuk diubah kembali menjadi air kondensat setelah dikondensasi oleh air pendingin/air laut. Air kondensat selanjutnya akan dipompakan oleh Condensate Pump (20) untuk selanjutnya terus dimasukkan ke dalam Feed Water Tank yang berada pada deaerator.
4.3 Kendala Operasi PLTGU4.3 Kendala Operasi PLTGUKendala operasi yang terjadi pada PLTGU merupakan gabungan dari kendala yang terdapat Pada PLTG dan PLTU yaitu Karena daya yang dihasilkan turbin uap tergantung kepada banyaknya gas buang
yang dihasilkan unit yaitu kira-kira menghasilkan 50% daya unit PLTG, maka dalam
mengoperasikan PLTGU ini, pengaturan daya PLTGU dilakukan dengan mengatur daya
unit PLTG, sedangkan unit PLTU mengikuti saja, menyesuaikan gan gas buang yang
diterima dari unit PLTG-nya
5. Pusat Listrik Tenaga DieselPLTD
5. Pusat Listrik Tenaga DieselPLTD
PLTD mempunyai ukuran mulai dari 40 kW sampai puluhan MW. Untuk menyalakan listrik di daerah baru umumnya digunakan PLTD oleh PLN.
Di lain pihak, jika perkembangan pemakaian tenaga listrik telah melebihi 100 MW, penyediaan tenaga listrik yang menggunakan PLTD tidak ekonomis lagi sehingga harus dibangun Pusat Listrik lain, seperti PLTU atau PLTA. Untuk melayani beban PLTD dengan kapasitas di atas 100
5.1 Diagram Blok PLTD 5.1 Diagram Blok PLTD
5.2 Prinsip Kerja PLTD5.2 Prinsip Kerja PLTD
Hasil kompresi udara dan bahan bakar (terjadi pembakaran dalam dalam ruang bakar akibat adanya bahan bakar , udara dan panas tinggi) sehingga menghasilkan tenaga untuk menggerakkan poros engkol yang dikopel dengan poros / rotor Generator dan Generator bereksitasi membangkitkan listrik .
5.3 Kendala Operasi PLTD5.3 Kendala Operasi PLTDa. Beban Maksimum
Unit PLTD seringkali tidak bisa mencapai nilai yang tertulis dalam spesifikasi pabrik karena ada bagian-bagian dari mesin diesel yang tidak bekerja dengan sempurna. Misalnya pada beban 90% suhu gas buang sudah mencapai suhu maksimum yang diperbolehkan sehingga beban tidak boleh dinaikan lagi.
b. Beban minimum
Tidak ada hal yang membatasi beban minimum pada unit PLTD. Hanya saja apa bila unit PLTD sering dibebani rendah, misalnya kurang dari 50%, maka mesin diesel menjadi lekas kotor sebagai akibat pembakaran yang kurang sempurna dari mesin diesel pada beban rendah.
c. Kecepatan Perubahan Beban
Unit PLTD umumnya dapat berubah bebannya dari 0% menjadi 100% dalam waktu kurang dari 10 menit. Oleh karena itu kemampuanya yang cepat dalam mengikuti perubahan beban, unit PLTD baik dipakai untuk turut mengatur frekwensi sistem.
d. Perhitungan Cadangan Berputar
Mengingat kemampuanya dalam mengikuti perubahan beban seperti diatas, maka cadangan berputar yang dapat diperhitungkan adalah sama dengan kemampuan maksimum dikurangi dengan beban sexta
6. Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTPB)
6. Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTPB)
1. Steam Receiving Header.
2. Flow Meter.
3. Separator.
4. Demister.
5. Main Steam Valve.
6. Turbine.
7. Generator.
8. Step-up Transformer.
9. Sistim Penyaluran Jawa-Bali.
10. Condenser.
11. Cooling Water Pump.
12. Cooling Water.
13. First-stage dan second-stage.
14. Sumur Reinjeksi.
15. Reservoir.
16. Primary Pump.
17. Inter Condenser.
6.1 Prinsip Kerja PLTPB6.1 Prinsip Kerja PLTPB
Uap dari sumur produksi mula-mula dialirkan ke steam receiving header (1), yang berfungsi menjamin pasokan uap tidak akan mengalami gangguan meskipun terjadi perubahan pasokan dari sumur produksi. Selanjutnya melalui flow meter (2) dialirkan ke separator (3) dan demister (4) untuk memisahkan zat-zat padat, silika dan bintik-bintik air yang terbawa didalamnya. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya vibrasi, erosi, dan pembentukan kerak pada sudu dan nozzle turbine.
Uap yang telah bersih itu dialirkan melalui main steam valve/electric control valve/governor valve (5) menuju ke turbine (6). Di dalam turbine, uap tersebut berfungsi untuk memutar double flow condensing yang dikopel dengan generator (7), pada kecepatan 3000 rpm. Proses ini menghasilkan energi listrik dengan arus 3 phase, frekuensi 50 Hz, dan tegangan 11,8 kV. Melalui step-up transformer (8), arus listrik dinaikkan tegangannya hingga 150 kV, selanjutnya dihubungkan secara paralel dengan sistem penyaluran Jawa-Bali (9).
Agar turbin bekerja secara efisien, maka exhaust steam yang keluar dari turbin harus dalam kondisi vakum (0,10 bar). Dengan mengkondensasikan uap dalam condenser (10) kontak langsung yang dipasang di bawah turbine. Exhaust steam dari turbin masuk dari sisi atas condenser, kemudian terkondensasi sebagai akibat penyerapan panas oleh air pendingin yang diinjeksikan lewat spray-nozzle. Level kondensat dijaga selalu dalam kondisi normal oleh dua buah cooling water pump (11), lalu didinginkan dalam cooling water (12) sebelum disirkulasikan kembali.Untuk menjaga kevakuman condenser, gas yang tak terkondensasi harus dikeluarkan secara kontinyu oleh sistem ekstraksi gas. Gas-gas ini mengandung: CO2 85-90% wt; H2S 3,5% wt; sisanya adalah N2 dan gas-gas lainnya. Di Kamojang dan Gunung Salak, sistem ekstraksi gas terdiri atas first-stage dan second-stage (13) sedangkan di Darajat terdiri dari ejector dan liquid ring vacuum pump.
Sistem pendingin di PLTP merupakan sistem pendingin dengan sirkulasi tertutup dari air hasil kondensasi uap, dimana kelebihan kondensat yang terjadi direinjeksi ke dalam sumur reinjeksi (14). Prinsip penyerapan energi panas dari air yang disirkulasikan adalah dengan mengalirkan udara pendingin secara paksa dengan arah aliran tegak lurus, menggunakan 5 forced draft fan. Proses ini terjadi di dalam cooling water.
Sekitar 70% uap yang terkondensasi akan hilang karena penguapan dalam cooling water, sedangkan sisanya diinjeksikan kembali ke dalam reservoir (15). Reinjeksi dilakukan untuk mengurangi pengaruh pencemaran lingkungan, mengurangi ground subsidence, menjaga tekanan, serta recharge water bagi reservoir. Aliran air dari reservoir disirkulasikan lagi oleh primary pump (16). Kemudian melalui after condenser dan intercondenser (17) dimasukkan kembali ke dalam reservoir.
6.2 Kendala Operasi PLTPB6.2 Kendala Operasi PLTPB
Secara teknis PLTP sesungguhnya sama dengan PLTU hanya ketel uapnya ada dalam perut bumi. Pengusahaan uap dilakukan oleh PERTAMINA dan PLN hanya membeli uap dari PERTAMINA atas dasar kWh yang dihasilkan PLTP. Karena perubahan beban akan menyangkut perubahan penyediaan uap dari perut bumi maka PLTP praktis hanya dapat ikut mengambil beban dasar dalam sistem, dalam arti harus berbeban constan.
Mengenai masalah beban maksimum dan beban minimum pada PLTP kendala-kendala nya yang menyangkut turbin uap adalah sama dengan ketel tidak ada pada PLTP.
TERIMA KASIH