Tugas Makalah

PEMBANGKIT DAN GARDU INDUK

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

(PLTU)

KELOMPOK 2

DINA NURJANNAH 321 11 029

MUHAMMAD ARSIL 321 11 033

ADE FAIZAL MAIZAR 321 11 040

SITTI FAUZIAH AHMAD 321 11 076

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIKJURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANGMAKASSAR

2013

BAB I

PENDAHULUAN

Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) adalah pembangkit yang

mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk

utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang dihubungkan ke

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

listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu bara

dan minyak bakar serta MFO (Marine Fuel Oil) untuk start up awal.

PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak

digunakan, karena efisiensinya baik dan bahan bakarnya mudah didapat sehingga

menghasilkan energi listrik yang ekonomis. PLTU merupakan mesin konversi

energi yang merubah energi kimia dalam bahan bakar menjadienergi listrik.

BAB II

DIAGRAM KERJA PLTU

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa komponen,

yaitu :

Keterangan :

15. Cooling tower 16. Cooling water pump 17. Transimission line 3 phase18. Transformer 3-phase 19. Generator Listrik 3-phase 20. Low pressure turbine 21. Boiler feed pump 22. Kondensor23. Intermediate pressure turbine24. Steam governor valve25. High pressure turbine26. Deaerator27. Feed heater

1. Conveyor batubara2. Penampung batubara 3. Pemecah batubara4. Tabung Boiler 5. Penampung abu batubara 6. Pemanas 7. Forced draught fan8. Preheater 9. combustion air intake10. Economizer 11. Air preheater12. Precipitator 13. Induced air fan14. Cerobong

2.1. KOMPONEN UTAMA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

(PLTU)

2.1.1. Boiler

Boiler berfungsi untuk mengubah air(feedwater) menjadi uap

panas lanjut (superheated steam) yang akan digunakan untuk memutar

turbin.

Boiler (Steam Generator)

Sesuai dengan namanya, boiler house steel structure adalah

bangunan struktur rangka baja, di mana di dalamnya terpasang semua

peralatan steam generator. Bangunan rangka baja ini tingginya antara 50 m

(PLTU kapasitas 65 MW) hingga 100 m (PLTU kapasitas 600 MW).

Pressure part system adalah bagian utama dari steam generator.

Bagian inilah yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap bertekanan

tinggi (superheated steam) dengan temperatur antara 500 - 600 derajat C.

Air yang disuplai ke boiler, pertama kali masuk ke economizer

inlet header, terus didistribusikan ke economizer elements, berkumpul

kembali di eco outlet header lalu disalurkan ke steam drum. Economizer

terletak di dalam backpass area (di bagian belakang boiler house),

sementara steam drum ada di bagian depan roof area. Dinamakan

economizer karena bagian ini berfungsi untuk menaikkan temperatur air

yang baru masuk boiler dengan cara memanfaatkan gas buang dari

pembakaran batu bara di furnace area (combustion chamber). Dengan

pemanasan awal di economizer ini effisiensi ketel uap dapat ditingkatkan.

Akibat pemanasan secara konveksi di daerah furnace dan karena

gaya gravitasi, air di dalam steam drum air mengalami sirkulasi turun ke

water wall lower header melalui pipa downcomers. Dari waterwall lower

header air kembali mengalami sirkulasi karena panas, naik menuju water

wall upper header melalui tube-tube water wall panel. Kemudian dari

waterwall upper header air dikembalikan ke steam drum melalui riser

pipes.

Jadi akibat panas pembakaran batu bara air mengalami sirkulasi

terus menerus. Sirkulasi ini menyebabkan air di water wall panel & steam

drum sebagian berubah menjadi uap.

Pada PLTU berkapasitas besar, sirkulasi tersebut dibantu oleh

Boiler water Circulating Pump yang terpasang pada pipa downcomers

bagian bawah. Sirkulasi yang lebih cepat akan menyebabkan kecepatan

perubahan air menjadi uap juga lebih besar.

Di dalam steam drum terdapat separator yang berfungsi untuk

memisahkan uap dari air. Uap yang sudah dipisahkan tersebut, dari steam

drum disalurkan ke roof steam inlet header yang terhubung ke boiler roof

panel. Boiler roof panel ini yang membawa uap ke belakang menuju

backpass panel.

Dari backpass panel, uap disalurkan ke Low Temperature

Superheater (LTS) yang ada di dalam backpass area, di atas economizer

elements. dari LTS uap disalurkan ke Intermediate Temperature

Superheaters (ITS). Selanjutnya melalui pipa superheater-desuperheater,

uap dibawa ke High Temperature Superheater (HTS) elements untuk

menjalani proses pemanasan terakhir menjadi superheated steam.

ITS dan HTS elements lokasinya berada di dalam furnace (ruang

pembakaran batu bara) bagian atas. Beberapa boiler manufacturers

memberikan nama yang berbeda kepada LT, IT dan HT superheater.

Dari High Temperature Superheater outlet header, superheated

steam dengan temperature 500-600 derajat C dan tekanan sangat tinggi

disalurkan ke steam turbine melalui pipa main steam.

Pada PLTU berkapasitas kecil, uap tersebut masuk ke High

Pressure Turbine, terus ke Low Pressure Turbine dan keluar menuju

kondensor. Sedangkan pada PLTU berkapasitas besar, setelah memutar

HP turbine uap tersebut dibawa kembali ke boiler melalui pipa cold reheat.

Di dalam boiler uap tersebut mengalami pemanasan kembali di

dalam Reheater elements. Reheater elements ini biasanya terletak di antara

furnace area dan backpass area.

Setelah mengalami pemanasan kembali, reheated steam disalurkan

ke Intermediate Pressure Turbine melalui pipa Hot Reheat. Setelah

memutar Intermediate dan Low Pressure Turbine, baru uap keluar ke

kondensor.

2.1.2. Turbin uap

Turbin uap berfungsi untuk mengkonversi energi panas yang dikandung

oleh uap menjadi energiputar (energi mekanik). Poros turbin dikopel

dengan poros generator sehingga ketika turbinberputar generator juga ikut

berputar.

Turbin Uap

Ekspansi uap yang dihasilkan oleh turbin tergantung dari sudu-

sudu (nozzle) pengarah dan sudu-sudu putar. Ukuran nozzle pengarah dan

nozzle putar adalah sebagai pengatur distribusi tekanan dan kecepatan uap

yang masuk ke Turbin. Turbin uap berkapasitas besar memiliki lebih dari

satu silinder cashing. Hal ini dapat kita lihat dari macam silinder casing

pada Turbin:

1. Cross Compound

Dimana HP (High Pressure) dan LP (Low Pressure) turbinnya terpisah

dan masing-masing dikopel dengan satu generator.

2. Tandem Compound

Dimana HP dan IP (Intermediet Pressure) turbinnya terpisah dengan

LP Turbin tetapi masih dalam satu poros.

Prinsip Kerja Steam Turbine

Steam Turbine adalah suatu mesin yang berfungsi untuk mengubah

energi panas dalam uap menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran

poros. Konstruksinya terdiri dari rumah turbin dan rotor. Pada rotor turbin

ditempatkan rangkaian sudu-sudu jalan secara berjajar. Dalam

pemasangannya, rangkaian sudu tetap dan rangkaian sudu jalan dipasang

berselang-seling.

Energi panas dalam uap mula-mula diubah menjadi energi kinetik

oleh nozzle, selanjutnya uap dengan kecepatan tinggi ini akan mengenai

sudu-sudu jalan pada rotor turbin yang akhirnya mengakibatkan putaran

rotor.

Pada PLTU, Turbine dibagi menjadi tiga tingkatan, yaitu :

1. High Pressure (HP) Turbine

HP Turbine mengekspansikan uap utama yang dihasilkan dari

superheater dengan tekanan 169 kg/cm2 dan temperatur 538oC,

kemudian uap keluar HP Turbin (41 kg/cm2) dengan temperatur 336oC

dipanaskan kembali pada bagian reheater diboiler untuk menaikkan

entalpi uap. Uap reheat lalu diekspansikan di dalam Intermediate

Pressure (IP) turbine.

2. Intermediate Pressure (IP) Turbine

IP Turbine mengekspansikan uap reheat dengan tekanan 39 kg/cm2

dan temperatur 538oC, sedang uap keluarnya bertekanan 8 kg/cm2 dan

suhunya sekitar 330oC.

3. Low Pressure (LP) Turbine

LP Turbine mengekspansikan uap bertekanan 8 kg/cm2 dan temperatur

330oC, dan tekanan uap keluar dari LP Turbin pada tekanan 56 mmHg

(Vaccum), kondisi vakum ini diciptakan di dalam kondensor dengan

temperatur 40oC.

2.1.3. Kondensor

Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas dari turbin (uap

yang telah digunakanuntuk memutar turbin). Kondensor terbuat dari plat

baja berbentuk silinder yang diletakkan secara mendatar dan didalamnya

dipasang pipa-pipa pendingin yang terbuat dari kuningan paduan.

Kondensor memerlukan air pendingin untk mengubah uap menjadi

air. Beberapa PLTU memanfaatkan air laut sebagai pendingin kondensor,

sementara PLTU yang lain mempergunakan cooling tower untuk

mendinginkan air kondensor yang diputar terus menerus dalam sistem

tertutup (closed loop).

Kondensor system terdiri dari beberapa peralatan utama, yaitu

kondensor itu sendiri, kondensor tube cleaning system, kondensor vaccum

system dan condensate pump. Kondensor vaccum system berfungsi untuk

menjaga agar tekanan di dalam kondensor selalu lebih kecil dari tekanan

atmosfer. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan plant efficiency dari

PLTU.

2.1.4. Generator

Generator berfungsi untuk mengubah energi putar dari turbin menjadi

energi listrik.

2.2. KOMPONEN PENUNJANG PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

(PLTU)

2.2.1. 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, maka

dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan PLTU. Reverse

2.2.2. Osmosis (RO)

Mempunyai fungsi yang sama seperti desalination plant namun

metode yang digunakan berbeda.Pada peralatan ini digunakan membran

semi permeable yang dapat menyaring garam-garam yangterkandung pada

air laut, sehingga dapat dihasilkan air tawar seperti pada desalination plant.

2.2.3. 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.

2.2.4. Hidrogen Plant (Unit Hidrogen)

Pada PLTU digunakan hydrogen (H2) sebagai pendingin

Generator.

2.2.5. Chlorination Plant (Unit Chlorin)

Berfungsi untuk menghasilkan senyawa natrium hipoclorit

(NaOCl) yang digunakan untuk memabukkan/melemahkan/mematikan

sementara mikro organisme laut pada area water intake.Hal ini

dimaksudkan untuk menghindari terjadinya pengerakkan (scaling) pada

pipa-pipa kondensor maupun unit desal akibat perkembangbiakan mikro

organisme laut tersebut.

2.2.6. Auxiliary Boiler (Boiler Bantu)

Pada umumnya merupakan boiler berbahan bakar minyak (fuel

oil), yang berfungsi untukmenghasilkan uap (steam) yang digunakan pada

saat boiler utama start up maupun sebagai uapbantu (auxiliary steam).

2.2.7. Coal Handling (Unit Pelayanan Batubara)

Merupakan unityang melayani pengolahan batubara yaitu dari

proses bongkar muat kapal (ship unloading) di dermaga, penyaluran ke

coalyard sampai penyaluran ke coal bunker.

2.2.8. 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).

BAB III

SKEMA KERJA PLTU

Berikut ini skema kerja dari pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) :

1. Air laut dipompa kemudian dialirkan melalui pipa dan masuk ke proses

desalinasi Dalam proses ini air laut yang mengandung garam-garam

maka akan dipisahkan garamnya, sehingga air yang sudah didesalinasi

tidak mengandung garam-garam.

2. Setelah air tidak mengandung garam maka air akan dipompa menuju

tanki make up water tank. Setelah dari Make Up water tank kemudian air

dipompa menuju Demin Water Tank.

3. Dari demin water tank maka air akan dipompa kemudian melewati

kondensor,di dalam kondensor air yang berasal dari water demin tank

kemudian akan bercampur dengan air yang berasal dari uap air sisa turbin.

4. Setelah air keluar dari kondensor kemudian air dipompa menuju LP

Heater. LP Heater adalah Low Pressure Heater,fungsinya untuk

memanaskan air supaya suhunya layak untuk dip roses di Daerator. 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 (Low Pressure Heater). Daerator biasanya terletak di

lantai atas PLTU,tapi bukan lantai yang paling atas.

5. 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 ³memasak´ air. Bisa

dibayangkan Boiler ini seperti panci, tetapi panci 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.

6. Sebelum masuk boiler air mengalami beberapa proses pemanasan di

HP (High Pressure) Heater. Setelah itu barulah air masuk boiler untuk

dilakukan pemanasan lebih lanjut.

7. Setelah air masuk ke dalam Boiler maka air akan dipanaskan sampai

terbentuk uap. Untuk menguapkan air tersebut maka dibutuhkan

Boiler,boiler tersebut untuk menghasilkan api menggunakan bahan

bakar,bahan bakar tersebut bisa berupa batu bara / minyak & gas. Untuk

membantu proses pemanasan digunakan juga FDF ( Force Draft

Fan),FDF akan menghisap udara luar,udara tersebut kemudian

dipanaskan dan udara tersebut akan disemprotkan di sekitar

boiler,sehigga pemanasan akan lebih optimum. Dari pemanasan tersebut

akan terdapat sisa-sisa pembakaran yang berua gas,gas sisa tersebut akan

dibuang melalui cerobong asap.

8. Setelah terbentuk uap,maka uap tersebut masih berupa uap jenuh,uap

tersebut tidak akan kuat untuk menghasilkan turbin. Sebelumnya uap

tersebut akan disimpan di dalam steam drum yang berfungsi sebagai

penampungan uap air sebelum menuju super heater. Supaya uap

tersebut bisa menggerakan turbin sehinngga uap akan dialirakan

menuju Super Heater. Dalam Super heater uap tersebut akan dihilangkan

kadar airnya,sehingga uap tersebut benar-benar kering. Di dalam

boiler juga terdapat economizer,economizer berfungsi untuk

menyerap gas hasil pemanasan super heater yang akan digunakan untuk

memanaskan air pengisi sebelum masuk ke main drum.

9. Setelah itu uap dari Super heater akan mengalir menuju HP

Turbin dan kemudian menggerakan turbin tersebut,setelah itu sisa uap

akan kembali menuju reheater dalam boiler untuk kembali dipanaskan

supaya uapnya kuat untuk menggerakkan LP Turbin.

10. Setelah uap dari reheater maka uap akan menuju LP Heater dan

menggeerakan turbin tersebut,karena poros-poros HP Turbin & LP Turbin

terhubung ke Generator maka jika kedua turbin ikut berputar maka

generator juga ikut berputar. Putaran generator inilah yang akan

menghasilkan perbedaan potensial listrik yang kemudian

menghasilkan listrik. Kemudian listrik akan ditampung dan kemudian

akan disalurkan.

11. Dari LP Turbin masih terdapat sedikit sisa uap,dari sisa tersebut

maka uap air akan dikondensasi oleh kondensor,sehingga akan

menjadi cair kembali dan akan digunakan kembali dan ada yang

dibuang kembali ke laut.

3.1. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN PEMBANGKIT LISTRIK

TENAGA UAP (PLTU)

3.1.1. Kelebihan PLTU

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) memiliki beberapa keunggulan

dibandingkan dengan jenis pembangkit listrik lainnya:

1. Dapat dioperasikan menggunakan berbagai jenis bahan bakar (padat,

cair dan gas).

2. Dapat dibangun dengan kapasitas yang bervariasi

3. Dapat dioperasikan dengan berbagai mode pembebanan

4. Kontinyuitas operasinya tinggi

5. Usia pakai (life time) relatif lama

3.1.2. Kekurangan PLTU

Listrik Tenaga Uap (PLTU) memiliki beberapa kekurangan / kerugian,

diantaranya :

1. Sangat tergantung pada tersedianya pasokan bahan bakar

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

3. Memerlukan tersedianya air pendingin yang sangat banyak dan

kontinyu

4. Investasi awalnya mahal

5. Menghasilkan polusi udara yaitu gas sisa hasil pembakaran bahan

bakar (gas CO2, NOX, SOX dan debu batu bara)

BAB V

PENUTUP

5.1. KESIMPULAN

1. Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) adalah pembangkit yang

mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik.

2. PLTU terdiri dari komponen utama dan komponen pendukung

3. Komponen utama dari PLTU terdiri dari Boiler, Turbine, Kondensor

dan Generator

4. PLTU merupakan pembangkit listrik yang dapat digunakan dengan

berbagai macam bahan bakar, tetapi PLTU sangat bergantung terhadap

ketersediaan bahan bakar yang ada