modul konversi energi [tm7]
DESCRIPTION
Power PlantTRANSCRIPT
MODUL PERKULIAHAN
KONVERSI ENERGI
PARAMETER-PARAMETER PLTU (Tenaga Uap)
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Teknik Teknik Mesin
07Kode MK Martolis
Abstract KompetensiPembangkit listrik tenaga Uap (PLTU) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan/mesin turbin uap sebagai penggerak generatornya
Mahasiswa mampu mengetahui dan memahami parameter PLTU, instalasi dari PLTU, cara kerja, siklusnya serta bagian-bagian dari PLTU
Pembahasan
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU)
Prinsip Kerja
Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari
uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama pembangkit listrik jenis ini adalah
Generator yang di hubungkan ke turbin dimana untuk memutar turbin diperlukan energi
kinetik dari uap panas atau kering.
Dalam PLTU, energi primer yang dikonversikan menjadi energi listrik adalah bahan bakar.
Baban bakar yang digunakan dapat berupa batubara (padat), minyak (cair), atau gas. Ada
kalanya PLTU menggunakan kombinasi beberapa macam bahan bakar. Konversi energi
tingkat pertama yang berlangsung dalam PLTU adalah konversi energi primer menjadi
energi panas (kalor). Hal ini dilakukan dalam ruang bakar dari ketel uap PLTU. Energi panas
ini kemudian dipindahkan ke dalam air yang ada dalam pipa ketel untuk menghasilkan uap
yang dikumpulkan dalam drum dari ketel.
Uap dari drum keteldialirkan ke turbin uap. Dalam turbin uap, energi uap dikonversikan
menjadi energi mekanis penggerak generator, dan akhirnya energy mekanik dari turbin uap
ini dikonversikan menjadi energi listrik oleh generator. Komponen utama sebuah
Pembangkit Listrik Tenaga Uap Umumnya sebuah PLTU memiliki komponen utama antara
lain :
1. Boiler/ketel uap berfungsi sebagai tempat pemanasan air menjadi uap air yang
bertekanan untuk selanjutnya memutar turbin uap.
2. Turbin ialah mesin yang dijalankan oleh aliran air; uap atau angin yang dihubungkan
dengan sebuah generator untuk menghasilkan energi listrik. Turbin uap ialah turbin
yang menggunakan uap sebagai fluida kerja, di mana uap yang digunakan dihasilkan
dari boiler.
3. Generator uap ialah suatu kombinasi antara sistem – sistem dan peralatan yang
dipakai untuk perubahan energi kimia dari bahan bakar fosil menjadi energi termal
dan pemindahan energi termal yang dihasilkan itu ke fluida kerja, biasanya air untuk
dipakai pada proses-proses bertemperatur tinggi ataupun untuk perubahan parsial
menjadi energi mekanis di dalam sebuah turbin
‘15 2
KONVERSI ENERGIPusat Bahan Ajar dan eLearning
Martolis http://www.mercubuana.ac.id
4. Kondensor adalah tempat yang berfungsi untuk mengembunkan uap dengan jalan
mendinginkannya. Air pengembunan yang terjadi dalam kondensor disebut air
kondensat yang kemudian disalurkan kembali ke dalam ketel uap dengan
menggunakan sebuah pompa
5. Pompa berfungsi untuk mengalirkan air dari kondensor menuju ke Boiler.
6. Cerobong berfungsi sebagai tempat pelepasan exhausted steam (Uap terbuang) ke
udara.
Selain komponen di atas masih banyak komponen tambahan yang berfungsi untuk
meningkatkan efesiensi kerja dari pembangkit tersebut, seperti superheater, reheater
dan lain – lain.
Masalah Operasi PLTU
Untuk men-start PLTU dari keadaan dingin sampai operasi dengan beban penuh,
dibutuhkan waktu antara 6-8 jam. Jika PLTU yang telah beroperasi dihentikan, tetapi
uapnya dijaga agar tetap panas dalam drum ketel dengan cara tetap menyalakan api
secukupnya untuk menjaga suhu dan tekanan uap ada di sekitar nilai operasi (yaitu
sekitar 5000 C dan sekitar 100 kg/cm 2) maka untuk mengoperasikannya kembali
sampai beban penuh diperlukan waktu kira-kira 1 jam. Waktu yang lama untuk
mengoperasikan PLTU tersebut di atas terutama diperlukan untuk menghasilkan uap
dalam jumlah yang cukup untuk operasi (biasanya dinyatakan dalam ton per jam). Selain
waktu yang diperlukan untuk menghasilkan uap, yang cukup untuk operasi, juga perlu
diperhatikan masalah pemuaian bagian-bagian turbin. Sebelum di-start, suhu turbin
adalah sama dengan suhu ruangan.
Dari uraian di atas tampak bahwa perubahan beban secara mendadak memerlukan pula
langkah pengurangan produksi uap secara mendadak agar tidak terlalu banyak uap
yang harus dibuang ke udara. Langkah pengurangan fluksi dilakukan dengan mematikan
nyala api dalam ruang bakar ketel dan mengurangi pengisian air ketel ini bahwa
walaupun nyala api dalam ruang bakar padam, masih cukup banyak panas yang tinggal
dalam ruang bakar untuk menghasilkan uap sehingga pompa pengisi ketel harus tetap
mengisi air ke dalam ketel untuk mencegah penurunan level air dalam drum yang tidak
dikehendaki. Mengingat masalah-masalah tersebut di atas yang menyangkut masalah
proses produksi uap dan masalah-masalah pemuaian yang terjadi dalam turbin,
‘15 3
KONVERSI ENERGIPusat Bahan Ajar dan eLearning
Martolis http://www.mercubuana.ac.id
sebaiknya PLTU tidak dioperasikan dengan persentase perubahan-perubahan beban
yang besar.
Efisiensi PLTU banyak dipengaruhi ukuran PLTU, karena ukuran PLTU menentukan
ekonomis tidaknya penggunaan pemanas ulang dan pemanas awal. Efisiensi thermis
dari PLTU berkisar pada angka 35-38%.
Turbin gas
Turbin gas digunakan sangat intensif di dalam kegiatan industri, mesin pesawat terbang dan
sebagai pembangkit listik untuk memenuhi kebutuhan puncak, Peralatan yang ada antara
lain sebuah kompressor, ruang bakar dan turhin. Bahan bakar di bakar di dalam
ruang bakar yang kemudian memanaskan udara yang ditekan dan kompressor, ruang bakar
dan turbin. Bahan bakar di bakar didalam ruang bakar yang kemudian memanaskan udara
yang ditekan dari kompressor. Gas yang telah dipanaskan mengembang dan melalui turbin
yang menghasilkan listrik. Proses ini dikenal sebagai daur Brayton, penamaan
menggunakan penemunya, George Brayton. Dimanfaatkan sebagai peralatan cogeneration
type daur atas, panas diambil dan gas buangan dan dimanfaatkan untuk memproses uap.
(Lihat Gambar 7.1).
Kapasitas pembangkit berkisar antar 0,5 sampai 75 MW
Rasio perbandingan listrik — uap adalah 200 1. sama halnya dengan pembangkit
listrik disel, bilamanana kebutuhan uap dari industri dihasilkan melalui turbine gas,
maka listrik yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan
utilitas industri dan permukiman disekitarya.
Kekurangannya, ialah bahwa bahan bakar yang dibutuhkan adalah bahan bakar
minyak, termasuk gas alam, gas sintetis dengan Blu rendah, etanol dan metanol.
‘15 4
KONVERSI ENERGIPusat Bahan Ajar dan eLearning
Martolis http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 7.1 Peralatan Cogeneration mesin uap
Combined cycle
Pembangkit jenis ini juga menggunakan turbin gas Brayton. Perbedaan dengan
cogeneration sebelumnya ialah pemanfaatan panas dan buangan gas tidak untuk
pembuatan yang langsung dimanfaatkan dalam bentuk uap, tetapi uap tadi digunakan untuk
pembangkitkan lagi tenaga listrik. Untuk keperluan tersebut, maka perlu tambahan bahan
bakar untuk dicampur dengan gas yang kaya oksigen yang berasal dari pembuangan turbin
gas pertama (Lihat Gambar 7.2).
Kapasitas jenis ini berkisar antar 1 sampai 150 MW
Sistem ini menghasilkan rasio listrik uap sebesar 150: 1
Turbin gas membutuhkan gas dan bahan bakar cair. Untuk keperluan tambahan
bahan bakar, berbagai sumber energi lain dapat dimanfaatkan, misalnya bahan bakar fosil,
sampah, kayu, gambut dan lain-lain
Gambar 7.2 Pembuangan Gas Pertama
‘15 5
KONVERSI ENERGIPusat Bahan Ajar dan eLearning
Martolis http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 7.3 Cara kerja dari Turbin Uap penggabungan dari Mesin Turbin Gas
Tenaga Uap
Pembangkit listrik tenga uap, merupakan pembangkit listrik yang paling banyak digunakan
untuk beban dasar listrik perkotaan. Sistem ini juga dikenal dengan Rankine cycle, sesuai
nama penemunya. Komponen utama pembangkit jenis ini adalah sebuah furnace, ketel,
generation turbin dan kondensor (Gambar 7.4 dan 7.5). Pemanasan mengakibatkan aliran
air menjadi uap di dalam ketel.
‘15 6
KONVERSI ENERGIPusat Bahan Ajar dan eLearning
Martolis http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 7.4 Cogeneration Pembangkit Listrik Konvensional Rangkine
Gambar 7.5 Cara Kerja Coal-fired steam turbine cogeneration system
‘15 7
KONVERSI ENERGIPusat Bahan Ajar dan eLearning
Martolis http://www.mercubuana.ac.id
Kekuatan dari uap yang mengembang diarahkan untuk memutar turbin dan menghasilkan
listrik. Setelah melewati turbin, uap yang telah dimanfaatkan dikondensasikan kembali
menjadi air dan dimanfaatkan kembali menjadi air dan dimanfaatkan kembali melalui ketel.
Lebih 60% nilai energi dan bahan bakar dilepas ke atmosfir sebagai limbah panas pada saat
kondensasi. Polusi panas yang potensil ini dapat dimanafaatkan sebagai sumber panas
untuk cogeneration. Bila sistem cogeneration ini dimanfaatkan, maka turbin konvensional
perlu diperbaiki.
Ada dua metode yang dapat dilakukan dengan turbin ekstraksi (Ekstraction turbines,) dan
turbin tekanan balik (Back-pressure turbines).
Turbin Ekstraksi
Semua uap yang berasal dan ketel masuk ke dalam turbin dengan suhu tinggi dan tekanan,
sebagaimana di dalam pembangkit konvensional. Sebagian dan uap setelah energinya
dimanfaatkan dalam proses pemutaran dan pembangkitan, diekstraksi melalui turbin. Uap
yang diekstraksi dapat digunakan untuk panas, uap dan pemanas di sekitar lokasi, Uap
yang tidak diektraksi dikondensasikan sebagaimana pada proses konvensional (lihat
Gambar 7.6).
Gambar 7.6 Cogeneration Turbin Ekstraksi
Turbin Tekanan Balik
Uap yang melalui turbin dimanfaatkan sepenuhnya untuk memproses panas, uap atau
pemanas di sekitar lokasi pembangkit. Konsep ini menghilangkan kebutuhan kondenser dan
menghasilkan uap dalam jumlah yang besar dalam hubungan dengan listrik yang dihasilkan.
Dengan alasan ini, turbin tekanan balik banyak diminati oleh industri.
Kapasitas pembangkit berkisar antara 1 sanipai 600 MW
‘15 8
KONVERSI ENERGIPusat Bahan Ajar dan eLearning
Martolis http://www.mercubuana.ac.id
Rasio listrik terhadap uap adalah 45 sampai 75: 1. Rentan ini merupakan rentan
umum dimana industri dapat bekerja intensif dengan sumber daya listrik yang besar.
Juga dengan hasi uap dalam jumlah besar, energi tersebut dapat dimanfaatkan
dengan baik untuk pemanasan di daerah sekitar pembangkit.
Bahan bakar yang digunakan fleksibel, temasuk bahan bakar padat, cair, gas, panas
bumi, tenaga surya dan lain-lain.
Gambar 7.7 Cogeneration Turbin Tekan Balik
‘15 9
KONVERSI ENERGIPusat Bahan Ajar dan eLearning
Martolis http://www.mercubuana.ac.id
Daftar Pustaka Bahan Ajar Perancangan Pembangkitan Tenaga Listrik, Prof. Dr. Ir. Nadjamuddin
Harun, MS, 2011
Bahan Ajar Siklus Refrigerasi, Dr.Eng. Tri Agung Rohmat, Teknik Mesin Universitas
Gajah Mada
Analisa Pengaruh Water Wash Terhadap Performansi Turbin Gas Pada PLTG Unit 7
Paya Pasir Pt.Pln Sektor Pembangkitan Medan Febri Dwi Senjaya, Farel H
Napitupulu
Mesin – Mesin Panas Serie Fisika Rekayasa 1
‘15 10
KONVERSI ENERGIPusat Bahan Ajar dan eLearning
Martolis http://www.mercubuana.ac.id