TEKNOLOGI OPERASI PLTGU (1)

Assalamualaikum Wr. WB.

Pada kesempatan ini saya ingin berbagi ilmu dengan kawan kawan saya di dunia maya. Materi yang saya akan sampaikan saat ini adalah "Pengoperasian PLTGU".

PLTGU merupakan pembangkit listrik yang memanfaatkan tenaga gas dan uap. Jadi disini sudah jelas ada dua mode pembangkitan. yaitu pembangkitan dengan turbin gas dan pembangkitan dengan turbin uap. turbin gas lebih dikenal dengan istilah GTG (Gas Turbin Generator) sedangkan turbin uap dikenal dengan STG(Steam Turbin Generator), tidak  hanya itu saja, terdapat juga  bagian yang namanya HRSG (Heat Recovery Steam Generator).

Untuk GTG, Gas yang digunakan bukanlah gas alam , melainkan gas hasil pembakaran bahan bakar High Speed Diesel (HSD)  dan Marine Fuel Oil (MFO) sehingga menghasilkan emisi sisa pembakaran. Emisi ini diolah sedemikian rupa sehingga kadar zat berbahayanya tidak melebihi standar yang ditetapkan pemerintah. Bahan bakar ini disuplai ke tangki-tangki penampungan bahan bakar  melalui pipa bawah laut.

Turbin gas ini dapat dioperasikan dalam dua mode, yaitu konfigurasi simple cyledan konfigurasi combined cycle. Dalam keadaan simple cycle turbin gas atau biasa dikenal Gas Turbin Generator (GTG) bekerja sendiri sehingga tidak ada pemanfaatan kembali sisa energi dari gas panas yang terbuang. Gas buang langsung di alirkan ke atmosfir. Pada keadaan combined cycle pada umumnya terdiri dari beberapa turbin gas dimana energi sisa pada gas buangnya akan dimanfaatkan kembali untuk pemanasan air di Heat Recovery Steam Generator (HRSG) untuk menghasilkan uap yang akan digunakan untuk pembangkitan turbin uap atau Steam Turbin Generator (STG).

A. Siklus PLTGU

Siklus PLTG.

Prinsip kerja PLTG  dapat dijelaskan melalui  gambar dibawah ini :

Skema PLTG

Proses yang terjadi pada PLTG adalah sebagai berikut :

• Pertama, Turbin gas berfungsi menghasilkan energi mekanik untuk memutar kompresor dan rotor generator yang terpasang satu poros, tetapi pada saat start up fungsi ini terlebih dahulu dijalankan oleh penggerak mula (prime mover).
• Kedua, Proses selanjutnya pada ruang bakar, jika start up menggunakan bahan bakar cair (fuel oil) maka terjadi proses pengabutan (atomizing) setelah itu terjadi proses pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang kemudian dihasilkan api dan gas panas yang bertekanan. Gas panas tersebut dialirkan ke turbin sehingga turbin dapat menghasilkan tenaga mekanik berupa putaran. Selanjutnya gas panas dibuang ke atmosfir dengan temperatur yang masih tinggi.

Proses seperti tersebut diatas merupakan siklus turbin gas, yang merupakan penerapan Siklus Brayton. Siklus tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :

Diagram P - v dan T - s

Siklus seperti gambar diatas terdapat empat langkah:

• Langkah 1-2  : Udara luar dihisap dan ditekan di dalam kompresor, menghasilkan udara bertekanan (langkah kompresi)
• Langkah 2-3 : Udara bertekanan dari kompresor dicampur dengan bahan bakar, terjadi reaksi pembakaran yang menghasilkan gas panas (langkah pemberian panas) 
• Langkah 3-4 : Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk memutar turbin (langkah ekspansi)
• Langkah 4-1 : Gas panas dari turbin dibuang ke udara luar (langkah pembuangan)

Siklus Kombinasi (Combined Cycle)

Dibidang industri saat ini, dilakukan usaha untuk meningkatkan efisiensi turbin gas yaitu dengan cara mengabungkan siklus turbin gas dengan siklus proses sehingga diperoleh siklus gabungan yang biasa disebut dengan istilah "cogeneration". Sedangkan untuk meningkatkan efisiensi termal turbin gas yang digunakan sebagai unit pembangit listrik (PLTG), siklus PLTG digabung dengan siklus PLTU sehingga terbentuk siklus gabungan yang disebut "Combined Cycle" atau Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU).

Siklus PLTGU terdiri dari gabungan siklus PLTG dan siklus PLTU. Siklus PLTG menerapkan siklus Brayton, sedangkan siklus PLTU menerapkan siklus ideal Rankine sseperti gambar di bawah :

Siklus Kombinasi

Siklus Brayton, Siklus Rankine dan Siklus kombinasi 

Penggabungan siklus turbin gas dengan siklus turbin uap dilakukan melalui peralatan pemindah panas berupa boiler atau umum disebut “Heat Recovery Steam Generator” (HRSG). Siklus kombinasi ini selain meningkatkan efisiensi termal juga akan mengurangi pencemaran udara.  

Dengan menggabungkan siklus tunggal PLTG menjadi unit pembangkit siklus kombinasi (PLTGU) maka dapat diperoleh beberapa keuntungan, diantaranya adalah :

1. Efisiensi termalnya tinggi, sehingga biaya operasi (Rp/kWh) lebih rendah dibandingkan dengan pembangkit thermal lainnya.
2. Biaya pemakaian bahan bakar (konsumsi energi) lebih rendah
3. Pembangunannya relatif cepat 
4. Kapasitas dayanya bervariasi dari kecil hingga besar 
5. Menggunakan bahan bakar gas yang bersih dan ramah lingkungan 
6. Fleksibilitasnya tinggi  
7. Tempat yang diperlukan tidak terlalu luas, sehingga biaya investasi lahan lebih sedikit.
8. Pengoperasian PLTGU yang menggunakan komputerisasi memudahkan pengoperasian.
9. Waktu yang dibutuhkan: untuk membangkitkan beban maksimum 1 blok PLTGU relatif singkat yaitu 150 menit.
10. Prosedur pemeiliharaan lebih mudah dilaksanakan dengan adanya fasilitas sistem diagnosa.

Skema siklus PLTGU dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Diagram Combined cycle

Diagram Cogeneration Cycle

HRSG

Prinsip Dasar Pengoperasian PLTGU

Prinsip kerja PLTG

• Sebagai mesin pembangkit, PLTG memerlukan alat pemutar awal (Starting Device) untuk menjalankannya. Starting Device dapat berupa mesin diesel, motor listrik, motorgenerator atau udara. Fungsi dari Starting Device adalah untuk memutar kompresor pada saat start up untuk menghasilkan udara bertekanan sebelum masuk ke ruang pembakaran (combustion chamber).
• Tahapan start up PLTG meliputi :

1. Persiapan dan pemeriksaan sebelum start.
2. Ready to start
3. Starting device energized, terhubung ke turbin dan start
4. Bahan bakar diinjeksikan ke ruang bakar dan terjadi penyalaan. 
5. Periode warming-up, bahan bakar ditambah dan putaran naik
6. PLTG mampu berputar dengan kemampuan sendiri dan Starting Device lepas dan berhenti.
7. Putaran bertambah dan mencapai full speed no load (100,3%)
8. Sinkronisasi generator
9. Pembebanan

Prinsip kerja PLTGU

Di dalam sistem turbin gas gas panas hasil pembakaran bahan bakar dialirkan untuk memutar turbin gas sehingga menghasilkan energi mekanik yang digunakan untuk memutar generator. Gas buang dari turbin gas yang masih mengandung energi panas tinggi dialirkan ke HRSG untuk memanaskan air sehingga dihasilkan uap. Setelah menyerahkan panasnya gas buang di buang ke atmosfir dengan temperatur yang jauh lebih rendah.

Uap dari HRSG dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin uap yang dikopel dengan generator sehingga dihasilkan energi listrik. Uap bekas keluar turbin uap didinginkan didalam kondensor sehingga menjadi air kembali. Air kondensat ini dipompakan sebagai air pengisi HRSG untuk dipanaskan lagi agar berubah menjadi uap dan demikian seterusnya.

 Siklus air uap PLTGU Gresik

Siklus Uap air PLTGU Priok

Bersambung KOMPONEN UTAMA PLTGU