PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
1.
PENGOPERASIAN PLTGU
SIKLUS PLTGU
1.1. Siklus PLTG Prinsip kerja PLTG d pat dijelaskan melalui gambar dibawah ini :
Gambar 1.1. Skema PLTG
Proses yang terjadi p da PLTG adalah sebagai berikut : •
Pertama, Pertama, turbin gas berfungsi menghasilkan energi mekanik untuk memutar kompreso k ompresorr dan rotor generator y ng terpasang satu poros, poros, tetapi pada pada saat start up fungsi ini terl terleb ebih ih dahu dahulu lu dija dijala lan nk n oleh penggerak mula (prime (prime mover ). ). Penggerak mula ini d pat be berupa di diesel, mo motor lilistri trik ata atau u gen rator turbin gas itu sendiri yang menjadi motor melalui mekanisme SFC (S ( Static fr quency Converter ). ). Setelah kompresor ber uta utarr seca secara ra kont kontin inu, u, m mak aka a udara udara luar luar terhi terhis sap hingga dihasilkan udara bertekanan pada sisi discharge (t (tekan) kemudian masuk ke r ang bakar.
•
Kedua, p Kedua, prroses selanjutnya pada ruang bakar, jika start up me mengg nakan bahan bakar cair (fuel (fuel oil ) maka ter jadi proses pengkabutan (atomizing ) setel h itu terjadi proses pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang kemudian dih asilkan api dan gas pan ana as ber berte teka kan nan an.. G s panas tersebut dialirkan ke turbin se ingga turbin dapat menghasilkan tenaga mekanik berupa putaran. Selanjutnya gas panas dibuang ke atmosfir de dengan te temperatur yang masih tinggi. Proses seperti ter tersebut diatas merupakan siklus turbin gas, yang merupakan
penerapan Siklus Brayton. Brayton. Siklus tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :
Berbagi Berbagi dan dan Menye Menyebark barkan an Ilm Ilm Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
1 (GA - Feb 2011)
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
PENGOPERASIAN PLTGU
Gambar 1.2. Diagram P-v dan T-s
Siklus seperti gambar diata terdapat empat langkah: •
Langkah 1-2 : Udara lu r dihisap dan ditekan di dalam kompresor, menghasilkan udara bertekan n (langkah kompresi)
•
Langkah 2-3 : Udara b rtekanan dari kompresor dicampur dengan bahan bakar, terjadi reaksi p mbakaran yang menghasilkan gas panas (langkah pemberian panas)
•
Langkah 3-4 : Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk memutar turbin (langkah ekspansi)
•
Langkah 4-1 : Gas pan s dari turbin dibuang ke udara luar (langka pembuangan) Salah satu kelemah n mesin turbin gas (PLTG) adalah efisiensi termalnya yang
rendah. Rendahnya efisien i turbin gas disebabkan karena banyaknya pembuangan panas pada gas buang. Dalam
saha untuk menaikkan efisiensi termal t rsebut, maka telah
dilakukan berbagai upaya sehingga menghasilkan mesin siklus ko binasi seperti yang dapat kita jumpai saat ini.
1.2. Siklus Kombinasi (Co bined Cycle ) Di bidang industri sa t ini, dilakukan usaha untuk meningkatkan efisiensi turbin gas yaitu dengan cara menggabungan siklus turbin gas dengan siklus prose sehingga diperoleh siklus gabungan yang biasa disebut dengan istilah “Cogeneration ”. Sedangkan untuk meningkatkan efisiensi ter al turbin gas yang digunakan sebagai un it pembangkit listrik (PLTG), siklus PLTG diga ung dengan siklus PLTU sehingga terben uk siklus gabungan yang disebut “Combined Cy cle ” atau Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU). Berbagi dan Menyebarkan Ilm Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
2 (GA - Feb 2011)
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
PENGOPERASIAN 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 :
Gambar 1.3. Siklus kombinasi
Siklus Brayton
Siklus Rankine
Kombinasi Brayton + Rankine
(PLTG)
(PLTU)
(PLTGU)
Gambar 1.4. 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.
Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
3 (GA - Feb 2011)
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
PENGOPERASIAN PLTGU
Dengan menggabungkan siklus tunggal PLTG menjadi unit pembangkit siklus kombinasi (PLTGU) maka dapat diperoleh beberapa keuntungan, diantaranya adalah : •
Efisiensi
termalnya
tinggi,
sehingga
biaya operasi
(Rp/kWh)
lebih
rendah
dibandingkan dengan pembangkit thermal lainnya. •
Biaya pemakaian bahan bakar (konsumsi energi) lebih rendah
•
Pembangunannya relatif cepat
•
Kapasitas dayanya bervariasi dari kecil hingga besar
•
Menggunakan bahan bakar gas yang bersih dan ramah lingkungan
•
Fleksibilitasnya tinggi
•
Tempat yang diperlukan tidak terlalu luas, sehingga biaya investasi lahan lebih sedikit.
•
Pengoperasian
PLTGU
yang
menggunakan
komputerisasi
memudahkan
pengoperasian. •
Waktu yang dibutuhkan: untuk membangkitkan beban maksimum 1 blok PLTGU relatif singkat yaitu 150 menit.
•
Prosedur pemeiliharaan lebih mudah dilaksanakan dengan adanya fasilitas sistern diagnosa. Skema siklus PLTGU dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 1.5. Diagram Combined Cycle
Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
4 (GA - Feb 2011)
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
PENGOPERASIAN PLTGU
Gambar 1.6. Diagram Cogeneration Cycle
Gambar 1.7, Combined Cycle Power Plant (PLTGU)
Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
5 (GA - Feb 2011)
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
2.
PENGOPERASIAN PLTGU
Prinsip Dasar Pengoperasian PLTGU
2.1. 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 : a.
Persiapan dan pemeriksaan sebelum start.
b.
Ready to start
c.
Starting device energized , terhubung ke turbin dan start
d.
Bahan bakar diinjeksikan ke ruang bakar dan terjadi penyalaan.
e.
Periode warming-up , bahan bakar ditambah dan putaran naik
f.
PLTG mampu berputar dengan kemampuan sendiri dan Starting Device lepas dan berhenti.
g.
Putaran bertambah dan mencapai full speed no load (100,3%)
h.
Sinkronisasi generator
i.
Pembebanan
2.2. 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.
Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
6 (GA - Feb 2011)
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
PENGOPERASIAN PLTGU
G mbar 2.1. Siklus air uap PLTGU Gresik
Gambar 2.2. Siklus air uap PLTGU Priok
Berbagi dan Menyebarkan Ilm Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
7 (GA - Feb 2011)
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
3.
PENGOPERASIAN PLTGU
KOMPONEN UTAMA PLTGU PLTGU yang merupakan siklus kombinasi mempunyai komponen utama yang terdiri
dari : a. PLTG dan alat bantunya serta generator b. HRSG dan alat bantunya c. Turbin uap dan alat bantunya serta generator Turbin gas dan alat bantunya pada umumnya merupakan suatu paket set unit PLTG yang dapat berdiri sendiri maupun digabung menjadi siklus kombinasi. Susunan HRSG dan alat bantunya harus dirancang agar dapat menyerap panas gas buang (exhaust gas ) dari turbin gas seoptimal mungkin sehingga dapat menghasilkan uap dengan tekanan dan temperatur yang diperlukan untuk memutar turbin uap. Sistem sirkulasi air uap yang diterapkan disesuaikan dengan temperatur gas buang dari turbin gas agar fleksibel terhadap pembebanan. Jumlah tingkat dan jumlah silinder dari turbin uap disesuaikan dengan tekanan dan temperatur uap yang dihasilkan oleh HRSG. Turbin uapnya biasanya non ekstraksi, karena pemanasan air dilakukan didalam HRSG. Apabila PLTG akan digunakan dalam siklus kombinasi, maka panas gas buang harus mempunyai suhu sekitar 500 0C agar dapat dimanfaatkan untuk menguapkan air didalam “Heat Recovery Steam Generator ”. Apabila PLTD (Diesel) akan digunakan dalam siklus kombinasi, maka kapasitasnya harus cukup besar, yaitu sekitar 25 MW agar air pendingin mesin dapat dimanfaatkan untuk pemanas awal air pengisi boiler. Terdapat beberapa variasi dari siklus kombinasi PLTGU dalam memanfaatkan gas buang untuk menghasilkan uap sebagai penggerak turbin PLTU. Gambar di bawah menunjukkan contoh variasi siklus PLTGU :
Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
8 (GA - Feb 2011)
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
PENGOPERASIAN PLTGU
Gambar 3.1. PLTGU dengan PLTG digabung dengan peleburan besi
Gambar 3.2, PLTGU dengan turbin gas berbahan bakar batubara
Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
9 (GA - Feb 2011)
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
PENGOPERASIAN PLTGU
Ditinjau dari konfigurasi jumlah turbin gas dan Heat Recovery Steam Generator (HRSG) dan turbin uapnya, suatu PLTGU dapat di susun dengan beberapa konfigurasi, tetapi umumnya dibedakan menjadi 3, yaitu : •
Konfigurasi : 1 turbin gas (GT), 1 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 1 – 1 – 1
•
Konfigurasi : 2 turbin gas (GT), 2 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 2 – 2 – 1
•
Konfigurasi : 3 turbin gas (GT), 3 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 3 – 3 – 1
Konfigurasi 1 – 1 – 1 Konfigurasi ini merupakan PLTGU yang paling sederhana karena hanya terdiri dari 1 turbin gas (GT), 1 HRSG dan 1 turbin uap (ST). Pada sebagian PLTGU ini bahkan generatornya hanya satu sehingga turbin gas, turbin uap dan generator merupakan mesin satu poros (single shaft combined cycle). Posisi generator dapat berada diantara turbin gas dan turbin uap atau turbin uap diatara turbin gas dan generator. Kelebihan susunan PLTGU 1–1–1 antara lain adalah mampu memenuhi kebutuhan permintaan daya secara cepat dan ekonomis, konsumsi air dan bahan bakar nya rendah serta konsumsi listrik pemakaian sendiri (works power ) juga rendah.
Gambar 3.3, Diagram PLTGU dengan konfigurasi 1 – 1 – 1 Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
10 (GA - Feb 2011)
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
PENGOPERASIAN PLTGU
Konfigurasi 2 – 2 – 1 PLTGU dengan susunan 2–2–1 lebih fleksibel dalam pengoperasian maupun pemeliharaan dibanding susunan 1–1–1. Dengan susunan 2–2–1, apabila satu turbin gas terganggu, maka turbin gas yang lain tetap dapat beroperasi dalam siklus kombinasi. Sedangkan bila HRSG nya yang terganggu, maka turbin gas dapat beroperasi dalam mode siklus terbuka (open cycle).
Gambar 3.4, Diagram PLTGU dengan konfigurasi 2 – 2 – 1
Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
11 (GA - Feb 2011)
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN
PENGOPERASIAN PLTGU
Konfigurasi 3 – 3 – 1 Konfigurasi 3–3–1 merupakan konfigurasi yang menghasilkan output daya paling besar dengan variasi operasi paling banyak.
Gambar 3.5, Diagram PLTGU dengan konfigurasi 3 – 3 – 1
Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
12 (GA - Feb 2011)