1 Prinsip Kerja PLTGU 1. PRINSIP KERJA PLTGU 1.1. Turbin Gas (Siklus Brayton) 1.1.2. Sejarah Turbin Gas PDF

Preview

Summary

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU 1. PRINSIP KERJA PLTGU 1.1. Turbin Gas (Siklus Brayton) 1.1.2. Sejarah Turbin Gas: Siklus dasar turbin gas disebut siklus Brayton, yang pertama kali diajukan pada tahun 1870 oleh George Brayton seorang insinyur dari Boston. Sekaran...

Description

Accelerat ing t he world's research.

1 Prinsip Kerja PLTGU 1. PRINSIP KERJA PLTGU 1.1. Turbin Gas (Siklus Brayton) 1.1.2. Sejarah Turbin Gas Fachnur Firdaus

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

SIST EM PENGENDALIAN DAN PROT EKSI T EMPERAT URE EXHAUST PADA GAS T URBIN GENERA… Surant ini Rant i LAPORAN MAGANG GT SAT YA Lut hfi Sat ya Laporan PKL St udi Radiaot or PLT GU Tanjung bat u.docx Wibowo Pangest u

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

1. PRINSIP KERJA PLTGU 1.1. Turbin Gas (Siklus Brayton) 1.1.2. Sejarah Turbin Gas: Siklus dasar turbin gas disebut siklus Brayton, yang pertama kali diajukan pada tahun 1870 oleh George Brayton seorang insinyur dari Boston. Sekarang siklus Brayton digunakan hanya pada turbin gas dengan proses kompresi dan ekspansi terjadi pada alat permesinan yang berputar. John Barber telah mempatenkan dasar turbin gas pada tahun 1791. Dua penggunaan utama mesin turbin gas adalah pendorong pesawat terbang dan pembangkit tenaga listrik. Turbin gas digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang berdiri sendiri (simple cycle) atau bergandengan dengan turbin uap (combined cycle) pada sisi suhu tingginya. Turbin uap (combined cycle) memanfaatkan gas buang turbin gas sebagai sumber panasnya. Turbin uap dianggap sebagai mesin pembakaran luar (external combustion), dimana pembakaran terjadi diluar mesin. Energi termal dipindah ke uap sebagai panas. Turbin gas pertama kali berhasil dioperasikan pada pameran nasional Swiss (Swiss National Exhibition) tahun 1939 di Zurich. Turbin gas yang dibangun antara tahun 1940-an hingga tahun 1950-an efisiensinya hanya sekitar 17 persen; hal ini disebabkan oleh rendahnya efisiensi kompresor dan turbin dan suhu masuk turbin yang rendah karena keterbatasan teknologi metalurgi pada saat itu. Turbin gas terpadu dengan turbin uap (combined cycle) yang pertama kali dipasang pada tahun 1949 di Oklahoma oleh General Electric menghasilkan daya 3,5 MW. Sebelum ini, pembangkit daya ukuran besar berbahan bakar batu bara ataupun bertenaga nuklir telah mendominasi pembangkitan tenaga listrik. Tetapi sekarang, turbin gas berbahan baker gas alam yang telah mendominasinya karena kemampuan start (black start) yang cepat, efisiensi yang tinggi, biaya awal yang lebih rendah, waktu pemasangan yang lebih cepat, karakter gas buang yang lebih baik dan berlimpahnya persediaan gas alam. Biaya pembangunan pembangkit tenaga turbin gas kira-kira setengah kali biaya pembangunan pembangkit tenaga turbin uap berbahan bakar fosil yang merupakan pembangkit tenaga utama hingga awal tahun 1980-an. Lebih dari separoh dari seluruh pembangkit daya yang akan dipasang dimasa akan datang diperkirakan akan merupakan pembangkit daya turbin gas ataupun dikombinasikan dengan turbin uap (combined cycle). 1

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

Di awal tahun 1990-an, General Electric telah memasarkan turbin gas dengan ciri perbandingan tekanan (pressure ratio) 13,5 menghasilkan daya net 135,7 MW dengan efisiensi termal 33 persen pada operasi sendiri (simple cycle operation). Turbin gas terbaru yang dibuat General Electric bersuhu masuk 1425 OC (2600 OF) menghasilkan daya hingga 282 MW dengan efisiensi termal mencapai 39.5 persen pada operasi sendiri (simple cycle operation). Bahan bakar minyak ringan seperti minyak diesel, minyak tanah, minyak mesin jet, dan bahan bakar gas yang bersih (seperti gas alam) paling cocok untuk turbin gas. Bagaimanapun , bahan bakar tersebut diatas akan menjadi lebih mahal dan pasti akan habis. Oleh karena itu, pemikiran kemasa depan harus dilakukan untuk menggunakan bahan bakar alternatif lain.

Gambar 1.1. Turbin Gas Siklus Terbuka

Biasanya turbin gas beroperasi pada siklus terbuka. Udara yang segar mengalir ke kompresor, suhu dan tekanannya dinaikkan. Udara bertekanan terus mengalir ke ruang pembakaran, dimana bahan bakar dibakar pada tekanan tetap.

2

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

Gas panas yang dihasilkan masuk ke turbin, kemudian berekpansi ke tekanan udara luar melalui berbaris sudu nosel. Ekspansi ini menyebabkan sudu turbin berputar, yang kemudian memutar poros rotor berkumparan magnet, sehingga menghasilkan teganan listrik dikumparan stator generator. Gas buang (exhaust gases) yang meninggalkan turbin siklus terbuka tidak digunakan kembali.

Gambar 1.2. Siklus Brayton

Turbin gas siklus terbuka dapat dibentuk menjadi sebagai turbin gas siklus tertutup dengan menggunakan anggapan udara standar (air-standard assumptions). Proses kompresi dan ekspansi tetap sama, tetapi proses pembuangan gas panas tekanan tetap ke udara luar diganti dengan proses pendinginan qout.

Siklus ideal yang fluida kerja jalani dalam siklus tertutup ini adalah siklus Brayton, yang terdiri dari empat proses dalam dapat balik (internally reversible): 1-2

Kompresi isentropik (isentropic compression) di kompresor

2-3

Penambahan panas tekanan tetap (constant pressure heat addition)

3-4

Expansi isentropik (isentropic expansion) di turbin

4-1

Pembuangan panas tekanan tetap (constant pressure heat rejection) Proses yang terjadi pada PLTG adalah sebagai berikut :

3

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

•

Prinsip Kerja PLTGU

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). Penggerak mula ini dapat berupa diesel, motor listrik atau generator turbin gas itu sendiri yang menjadi motor melalui mekanisme SFC (Static frequency Converter). Setelah kompresor berputar secara kontinu, maka udara luar terhisap hingga dihasilkan udara bertekanan pada sisi discharge (tekan) kemudian masuk ke ruang bakar.

•

Kedua, proses selanjutnya pada ruang bakar, jika start up menggunakan bahan bakar cair (fuel oil) maka terjadi proses pengkabutan (atomizing) setelah itu terjadi proses pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang kemudian dihasilkan api dan gas panas 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 :

Gambar 1.3. Diagram P-v dan T-s

Siklus seperti gambar, 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) 4

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

• 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) Salah satu kelemahan mesin turbin gas (PLTG) adalah efisiensi termalnya yang rendah. Rendahnya efisiensi turbin gas disebabkan karena banyaknya pembuangan panas pada gas buang. Dalam usaha untuk menaikkan efisiensi termal tersebut, maka telah dilakukan berbagai upaya sehingga menghasilkan mesin siklus kombinasi seperti yang dapat kita jumpai saat ini.

1.2.

Siklus Kombinasi (Combined Cycle)

Di bidang industri saat ini, dilakukan usaha untuk meningkatkan efisiensi turbin gas yaitu dengan cara menggabungan 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 pembangkit 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 seperti gambar :

Gambar 1.4. Siklus kombinasi

5

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

Siklus Brayton

Siklus Rankine

Kombinasi Brayton + Rankine

(PLTG)

(PLTU)

(PLTGU)

Gambar 1.5. 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 : •

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 sistem diagnosa. 6

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

Skema siklus PLTGU dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 1.6. Diagram Combined Cycle

Gambar 1.7. Diagram Cogeneration Cycle

7

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.8, Combined Cycle Power Plant (PLTGU)

8

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

1.3. Prinsip Kerja PLTG Sebagai mesin pembangkit, PLTG memerlukan alat pemutar awal (Starting Device) untuk menjalankannya. Starting Device dapat berupa mesin diesel, motor listrik, motor-generator 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

1.4. 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.

9

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.9. Siklus air uap PLTGU Gresik

10

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.10. Siklus air uap PLTGU Priok

11

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

1.5. Bagian-Bagian PLTGU PLTGU yang merupakan siklus kombinasi mempunyai komponen utama yang terdiri dari :

1.5.1. Turbin Gas Turbin gas dan alat bantunya pada umumnya merupakan suatu paket set unit PLTG yang dapat berdiri sendiri maupun digabung menjadi siklus kombinasi. • Kompresor Utama (Main Compressor) Kompresor Utama berfungsi untuk menaikan tekanan dan temperatur udara sebelum masuk ruang bakar. Udara juga dimanfaatkan untuk : udara pembakaran, udara pengabut bahan bakar, udara pendingin sudu dan ruang bakar dan perapat pelumas bantalan.

Gambar 1.11. Kompresor Utama 12

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

• Ruang Bakar (Combustion Chamber) Ruang Bakar (Combustion Chamber) adalah ruangan tempat proses terjadinya pembakaran. Energi kimia bahan bakar diubah menjadi energi thermal pada proses pembakaran tersebut. Ada Turbin Gas yang memiliki satu atau dua Combustion Chamber yang letaknya terpisah dari casing turbin, akan tetapi yang lebih banyak di jumpai adalah memiliki Combustion Chamber dengan beberapa buah Combustor Basket, mengelilingi sisi masuk (inlet) turbin. Contohnya PLTG di PLTGU Gresik memiliki satu Combustion Chamber berisi 18 buah Combustor Basket, sedangkan PLTG Bali memiliki satu Combustion Chamber berisi 8 buah Combustor Basket yang terpasang jadi satu dengan casing turbin.

Gambar 1.12. Combustion Chamber & Gas Turbine

13

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

•

Prinsip Kerja PLTGU

Turbin

Turbin berfungsi untuk mengubah energi thermal dari hasil pembakaran di dalam ruang bakar menjadi energi kinetik dalam sudu tetap kemudian menjadi energi mekanik dalam sudu jalan sehingga energi mekanik akan memutar poros turbin. •

Generator

Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanik putaran pada rotor yang terdapat kutub magnet, kemudian menjadi energi listrik pada kumparan stator. •

Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxcilliary) -

Penggerak Mula (Prime Mover), yaitu Diesel, Starting Motor (Cranking Motor), Generator sebagai Motor, memutar poros turbin gas sampai kekuatan bahan bakar dapat menggantinya (turbin gas mampu berdiri sendiri).

-

Hydraulic Ratchet, berfungsi memutar poros turbin sebelum start, sebanyak 45º setiap 3 menit, untuk memudahkan pemutaran oleh penggerak mula dan meratakan pendinginan poros saat turbin gas stop.

-

Turning Gear, fungsinya sama seperti juga Ratchet, hanya poros diputar kontinyu dengan putaran lambat (± 6 RPM).

-

Accessories Gear, adalah tempat roda gigi untuk memutar alat-alat bantu seperti : pompa bahan bakar, pompa pelumas, pompa hidrolik, main atomizing air compressor, water pump, tempat hubungan Ratchet.

-

Torque Converter, sebagai kopling hidrolik, saat digunakan kopling diisi dengan minyak pelumas. Sedangkan saat dilepas, minyak pelumas di drain.

-

Load Gear, disebut juga Reduction Gear atau Load Coupling untuk mengurangi kecepatan turbin menjadi kecepatan yang dibutuhkan oleh Generator. Load Gear Westinghouse dimanfaatkan untuk penggerak pompa bahan bakar dan pelumas.

-

Exciter, yaitu peralatan yang berfungsi memberikan arus searah untuk penguatan kutub magnet Generator Utama.

-

Starting Clutch, disebut juga Jaw Clutch, sebagai kopling mekanik yang berfungsi menghubungkan poros Penggerak Mula dengan poros kompresor saat proses Start.

14

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

-

Prinsip Kerja PLTGU

Bantalan (Bearing), terdiri dari bantalan aksial dan bantalan luncur. Bantalan luncur disebut juga disebut juga Journal Bearing, yang berfungsi sebagai penyangga berat poros turbin, kompresor dan generator. Sedangkan bantalan aksial disebut juga Thrust Bearing, berfungsi sebagai penahan gaya aksial

Gambar 1.13. Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxiliary)

15

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

1.5.2. HRSG (Heat Recovery Steam Generator) Bagian-bagian HRSG adalah bagian per bagian dalam bentuk jadi (pre-assembled) yang telah dikerjakan di bengkel pabrikan dan diangkut ke tempat pemasangan. Kemudahan pemasangan bagian-bagian modular di lapangan dan melakukan pengerjaan bagian-bagian sebanyak mungkin di bengkel pabrik akan meningkatkan mutu peralatan dan mempercepat waktu pemasangan konstruksi.

16

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

Peralatan utama HRSG dapat diidentifikasi seperti gambar berikut:

Gambar 1.14. Peralatan Utama HRSG KETERANGAN GAMBAR : 1. Diverter box, bypass stack, and bypass stack silencer. 2. Blanking plate for conversion to simple cycle operation. 3. Superheater. 4. Reheater. 5. High pressure evaporator. 6. High pressure economizer. 7. Intermediate pressure superheater. 8. Low pressure superheater. 9. High pressure economizer. 10. Intermediate pressure evaporator. 11. High pressure economizer/intermediate pressure economizer. 12. Low pressure evaporator. 13. Low pressure economizer. 14. Stack and silencer.

17

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

• Bypass stack silencer Bypass stack silencer adalah cerobong asap dari gas buang hasil pembakaran pada turbin gas. Apabila suatu turbin gas dioperasikan dengan Open Circle, maka gas buang tersebut akan dialirkan ke atmosfir melalui bypass stack.

• Drum

!

"

-

#

-

$

$

-

$

%

-

$

! &

-

$

-

$

-

,

-

,

-

,

&

' &

& ( $ )

* +

$

!

$

$

$

18

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

-

Prinsip Kerja PLTGU

. ./ !

0 + ! 1 ,

% & (

!

+

* +

+

2

+

3

+

!

1

1

+

& 4

+ +

+

&

&

+

+

0 +

+

3 +

1 1

4

+

&

1

4

& !

19

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Prinsip Kerja PLTGU

• Superheater $

)
...