TUGAS MAKALAH TEKNIK TENAGA LISTRIK

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

Dosen Pembimbing :

Dra. Ratu Amilia Avianti, M.Pd.

Nama Anggota Kelas Non – Reguler :

Alfi Aflahal Amrul Muflih (5315122804)

Gayu Diafebri Irwandanu (5315127308)

Septiyanto Eko Nurcahyo (5315127352)

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN (S-1)

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

2012

i

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT. Karena atas rahmat –

Nyalah makalah yang berjudul “Pembangkit Listrik Tenaga Uap” ini dapat penulis

selesaikan dengan waktu yang telah ditentukan. Dalam makalah ini, penulis

membahas mengenai pengertian dan pemandangan umum PLTU, siklus ideal

rankine PLTU, bagian – bagian penyusun PLTU, proses kerja PLTU, siklus actual ,

keuntungan dan kerugian PLTU.

Makalah ini dibuat dalam rangka memperdalam pemahaman penulis

mengenai Pembangkit Listrik Tenaga Uap dan menyelesaikan tugas mata kuliah

teknik tenaga listrik. Terima kasih penulis ucapkan kepada :

Ibu Dra. Ratu Amilia Avianti, M.Pd. ,sebagai dosen pembimbing mata kuliah

Teknik Tenaga listrik, Universitas Negeri Jakarta.

Penulis menyadari bahwa sebagai manusia biasa tidak luput dari

kesalahan dan kekurangan. Maka dari itu, Penulis sangat mengharapkan kritik

dan saran dari para pembaca sehingga penulis dapat memperbaiki kesalahan –

kesalahan dalam penyusunan makalah ilmiah selanjutnya. Demikian makalah ini,

semoga bermanfaat .

ii

DAFTAR ISI

SAMPUL

KATA PENGANTAR....................................................................................................ii

DAFTAR ISI...............................................................................................................iii

BAB I PENDAHULUAN...............................................................................................1

1.1. Latar Belakang Masalah....................................................................................1

1.2. Identifikasi Masalah..........................................................................................1

1.3. Batasan Masalah................................................................................................1

1.4. Tujuan Penulisan Makalah................................................................................1

BAB II ISI....................................................................................................................2

2.1. Pengertian dan Pemandangan Umum PLTU.....................................................2

2.2. Siklus Rankine (Regeneratif) pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap.................2

2.3. Bagian – Bagian Penyusun PLTU........................................................................4

2.4. Proses Kerja PLTU............................................................................................15

2.5. Siklus aktual pada Sistem Energi Uap dan Modifikasinya...............................18

2.6. Keuntungan dan Kerugian dari PLTU...............................................................22

BAB III KESIMPULAN..............................................................................................25

DAFTAR PUSTAKA..................................................................................................26

iii

iv

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Yang melatar belakangi pengambilan masalah adalah keinginan penulis

untuk memahami lebih jauh mengenai proses yang terjadi pada PLTU, berbagai

komponen penyusunnya , dan keuntungan serta kerugian yang ada. Selain itu

masalah telah sesuai dengan tugas yang berikan kepada penulis.

1.2. Identifikasi Masalah

Yang menjadi masalah dalam PLTU adalah

- Apa yang membedakan PLTU dengan pembangkit listrik lainnya

- Bagaimana PLTU membangkitkan energi untuk menghasilkan listrik

- Apa saja komponen yang menyusung sistem PLTU

- Seperti apa siklus ideal dibandingkan dengan siklus nyata sistem energi uap

dan modifikasi yang bisa dilakukan untuk memperbaiki kekurangannya

1.3. Batasan Masalah

Masalah yang penulis bahas yaitu sekitar proses kerja dan siklus kerja

pada PLTU untuk menghasilkan energi.

1.4. Tujuan Penulisan Makalah

Tujuan ditulisnya makalah adalah untuk menambah wawasan penulis

sendiri, dan untuk memenuhi tugas yang telah ditetapkan. Dengan makalah ini

penulis ingin memahami tentang keseluruhan dalam Pembangkit listrik Tenaga

Uap

1

BAB II

ISI

2.1. Pengertian dan Pemandangan Umum PLTU

Energi uap biasanya digunakan dalam pembangkit tenaga listrik berbahan

bakar fosil dan nuklir. Namun PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) merupakan

pembangkit listrik yang menggunakan bakar fosil untuk memanaskan air ,

sehingga PLTU masuk kedalam jenis pembangkit listrik energi konvensional.

Sedangkan pembangkit listrik yang menggunakan nuklir untuk memanaskan air,

termasuk ke dalam tipe non – konvensional dan disebut dengan PLTN

(Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir). Kebanyakan pembangkit uap modern

menghasilkan energi uap dengan panas lanjut bertekanan tinggi (2400 sampai

3500 Psia atau 165 sampai 240 bar. Energi uap diproses melalui siklus rankine.

Oleh karena itu cara kerja PLTU selalu mengacu pada siklus tersebut.

PLTU dapat didefinisikan sebagai pembangkit bersistem energi uap yang

mengandalkan energi kinetik dari uap hasil pemanasan air untuk menghasilkan

energi listrik. Pemanasan air bisa dilakukan didalam ketel (boiler) melalui

pembakaran minyak bumi atau batu bara (coal). Kemudian untuk start awal

digunakan MFO (Marine Fuel Oil)

Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang dihubunhkan

ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas / kering. Pembangkit

uap pada PLTU merupakan kombinasi kompleks dari ekonomiser, ketel (boiler /

steam generator), pemanas lanjut (superheater), pemanas ulang (reheater), dan

pemanas udara awal (air-preheater). Sebagai tambahan, khususnya yang

menggunakan bahan bakar batubara, ditambahkan perlengkapan seperti ruang

bakar pulverizer.

2.2. Siklus Rankine (Regeneratif) pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap

2

Proses penggunaan energi uap pada PLTU dapat dijelaskan secara

sederhana melalui grafik dan skema siklus rankine berikut ini,

Keterangan :

1-2 Kompresi isentropi di dalam pompa

2-3 Penambahan tekanan panas secara konstan di dalam ketel

3-4 Ekspansi isentropi dalam turbin

4-1 Pengeluaran tekanan panas secara konstan di dalam kondensor

Mula – mula air masuk ke dalam pompa dalam fase saturated liquid dan

dikompresikan secara isentropik kedalam boiler. Kemudian temperatur air

meningkat selama kompresi ini menyebabkan penurunan volume spesifik dalam

jumlah yang sangat kecil. Sehingga terjadi kenaikan vertikal pada grafik titik 1 ke

titik 2.

Kemudian air memasuki ketel dalam fase compressed liquid dan keluar

dalam fase superheated vapor. Ketel atau boiler merupakan heat exchanger besar

yang memiliki bagian untuk melakukan pemanasan lanjut pada uap sehingga

dapat disebut dengan penghasil uap / steam generator.

3

Kemudian superheated vapor pada titik 3 memasuki turbin. Turbin tersebut

kemudian membuatnya terekspansi secara isentropik dan menghasilkan usaha

melalui pemutaran poros yang terhubung dengan generator listrik. Tekanan dan

temperatur uap turun selama proses ini sampai ke titik 4. Kemudian pada titik

tersebut uap masuk kedalam kondensor. Pada tahap ini uap dalam fasa saturated

liquid – vapor mixture berkualitas tinggi. Uap dikondensasikan pada tekanan

konstan , pada heat exchanger dengan mengeluarkan panas ke medium yang

lebih dingin. Uap meninggalkan kondensor menjadi saturated liquid dan

memasuki pompa kembali. Berdasarkan siklus ideal tersebut area dibawah kurva

pada diagram T-s merupakan proses reversibel internal.

2.3. Bagian – Bagian Penyusun PLTU

PLTU terangkai menjadi beberapa bagian penyusun yaitu :

1. Sistem Batu bara

Coal Handling System (untuk batu bara), berfungsi untuk mengatur

penggunaan batubara dan penyaluran dari sumber ke pulverizer coal /

ruang giling batubara. Sistem ini melakukan stacking (pemupukan batu bara

dari kapal laut ) dan reclaiming (pengambilan batu bara dari coal pile ke

silo).

Istilah dalam stacking seperti, Belt Conveyor berbentuk semacam sabuk

besar yang terbuat dari karet yang bergerak melewati Head Pulley dan Tail

Pulley, keduanya berfungsi untuk menggerakkan Belt Conveyor, serta

Tansioning Pulley yang berfungsi sebagai peregang Belt conveyor. Untuk

menyangga Belt Conveyor beserta bobot batubara yang diangkut dipasang

Idler pada jarak tertentu diantara Head Pulley dan Tail Pulley. Idler adalah

bantalan berputar yang dilewati oleh Belt Conveyor. Batubara yang

diangkut oleh Conveyor dituangkan dari sebuah bak peluncur (Chute)

diujung Tail Pulley kemudian bergerak menuju ke arah Head Pulley.

Biasanya , muatan batubara akan jatuh ke dalam bak peluncur lainnya yang

terletak dibawah Head Pulley untuk diteruskan ke conveyor lainnya atau

4

masuk ke bak penyimpan. Disetiap belokan antar Conveyor satu denagn

yang lain dihubungkan dengan Transfer House, selain itu pada belt

Conveyor ditambahkan juga beberapa aksesori yang bertujuan untuk

meningkatkan fleksibilitasnya, antara lain:

Pengambil Sampel :Dilakukan secara otomatis, jika terdeteksi

adanya metal pada batubara pengambil sampel langsung berhenti.

Metal Detector :Merupakan alat untuk mendeteksi adanya

logam-logam didalam batu bara yang tercampur pada proses

pengiriman.

Magnetic Separator :Untuk memisahkan logam-logam yang

terkandung dalam batubara pada proses pengiriman.

Belt Scale :Untuk mengetahui jumlah tonnase berat

batubara yang diangkut oleh Belt Conveyor.

Dust Supention :Berfungsi untuk, air polution kontroller,

menyemprot ait pada batubara, menghemat batubara agar tidak

menjadi debu, menghalangi terjadinya percikan api akibat debu panas

dari batubara.

Istilah untuk reclaiming,

Di Coal Pile, proses penimbunan dan pengambilan batubara dilakukan

dengan alat yang disebut Stacker/Reklaimer. Alat ini merupakan sebuah

konveyor yang kompleks dan terpasang pada sebuah struktur yang dapat

bergerak. Didalam proses penimbunan, stacker menyalurkan batubara

melalui sebuah lengan yang dapat diatur agar selalu diam ditempat,

sehingga batubara yang tumpah melalui lengan itu akan membentuk

timbunan yang tinggi , apabila lengan bergerak maju mundur maka

timbunan yang akan dihasilkan menjadi timbunan yang rapi dan

memanjang. Pada saat pengambilan, Reclaiming Bucket pada stacker akan

5

berputar dan mengeruk batubara yang selanjutnya dituang ke Belt

Conveyor untuk dibawa ke instalasi. Seperti halnya proses penimbunan,

Reclaiming Bucket ini dapat juga diatur aagar tetap diam ditempat atau

maju mundur untuk mengeruk batubara.

Silo merupakan bunker tempat menampung batubara di instalasi yang

kemudian digunakan sebagai bahan bakar di boiler. Volume sebuah silo

sebesar 600 ton, pengisian ulang dilakukan setiap volume silo kurang dari

30 – 40%. Dari silo batubara dimasukkan ke Pulverizer dengan

menggunakan Coal Feeder, batubara dari Pulverizer ini yang akan

digunakan untuk pembakaran di boiler.

2. Furnance

Pulverizer coal, Bongkahan – bongkahan batubara yang seperti batu harus

dihancurkan menjadi butiran-butiran halus agar batubara mudah

tercampur dengan udara. Pulverizer adalah alat untuk menggiling batubara

sehingga menjadi halus dan kemudian bersama dengan udara primer akan

dialirkan ke Furnace. Fungsi lain dari Pulverizer adalah untuk mengeringkan

batubara sehingga mudah dihaluskan dan dibakar, dan untuk

mengklasifikasikan atau menyaring batubara untuk memastikan bahwa

batubara yang masuk ke dalam Boiler benar-benar halus. Batubara yang

tidak tergiling akan keluar melalui sebuah lubang dan ditampung di Pyrites

Hopper dan kemudian dibuang.

Dalam penggunaan Pulverizer yang perlu diperhatikan adalah temperatur

dari udara primer, temperatur yang terlalu tinggi dapat menyalakan

batubara dari dalam Pulverizer dan menyebabkan ledakan. Jika temperatur

terlalu rendah, batubara tidak bisa kering benar dan sulit dihaluskan.

Temperatur idealnya kira-kira 65 oC.

Pulverizer dilengkapi dengan Feeder (alat pengisi batubara) yang letaknya

diatas Pulverizer, berfungsi untuk menyuplai sejumlah batubara sesuai

6

dengan kebutuhaan. Feeder ini mendapat suplai batubar dari penampung

batubara yang disebut Silo (Coal Bunker).

ID Fan, FD Fan dan PA Fan

Udara pembakaran ada dua macam, yaitu Primary Air (udara primer)

dan Secondary Air (udara sekunder). Udara primer dipasok oleh Primary

Air Fan (PA Fan) yang dihembuskan menuju ke alat penggiling batubara

(Pulverizer) kemudian bersama-sama dengan serbuk batubara dialirkan

ke Furnace untuk dibakar (reaksi kimia). Bercampurnya batubara dan

udara dibantu oleh Dumper tetap yaitu pengatur pengaduk udara

sehingga menimbulkan turbulensi yang memungkinkan terjadinya

pembakaran yang efisien. Turbulensi mengacu pada gerakan udara

didalam Furnace, gerakan ini perlu karena dapat menyempurnakan

pencampuran udara dan bahan bakar.

Udara primer tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan turbulensi untuk

melakukan pencampuran bahan bakar secara sempurna atau memenuhi

kebutuhan akan oksigen untuk pembakaran sempurna. Untuk itulah

diperlukan pasokan dari udara sekunder yang dihasilkan oleh FD Fan

bersama ID Fan. Boiler yang bekerja dengan tekanan yang negatif atau

dibawah tekanan atmosfir selalu dilengkapi dengan Force Draft Fan (FD

Fan) dan Induced Draft Fan (ID Fan). Boiler ini disebut dengan

Balanced-Draft yaitu Furnace dengan kipas tarikan seimbang.

Ignitor

Panas yang diperlukan untuk pembakaran disediakan oleh Ignitor. Begitu

pembakaran dimulai, bahan bakar yang terbakar akan memasok panas

yang cukup untuk menyalakan bahan bakar baru yang memasuki Boiler

dan Ignitor dapat dimatikan.

3. Heater

7

Superheater

Superheater merupakan kumpulan pipa Boiler yang terletak dijalan

aliran gas panas hasil pembakaran. Panas dari gas ini dipindahkan ke

Saturated Steam yang ada dalam pipa Superheater, sehingga berubah

menjadi Super Heated Steam.

Superheater ini ada dua bagian, yaitu Primary Superheater dan

Secondary Superheater. Primary Superheater merupakan pemanas

pertama yang dilewati oleh Saturate Steam setelah keluar dari Steam

drum, setelah itu baru melewati Secondary Superheater dan menjadi

Super Heated Steam. SH Steam akan dialirkan untuk memutar High

Presure Turbin, dan kemudian tekanan dan temperaturnya akan turun.

Re-Heater

Setelah tekanan dan temperatur SH Steam turun maka SH Steam

tersebut akan dikembalikan ke Boiler untuk pemanasan ulang.

Pemanasan ulang ini berlangsung di bagian Boiler yang disebut Re-

Heater yang merupakan kumpulan pipa Boiler yang diberi panas dari

gas pembakaran seperti Superheater. Jadi Re-Heater berfungsi untuk

menaikkan temperatur SH Steam tanpa mempengaruhi tekanannya. Di

bagian Re Heater, SH Steam akan dikembalikan untuk memutar

Intermediate Presure Turbine(IP) dan Low Presure Turbine (LP).

Air Pre-Heater

Air Pre-Heater adalah instrument yang sistem kerjanya berputar dengan

putaran rendah dan berfungsi untuk memanasi udara pembakaran

sebelum dikirim ke Furnace. Pemanas Udara pembakaran tersebut

diambil dari gas buang hasil pembakaran dari Furnace yang dialirkan

melalui Air Pre-Heater sebelum dibuang ke Chimney.

4. Boiler

8

Dalam power plant, energi secara terus menerus diubah dari satu bentuk ke

bentuk lain untuk menghasilkan listrik. Komponen yang mengawali

perubahan dan pengaliran energi disebut boiler. Definisi boiler sendiri

sebagai suatu komponen pada power plant adalah suatu bejana tertutup

yang secara efisien mampu mengubah air menjadi steam dengan bantuan

panas dari proses pembakaran batubara. Jika dioperasikan dengan benar,

boiler secara efisien dapat mengubah air dalam volume yang besar menjadi

steam yang sangat panas dalam volume yang lebih besar lagi.

Ekonomizer

Economizer berfungsi untuk meningkatkan temperatur air ( pemanasan

awal) sebelum masuk ke boiler untuk selanjutnya dialirkan ke steam

drum, komponen ini berada dalam boiler yang terdiri dari rangkaian

pipa-pipa (tubes) yang menerima air dari inlet.

Sumber panas yang diperlukan oleh alat tersebut berasal dari gas buang

dalam boiler. Air mengalir dalam pipa–pipa, sementara diluar mengalir

gas panas yang berasal dari hasil pembakaran boiler. Selanjutnya steam

panas tersebut dimanfaatkan untuk memanaskan air sehingga

temperaturnya meningkat.

Penggunaan Economizer untuk pemanasan awal sangatlah penting,

karena:

Hal tersebut dapat meningkatkan efisiensi boiler secara

keseluruhan, karena panas yang ada pada steam bisa dimanfaatkan

untuk melakukan usaha.

Dengan memanaskan air sebelum air diubah menjadi steam di

Boiler, berarti mempermudah kerja Boiler, hanya sedikit saja panas

yang perlu ditambahkan.

Pemanasan air hanya akan mengurangi Thermal Shock pada Boiler.

Steam Drum

9

Berfungsi untuk menyimpan air dalam volume yang besar dan untuk

memisahkan uap dari air setelah proses pemanasan yang terjadi dalam

Boiler. Secara umunm, ada empat jenis pipa sambungan dasar yang

berhubungan dengan Steam Drum, yaitu:

Feed Water Pipe

Berfungsi mengalirkan air dari Economizer ke Distribution Pipe yang

panjangnya sama persis dengan Steam Drum. Distribute Pipe berfungsi

mengalirkan air dari Economizer secara merata keseluruh bagian Steam

Drum.

Downcomer atau Pipa turun

Ditempatkan disepanjang bagian dasar Steam Drum dengan jarak yang

sama antara yang satu dengan yang lainnya. Pipa-pipa ini mengalirkan

air dari Steam Drum menuju Boiler Circulating Pump. Boiler Water

Circulating Pump (BWCP) digunakan untuk memompa air dari

Downcomer dan mensirkulasikannya menuju Waterwall yang kemudian

air tersebut dipanaskan oleh pembakaran di Boiler dan dikirim kembali

ke Steam Drum.

Waterwall Pipe

Terletak dikedua sisi Steam Drum dan merupakan pipa-pipa kecil yang

berderet vertikal dalam Boiler, setiap pipa disambung satu sama lain

agar membentuk selubung yang kontinu dalam Boiler. Konstruksi seperti

ini disebut konstruksi membran. Waterwall bertugas menerima dan

mengalirkan air dari Boiler Circulating Pump kemudian dipanaskan

dalam Boiler dan dialirkan ke Steam Drum

Steam Outlet Pipe

10

Merupakan sambungan terakhir, diletakkan dibagian atas Steam Drum

untuk memungkinkan Saturated Steam keluar dari Steam Drum menuju

Superheater.

Dalam Steam Drum, Saturated Steam akan dipisahkan dan diteruskan

untuk pemanasan lebih lanjut di Superheater, sedangkan airnya tetap

berada dalam Steam drum dan dialirkan ke Down Comer, dari sini proses

akan dimulai lagi.

Selain pipa tersebut, juga terdapat Blowdown Pipa yang letaknya

dibagian bawah Steam Drum, tepat dibawah permukaan air. Saat air

berubah menjadi uap, kotoran-kotoran air akan tetap tinggal di air

dalam Steam Drum. Jika konsentrasi kotoran tersebut menjadi tinggi,

kemurnian steam yang keluar dari Steam Drum akan terpengaruh dan

akan terbawa ke Super Heater ataupun ke Turbin. Pipa Blowdown akan

menghilangkan sebagian kotoran air Boiler dari permukaan Steam

Drum, dan mengalirkannya sehingga dapat mengurangi konsentrasi

kotoran dalam air Boiler, dan pada akhirnya dapat menjaga Super

Heater dan Turbin tetap bersih.

5. Turbin Uap

Konversi energi terjadi pada Turbine Blades, Turbin mempunyai susunan Blade

bergerak berselang seling dengan Blade tetap. Steam akan masuk ke Turbin dan

dialirkan langsung ke Turbin Blades, Blades bergerak dan bekerja untuk

mengubah energi thermal dalam Steam menjadi energi mekanis berotasi, yang

menyebabakan rotor Turbin berputar, perputaran rotor ini akan menggerakkkan

Generator dan akhirnya energi mekanik menjadi energi listrik.

6. Kondensor

Setelah LP Turbin diputar steam kemudian steam akan mengalir menuju

Condenser untuk didinginkan dan berubah menjadi air. Condenser ada dua A

dan B yang letaknya dibawah LP Turbin A dan B. Proses yang terjadi steam

11

bersentuhan langsung dengan pipa yang didalamnya dialiri pendingin berupa air

laut . Kondensasi ini mengubah steam menjadi air yang kemudian ditampung di

Condensaate Hot Well. Air laut selain berfungsi sebagai media heat transfer juga

berfungsi untuk mendinginkan kondenser juga mendinginkan Closed Cooling

System (air pendingin). Closed Cooling System ini mendinginkan berbagai

peralatan yang membutuhkan pendinginan seperti Air Compressor, Pump dan

Generator Stator Cooling dan juga penting untuk mendinginkan oli untuk

pelumasan Turbin. Proses pertukaran panas antar Close Cooling dengan air laut

terjadi pada alat yang disebut Heat Exchanger.

Karena adanya Blowdown pada Steam Drum, maka untuk mengembalikan

volume air ke volume semula, pada Condenser terdapat Make-Up Water untuk

menambah volume air. Make Up water diambil dari Make Up Demineralizing

RO. Condenser bekerja dalam kondisi vakum, hal ini dikarenakan proses

kondensasi yang terjadi yaitu perubahan steam ke air menyebabkan

berkurangnya volume. Untuk menjaga agar kondensor dalam keadaan vakum,

maka gas-gas yang dilepas dari steam (ketika steam berubah menjadi air)

dipompa keluar oleh vakum pump. Alasan lain keadaan vakum adalah efisiensi,

steam yang diambil dari turbin adalah Enthalpi Steam (selisih steam masuk dan

keluar) sehingga tekanan diminimalkan agar energi yang dimanfaatkan semakin

besar karena Enthalpinya juga besar.

7. Polisher

Dari Condensate Hot Well, condensate water akan dipompa oleh condensate

pump menuju Polisher. Di polisher terdapat reksin kation dan anion, resin ini

berfungsi sebagai:

Resin kation : mengikat ion negatif penyebab korosi .

Resin anion : mengikat ion positif penyebab kerak atau scale.

Ion- ion tersebuit diikat oleh resin dalam Polisher untuk memurnikan air yang

masuk ke Boiler. Parameter ion-ion itu dapat diukur dengan melihat nilai

12

conductyvity-nya (normalnya 0.2 ). Jika nilai conductivity tinggi, bisa berarti dua

hal :

Terdapat kebocoran air laut di dalam Polisher , terdeteksi dengan Leak

Detector.

Resin telah jenuh dan harus diregenerasi. Regenerasi resin dapat

menggunakan :

o Resin Kation : menggunakan asam kuat ( H2SO4)

o Resin anion : menggunakan basa (NaOH)

Dari Polisher, air dipanaskan di Feed water Heater dengan sebelumnya diinjeksi

ammonia untuk meningkatkan pH (pH ideal = 9 - 9.5) agar sodium dari air

hilang karena sodium akan mengakibatkan kerusakan pada material Boiler .

Setelah itu baru ke Feed Water Heater di Daerator.

8. Deaerator

Berfungsi untuk menyerap atau menghilangkan gas – gas yang terkandung pada

air pengisi Boiler, terutama gas O2, karena gas ini akan menimbulkan korosi. Gas

– gas lain yang cukup berbahya adalah karbon dioksida (CO2). Gas O2 dan CO2

akan bereaksi dengan meterial Boiler dan menimbulkan korosi yang sangat

merugikan.

Prinsip kerjanya air yang masih mengandung O2 dan CO2 disemprotkan ke Steam

Daerator, sehingga gas-gas tersebut diserap secara thermis dan dikeluarkan

melalui valve pelepas udara/gas. Selain itu Daerator juga dapat menaikkan

temperatur air pengisi Boiler (sampai 162 0C). Penempatan posisi Daerator yang

tinggi memungkinkan pemberian suction heat yang cukup untuk Feed Water

Pump. Dari Daerator air akan dipompa dengan tiga feed water pump, dua

pompa yang tenaganya dari extraction IP Turbin disebut Turbine Driven Pump

dan satu pompa yang digerakkan oleh motor disebut Motor Driven Pump,

dimana kapasitas tiap pompa 100% menuju Feed Water Heater dan akan

menuju ke Economizer terus ke Steam Drum.

13

9. Generator

Generator adalah alat untuk membangkitkan listrik, generator sendiri terdiri

dari stator dan rotor. Rotor dihubungkan dengan shaft turbin sehingga berputar

bersam-sama. Stator bars di dalam sebuah generator membawa arus hubungan

output pembangkit. Arus Direct Current (DC) dialirkan melalui Brush Gear yang

langsung bersentuhan dengan slip ring yang dipasang jadi satu dengan rotor

sehingga akan timbul medan magnet (flux). Jika rotor berputar , medan

magnet tersebut memotong kumparan di stator sehingga pada ujung-ujung

kumparan stator timbul tegangan listrik. Untuk penyediaan arus listrik

Generator diambilkan arus DC dari luar . Setelah sesaat generator timbul

tegangan, sehingga melalui exitasi transformer arus AC akan disearahkan oleh

rectifier dan arus DC akan kembali ke Generator, proses ini disebut dengan Self

Excitation. Dalam sistem tenaga, disamping Generator menyuplai listrik ke

jaringan extra tinggi 500 KV, juga dipakai untuk pemakaian sendiri dimana

tegangan output Generator diturunkan melalui transformer sesuai dengan

kebutuhan. Untuk kebutuhan saat start diambilkan dari 150 KV line. Untuk

sistem tegangan ekstra tinggi tenaga listrik yang dihasilkan oleh Power Plant

disuply ke jaringan sebesar 500 KV dan selanjutnya oleh beberapa transformer

tegangannya diturunkan sesuai dengan kebutuhan.

10. Desalination Plant (Unit Desal)

Peralatan ini berfungsi untuk mengubah air laut (brine) menjadi air tawar (fresh

water) denganmetode penyulingan (kombinasi evaporasi dan kondensasi). Hal

ini dikarenakan sifat air laut yangkorosif, sehingga jika air laut tersebut dibiarkan

langsung masuk ke dalam unit utama, makadapat menyebabkan kerusakan pada

peralatan PLTU.

11. Reverse Osmosis (RO)

Mempunyai fungsi yang sama seperti desalination plant namun metode yang

digunakan berbeda.Pada peralatan ini digunakan membran semi permeable

14

yang dapat menyaring garam-garam yangterkandung pada air laut, sehingga

dapat dihasilkan air tawar seperti pada desalination plant.

12. Demineralizer Plant (Unit Demin)

Berfungsi untuk menghilangkan kadar mineral (ion) yang terkadung dalam air

tawar. Air sebagaifluida kerja PLTU harus bebas dari mineral, karena jika air

masih mengandung mineral berartikonduktivitasnya masih tinggi sehingga dapat

menyebabkan terjadinya GGL induksi pada saat air tersebut melewati jalur

perpipaan di dalam PLTU. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan

PLTU.

13. Ash Handler

Ash Handling (Unit Pelayanan Abu) Merupakan unit yang melayani pengolahan

abu baik itu abu jatuh (bottom ash) maupun abu terbang (fly ash) dari

Electrostatic Precipitator hopper dan SDCC (Submerged Drag Chain Conveyor)

pada unit utama sampai ke tempat penampungan abu (ash valley/ash yard)

Tiap-tiap komponen utama dan peralatan penunjang dilengkapi dengan sistem-

sistem dan alat bantu yang mendukung kerja komponen tersebut. Gangguan

atau malfunction dari salah satu bagian komponen utama akan dapat

menyebabkan terganggunya seluruh sistem PLTU.

2.4. Proses Kerja PLTU

Sebelum air masuk ke sistem regeneratif air diproses terlebih dahulu agar

tidak merugikan sistem energi uap. Air yang digunakan dalam siklus PLTU ini

disebut Air Demin (Demineralized), yakni air yang mempunyai kadar conductivity

(kemampuan untuk menghantarkan listrik) sebesar 0.2 us (mikro siemen). Sebagai

perbandingan air mineral yang kita minum sehari-hari mempunyai kadar

conductivity sekitar 100 – 200 us. Untuk mendapatkan air demin ini, setiap unit

PLTU biasanya dilengkapi dengan Desalination Plant dan Demineralization Plant

15

yang berfungsi untuk memproduksi air demin ini. Setelah tercapai keadaan yang

diinginkan air tersebut di alirkan dalam siklus seperti berikut ;

1. Pertama-tama air demin ini berada disebuah tempat bernama Hotwell.

2. Dari Hotwell, air mengalir menuju Condensate Pump untuk kemudian

dipompakan menuju LP Heater (Low Pressure Heater) yang pungsinya untuk

menghangatkan tahap pertama. Lokasi hotwell dan condensate pump

terletak di lantai paling dasar dari pembangkit atau biasa disebut Ground

Floor. Selanjutnya air mengalir masuk ke Deaerator.

3. Di dearator air akan mengalami proses pelepasan ion-ion mineral yang

masih tersisa di air dan tidak diperlukan seperti Oksigen dan lainnya. Bisa

pula dikatakan deaerator memiliki pungsi untuk menghilangkan

buble/balon yang biasa terdapat pada permukaan air. Agar proses

pelepasan ini berlangsung sempurna, suhu air harus memenuhi suhu yang

disyaratkan. Oleh karena itulah selama perjalanan menuju Dearator, air

mengalamai beberapa proses pemanasan oleh peralatan yang disebut LP

Heater. Letak dearator berada di lantai atas (tetapi bukan yang paling atas).

Sebagai ilustrasi di PLTU Muara Karang unit 4, dearator terletak di lantai 5

dari 7 lantai yang ada.

16

4. Dari dearator, air turun kembali ke Ground Floor. Sesampainya di Ground

Floor, air langsung dipompakan oleh Boiler Feed Pump/BFP (Pompa air

pengisi) menuju Boiler atau tempat “memasak” air. Bisa dibayangkan Boiler

ini seperti drum, tetapi drum berukuran raksasa. Air yang dipompakan ini

adalah air yang bertekanan tinggi, karena itu syarat agar uap yang

dihasilkan juga bertekanan tinggi. Karena itulah konstruksi PLTU membuat

dearator berada di lantai atas dan BFP berada di lantai dasar. Karena

dengan meluncurnya air dari ketinggian membuat air menjadi bertekanan

tinggi.

5. Sebelum masuk ke Boiler untuk “direbus”, lagi-lagi air mengalami beberapa

proses pemanasan di HP Heater (High Pressure Heater). Setelah itu barulah

air masuk boiler yang letaknya berada dilantai atas.

6. Didalam Boiler inilah terjadi proses memasak air untuk menghasilkan uap.

Proses ini memerlukan api yang pada umumnya menggunakan batubara

sebagai bahan dasar pembakaran dengan dibantu oleh udara dari FD Fan

(Force Draft Fan) dan pelumas yang berasal dari Fuel Oil tank.

7. Bahan bakar dipompakan kedalam boiler melalui Fuel oil Pump. Bahan

bakar PLTU bermacammacam. Ada yang menggunakan minyak, minyak dan

gas atau istilahnya dual firing dan batubara.

8. Sedangkan udara diproduksi oleh Force Draft Fan (FD Fan). FD Fan

mengambil udara luar untuk membantu proses pembakaran di boiler.

Dalam perjalananya menuju boiler, udara tersebut dinaikkan suhunya oleh

air heater (pemanas udara) agar proses pembakaran bisa terjadi di boiler.

9. Kembali ke siklus air. Setelah terjadi pembakaran, air mulai berubah wujud

menjadi uap. Namun uap hasil pembakaran ini belum layak untuk memutar

turbin, karena masih berupa uap jenuh atau uap yang masih mengandung

kadar air. Kadar air ini berbahaya bagi turbin, karena dengan putaran

hingga 3000 rpm, setitik air sanggup untuk membuat sudu-sudu turbin

menjadi terkikis.

10. Untuk menghilangkan kadar air itu, uap jenuh tersebut di keringkan di

super heater sehingga uap yang dihasilkan menjadi uap kering. Uap kering

ini yang digunakan untuk memutar turbin.

17

11. Ketika Turbin berhasil berputar berputar maka secara otomastis generator

akan berputar, karena antara turbin dan generator berada pada satu poros.

Generator inilah yang menghasilkan energi listrik.

12. Pada generator terdapat medan magnet raksasa. Perputaran generator

menghasilkan beda potensial pada magnet tersebut. Beda potensial inilah

cikal bakal energi listrik.

13. Energi listrik itu dikirimkan ke trafo untuk dirubah tegangannya dan

kemudian disalurkan melalui saluran transmisi PLN.

14. Uap kering yang digunakan untuk memutar turbin akan turun kembali ke

lantai dasar. Uap tersebut mengalami proses kondensasi didalam

kondensor sehingga pada akhirnya berubah wujud kembali menjadi air dan

masuk kedalam hotwell.

Siklus PLTU ini adalah siklus tertutup (close cycle) yang idealnya tidak

memerlukan lagi air jika memang kondisinya sudah mencukupi. Tetapi

kenyataannya masih diperlukan banyak air penambah setiap hari. Hal ini

mengindikasikan banyak sekali kebocoran di pipa-pipa saluran air maupun uap di

dalam sebuah PLTU. Untuk menjaga siklus tetap berjalan, maka untuk menutupi

kekurangan air dalam siklus akibat kebocoran, hotwell selalu ditambah air sesuai

kebutuhannya dari air yang berasal dari demineralized tank.

2.5. Siklus aktual pada Sistem Energi Uap dan Modifikasinya

Pada penerapannya beberapa faktor menyebabkan sistem energi uap tidak

seideal yang dijelaskkan sebelumnya. Sehingga membentuk siklus aktual sendiri.

Siklus aktual tenaga uap berbeda dengan siklus ideal Rankine, seperti pada

gambar berikut ;

18

Gesekan fluida dan heat loss ke sekitarnya menjadi penyebab umum

ireversibelitas. Gesekan fluida menyebabkan pressure drop di ketel, kondensor,

dan sistem pemipaan antar komponen. Hasilnya, uap meninggalkan boiler pada

tekanan yang lebih rendah. Tekanan fluida pada inlet turbin juga lebih rendah

dibandingkan fluida di sisi keluar ketel dikarenakan adanya pressure drop dalam

pipa penghubung. Untuk mengkompensasi hal ini, air harus dipompakan ke

tekanan yang jauh lebih tinggi daripada tekanan yang diperhitungkan /

dibutuhkan pada siklus ideal. Ini membutuhkan pompa dan usaha yang lebih

besar.

Selain itu ada heat loss dari uap ke sekitarnya sepanjang aliran ke setiap

komponen. Untuk menjaga usaha keluaran bersih yang tetap sama, panas yang

lebih perlu di masukkan kedalam uap saat pemrosesan di boiler . Sehingga

efisiensi siklus pada akhirnya akan menurun.

Untuk meningkatkan efisiensi siklus beberapa modifikasi perlu dilakukan

seperti ;

- Menurunkan tekanan kondensor

Steam berada dalam campuran jenuh di dalam kondensor . Oleh karena itu

dengan menurunkan tekanan operasi pada kondensor , secara otomatis

akan menurunkan temperatur dari steam, dan temperatur dari panas yang

19

di buang. Efek dari penurunan tekanan kondensor pada siklus rankine dapat

dilihat sebagai berikut,

Untuk mendapatkan manfaat dari peningkatan efisiensi pada tekanan

rendah, kondensor biasanya di operasikan dibawah tekanan atmosfer.

Menurunkan tekanan kondensor bukanlah tanpa efek samping. Ini bisa

menaikkan kelembaban uap pada tahap akhir di turbin uap. Kelembaban

yang tinggi sangat tidak diharapkan karena dapat menurunkan efisiensi

turbin dan mengikis sudu turbin.

- Melakukan pemanasan lanjut uap ke temperatur tinggi

Temperatur rata – rata dari panas yang di berikan pada uap dapat

ditingkatkan tanpa meningkatkan tekanan boiler melalui pemanasan lanjut

terhadap uap sampai ke temperatur tinggi. Berikut efek dari modifikasi

tersebut dalam diagram,

20

Area berwarna menunjukkan kenaikan kerja bersih. Total area dibawah

kurva 3-3 menggambarkan kenaikan pemasukan panas. Karena itu baik

kerja bersih maupun penambahan panas meninggkat sebagai hasil dari

pemanasan lanjut terhadap uap. Keseluruhan efek ini meningkatkan

efisiensi termal tapi dalam keadaan dimana rata rata temperatur panas

yang ditambahkan juga meningkat. Pemanasan lanjut ini menurunkan

kelembaban kandungan uap pada pengeluaran turbin. Terlihat di diagram

kualitas 4’ lebih tinggi dari titik 4. Sampai saat ini batas peningkatan yang

dibolehkan yaitu sebatas 620oC.

- Meningkatkan tekanan boiler

21

Ini secara otomatis meningkatkan temperatur rata – rata panas yang

dimasukkan ke uap dan meningkatkan efisiensi termal dari siklus. Tapi ini

dapat menurunkan kerja bersih yang dihasilkan akibat dari peningkatan

kelembaban. Namun efek ini bisa dilakukan melalui pemanasan ulang uap.

- Melakukan pemanasan ulang

Pemanasan ulang dimaksudkan untuk memanaskan kembali uap yang

keluar dari turbin tekanan tinggi di dalam ketel. Setelah itu uap

diekspansikan ke dalam turbin dengan tingkat tekanan yang lebih rendah.

Metode pemanasan diantara dua jenis turbin ini dapat mengatasi

kelembaban tinggi yang dihasilkan pada pengeluaran turbin. Reheat

ditunjukkan pada diagram dibawah ini ,

- Regenerasi dan pemanasan air umpan

Cairan bertekanan keluar pompa dilewatkan melingkar turbin secara hati –

hati untuk menerima panas dari uap yang berekspansi dalam turbin

reversibel secara terus menerus. Tidak perlu ekonomiser dan tidak terjadi

ireversibilitas selama proses berlangsung .

Kemudian pemanasan air umpan juga dilakukan untuk mengurangi

ireversibilitas ekonomiser. Pemanasan air umpan melibatkan ekspansi

22

adiabatik (dan secara ideal reversibel) dalam turbin. Cairan bertekanan

pada kondisi keluar pompa dipanaskan dalam sejumlah tahap tertentu.

2.6. Keuntungan dan Kerugian dari PLTU

Kelebihan :

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) berbahan bakar batubara memiliki dua

reputasi yang saling bertolak belakang. Di satu fihak PLTU betubara mempunyai

reputasi baik karena mampu memproduksi listrik dengan biaya paling murah

dibandingkan sistim pembangkit listrik lainnya. Biaya operasi PLTU batubara

kurang lebih 30 persen lebih rendah dibandingkan sistim pembangkit listrik yang

lain. Namun di lain fihak, PLTU batubara juga mempunyai reputasi buruk karena

merupakan sumber pencemar utama terhadap atmosfer kita.

Kekurangan :

Selama ini reputasi bahan bakar fosil, terutama batubara, memang sangat buruk

apabila dikaitkan dengan masalah pencemaran lingkungan seperti yang baru-baru

ini terjadi di cilacap terkait dengan flay ash batu bara yang beterbangan kerumah

penduduk disekitar penampungan flay ash batu bara. Walaupun stasiun

pembangkit listrik batubara saat ini telah menggunakan alat pembersih endapan

(presipitator) untuk membersihkan partikel-partikel kecil dari asap pembakaran

batubara, namun hal yang harus sangat diperhatikan adalah senyawa-senyawa

seperti SOx dan NOx yang berbentuk gas dengan bebasnya naik melewati

cerobong dan terlepas ke udara bebas. Kedua gas tersebut dapat bereaksi dengan

uap air yang ada di udara sehingga membentuk H2SO4 (asam sulfat) dan HNO3

(asam nitrat). Keduanya dapat jatuh bersama-sama air hujan sehingga

mengakibatkan terjadinya hujan asam. Berbagai kerusakan lingkungan serta

gangguan terhadap kesehatan dapat muncul karena terjadinya hujan asam

tersebut.

Fenomena hujan asam sebetulnya sudah dikenali oleh para pemerhati lingkungan

sejak tahun 1950-an. Namun masalahnya menjadi bertambah parah seiring

dengan semakin meningkatnya permintaan energi listrik yang disuplai melalui

23

PLTU batubara. Masalah hujan asam mungkin akan merupakan masalah

lingkungan jangka panjang yang teramat serius. Hujan asam bisa juga menjadi isu

politik besar terutama karena sumber asal dan para korbannya sering berada di

tempat yang berbeda. Bahan pencemar NOx dan SOx dapat bergerak terbawa

udara hingga ratusan bahkan ribuan kilometer, mencapai lintas batas antar

negara.

Dalam keadaan udara bersih, air hujan bersifat agak asam dengan derajad

keasaman (pH) 5,6. Penyebab keasaman ini adalah adanya senyawa carbon

dioksida (CO2), suatu senyawa alamiah penyusun udara yang dalam air hujan

membentuk asam lemah. Senyawa ini dikeluarkan baik oleh manusia, hewan

maupun tanaman melalui sistim pernafasan. Air hujan dikatagorikan sebagai asam

apabila nilai pH-nya di bawah 5,6. Air untuk konsumsi manusia harus memiliki nilai

pH antara 6-9. Asam dalam air hujan menambah kemampuan air itu untuk

melarutkan dan membawa lebih banyak logam-logam berat keluar dari tanah,

seperti merkuri (Hg) dan aluminium (Al). Air asam ini juga dapat melarutkan

tembaga (Cu) dan timbal (Pb) dari pipa-pipa logam untuk menyalurkan air.

Peristiwa ini tentu saja akan menggganggu persediaan air untuk konsumsi

manusia. Air dengan pH 5 menyebabkan beberapa ikan tidak mampu berkembang

biak. Pada pH sekitar 4,5, ikan lenyap dari perairan. Sedang pada pH 4, perairan

menjadi tanpa kehidupan. Pada pH mendekati 3, daun tanaman menjadi rusak. Di

berbagai belahan dunia, manusia mulai semakin menyadari perlunya

menyelamatkan lingkungan hidup. Tindakan-tindakan protektif kini sedang

digiatkan untuk melindungi sumber-sumber alam yang tak ternilai harganya ini

dari kehancuran total.

Dewasa ini manusia di berbagai belahan dunia mulai sadar akan perlunya

menyelamatkan lingkungan dengan cara mereduksi maupun menjinakkan

polutan-polutan yang terlepas ke lingkungan. Beberapa negara maju telah

mengeluarkan peraturan sangat ketat dan menanamkan investasi cukup besar

dalam rangka mengurangi polusi udara dari gas buang. Untuk penyelesaian jangka

panjang, salah satu cara yang dapat ditempuh untuk menghindari terjadinya hujan

asam adalah dengan menghentikan sumber hujan asam tersebut.

24

Sehingga poin – poin kerugian yang didapat sebagai berikut :

1. Membutuhkan infrastruktur penanganan air umpan yang akan masuk ke

dalam boiler (tambahan)

2. Menghasilkan limbah batu bara yang memerlukan penanganan khusus

3. Menghasilkan polutan-polutan yang lebih tinggi (gas CO2, NOX, SOX)

4. Membutuhkan area yang lebih luas

5. Sangat tergantung pada tersedianya pasokan bahan bakar

6. Tidak dapat dioperasikan (start) tanpa pasokan listrik dari luar

25

BAB III

KESIMPULAN

PLTU merupakan sistem pembangkit yang menggunakan energi uap untuk

mengerakkan poros turbing yang terhubung dengan generator. Siklus acuan pembangkit

tenaga uap ini adalah siklus ideal rankine. PLTU secara kompleks tersusun dengan

berbagai komponen untuk mendukung kerja dan efisiensi nya. Berbagai bahan bakar

untuk pemanas boiler bisa digunakan seperti minyak, dan yang terbanyak adalah batu

bara. Oleh karena bahan bakarnya terbentuk dari fosil, maka ia termasuk pembangkit

listrik tenaga konvensional. Berbeda dengan PLTN yang meskipun menggunakan uap air

namun pemanasan boilernya menggunakan reaksi fisi nuklir, yang termasuk sumber

modern.

Meskipun secara ideal mengacu pada siklus rankine ,penerapan PLTU terpengaruh

oleh kerugian konstruksi yang mengakibatkan heat loss dan fluid friction, sehingga

secara aktual siklus nya menjadi internal ireversibel. Berbagai modifikasi dapat dilakukan

untuk membuat efisiensi menjadi lebih tinggi.

Secara ekonomis PLTU juga memiliki biaya yang lebih murah dibanding dengan

pembangkit listrik bertenaga lainnya. Namun ditinjau dari segi lingkungan yang

tercemari akibat hasil pembakaran batubaranya, penerapan PLTU jangka panjang harus

lebih dipikirkan kembali.

26

DAFTAR PUSTAKA

Pudjanarso, A., Nursuhud, D. Mesin Konversi Energi, Yogyakarta : C.V ANDI

OFFSET, 2008.

Cengel,Yunus. A. Dan Robert H. Turner. 2004. Fundamental of Thermal Fluid

Sciences, New York : Mc. Graw Hill.

http://tapakpakulangit.wordpress.com/2009/11/19/siklus-pltu-pembangkit-

listrik-tenaga-uap/

27