Modul Konversi Energi [TM7]

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



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



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



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



Gambar 7.4 Cogeneration Pembangkit Listrik Konvensional Rangkine

Gambar 7.5 Cara Kerja Coal-fired steam turbine cogeneration system

‘15 7



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



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



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



Documents

Modul Konversi Energi [TM7]