TUGAS MATA KULIAH PERANCANGAN ENERGI ELEKTRIK
KARAKTERISTIK PEMBANGKIT LISTRIK DAN KARAKTERISTIK BEBAN LISTRIK
Disusun Oleh :
Deri Rohendi /11-2012-077
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO SUB JURUSAN TEKNIK TENAGA LISTRIK FAKULTAS TEKNOLOGI NASIONAL BANDUNG 2016
KARAKTERISTIK-KARAKTERISTIK PEMBANGKIT 1. Pembangkit listrik tenaga diesel (pltd) 2. Pembangkit listrik tenaga air (plta) 3. Pembangkit listrik tenaga uap(pltu) 4. Pembangkit listrik tenaga biomassa 5. Pembangkit listrik tenaga panas bumi (pltp) 6. Pembangkit listrik tenaga angin(plta) 7. Pembangkit listrik tenaga surya(plts) 8. Pembangkit listrik tenaga gelombang laut(pltgl) 9. Pembangkit listrik tenaga gas uap (pltgu)
Pembangkit Listrik Pembangkit listrik adalah bagian dari alat industri yang dipakai untuk memproduksi dan membangkitkan tenaga listrik dari berbagai sumber tenaga, seperti PLTU, PLTN, PLTA, PLTS, PLTSa, dan lain-lain. Bagian utama dari pembangkit listrik ini adalah generator, yakni mesin berputar yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip medan magnet dan penghantar listrik. Mesin generator ini diaktifkan dengan menggunakan berbagai sumber energi yang sangat bemanfaat dalam suatu pembangkit listrik.
1. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Adapun karakteristik pada pembangkit tenaga air dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 1 Kurva Karakteristrik PLTA
2. Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTB) Suatu pembangkit listrik dari energi angin merupakan hasil dari penggabungan dari beberapa turbin angin sehingga akhirnya dapat menghasilkan listrik. Cara kerja dari pembangkitan listrik tenaga angin ini yaitu awalnya energi angin memutar turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan kipas angin (bukan menggunakan listrik untuk menghasilkan listrik, namun menggunakan angin untuk menghasilkan listrik). Kemudian angin akan memutar sudu-sudu turbin, lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator letaknya di bagian belakang turbin angin. Generator mengubah energi putar
rotor menjadi energi listrik dengan prinsip hukum Faraday, yaitu terdapat penghantar didalam suatu medan magnet, maka pada kedua ujung penghantar tersebut akan menghasilkan beda potensial. Sistem kelistrikan PLTB Sistem kelistrikan PLTB dapat dibagi menjadi 2 yaitu: a. Kecepatan konstan b. Kecepatan berubah Kecepatan konstan Keuntungan a. Murah, sistemnya sederhana dan kokoh. b. Menghasilkan dfaya max pada satu nilai kecepatan angin. c. Menggunakan generator tak serempak. d. Cocok diterapkan pada daerah yang memiliki potensi kecepatan angin yang besar. Kelemahan a. Generator memerlukan daya reaktif untuk bisa menghasilkan listrik. b. Sistem ini rentan terhadap pulsating power menuju grid. c. Rentan terhadap perubahan mekanis secara tiba-tiba.
Gambar 2 Sistem PLTB kecepatan Konstan
Kecepatan Berubah Selain kecepatan konstan ada juga sistem turbin angin yang menggunakan sistem kecepatan berubah artinya sistem didesain agar dapat mengekstrak daya maksimum pada berbagai macam kecepatan. Sistem kecepatan berubah dapat menghilangkan pulsating torque yang umumnya timbul pada sistem fixed speed. Sistem variabel speed mengaplikasikan elektronika daya untuk mengkondisikan daya seperti penyearah (rectifier), konverter DC-DC, ataupun inverter. Pada sistem variabel speed
menggunakan generator induksi rotor belitan. Karakteristik kerja generator induksi diatur dengan mengubah-ubah nilai resistansi rotor, sehingga torsi maksimum selalu didapatkan pada kecepatan putar turbin berapa pun. Sistem ini lebih aman terhadap perubahan beban mekanis secara tiba tiba, terjadi reduksi pulsating power menuju grid dan memungkinkan memperoleh daya maksimum pada beberapa kecepatan angin yang berbeda. Sayangnya jangkauan kecepatan yang bisa dikendalikan masih terbatas.
Gambar 3 Sistem PLTB kecepatan Berubah
Karakteristik kerja turbin angin
Gambar 4 Karakteristik kerja turbin angin
Gambar diatas menunjukkan pembagian daerah kerja dari turbin angin. Daerah kerja turbin angin dibagi menjadi 3 yaitu a. Cut in speed b. Kecepatan kerja angin rata-rata c. Cut out speed Secara ideal, turbin angin dirancang dengan kecepatan cut in yang seminimal mungkin, kecepatan nominal yang sesuai dengan potensi angin lokal dan kecepatan cut out yang semaksimal mungkin. Namun secara mekanis kondisi ini sulit diwujudkan karena kompensasi dari perancangan turbin angin dengan kecepatan maksimal (Vcut off) yang besar adalah Vcut dan Vrated yang relatif akan besar pula. Penentuan
kecepatan angin suatu daerah dapat juga dilakukan dengan metoda probalistik distribusi weibull dalam mengolah kumpulan data hasil survey.
Gambar 5 Penentuan kecepatan angin rata-rata suatu daerah
3. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) Salah satu pembangkitan listrik yang dipakai yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Karakteristik PLTD ini sangat berbeda dari jenis pembangkit lainnya, seperti penggunaannya dapat sebagai cadangan, baik saat beban penuh ataupun dalam keadaan darurat, untuk itulah maka perlu dibahas lebih lanjut tentang PLTD ini. Pusat Listrik Tenaga Diesel cocok untuk lokasi di mana pengeluaran bahan bakar rendah, persediaan air terbatas, minyak sangat murah dibanding dengan batubara dan semua beban besarnya adalah seperti yang dapat ditangani oleh mesin pembangkit dalam kapasitas kecil, serta dapat berfungsi dalam waktu yang singkat, dapat dilihat dibawah adalah running time atau saat penyalaan pembangkitan listrik tenaga diesel:
Gambar 6 Kurva Start –up Diesel
Fuel Processing Bahan bakar didalam tangki penyimpanan bahan bakar dipompakan kedalam tanki penyimpanan sementara namun sebelumnya disaring terlebih dahulu. Kemudian disimpan didalam tangki penyimpanan sementara (daily tank). Jika bahan bakar adalah bahan bakar minyak (BBM) maka bahan bakar dari daily tank dipompakan ke Pengabut (nozzel), disini bahan bakar dinaikan temperaturnya hingga manjadi kabut. Sedangkan jika bahan bakar adalah bahan bakar gas (BBG) maka dari dari daily tank dipompakan ke convertion kit (pengatur tekanan gas) untuk diatur tekanannya. Injection Fuel Bahan bakar dari convertion kit (untuk BBG) atau nozzel (untuk BBM) kemudian diinjeksikan kedalam ruang bakar (combustion chamber) The Flash Point Didalam mesin diesel terjadi penyalaan sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni yang dimanfaatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi (35 – 50 atm), sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar sehingga akan menyala secara otomatis yang menimbulkan ledakan bahan bakar. Diesel engine crankshaft Ledakan pada ruang bakar tersebut menggerak torak/piston yang kemudian pada poros engkol dirubah menjadi energi mekanis. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan
batang
torak,
sehingga
torak
dapat
bergerak
bolak-balik
(reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi. Converted into electrical energy Poros engkol mesin diesel digunakan untuk menggerakan poros rotor generator. Oleh generator energi mekanis ini dirubah menjadi energi listrik sehingga terjadi gaya geral listrik (ggl).
4. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Adapun kriteria yang dimiliki oleh pembangkit listrik tenaga surya, yaitu dapat dilihat pada kurva dibawah ini :
Gambar 7 grafik intensitas cahaya vs tegangan dan arus
Gambar 8 grafik efisiensi daya solar cell
5. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) Untuk sebagian besar sumber daya panas bumi, geofluid adalah sumber daya cair yang didominasi atau campuran Cairan dan uap. Oleh karena itu, jika seseorang ingin langsung menggunakan sumber daya ini dalam bentuk uap untuk menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik, maka perlu untuk memisahkan fasa uap dari fase cair. Prinsip termodinamika operasi ditampilkan di gambar 3.1, dan proses skema dapat dilihat pada gambar 3.2: pemisah-uap cair, atau flash gendang, ditempatkan sebelum turbin, dan uap yang digunakan untuk menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik, fase cair pergi langsung untuk penginjeksian kembali di reservoir panas bumi. Sebuah kondensasi bawah tekanan atmosfer memungkinkan meningkatkan efisiensi siklus. Karena bagian dari geofluid sedang hilang di atmosfer melalui menara pendingin yang digunakan untuk kondensasi. air make-up dapat diperlukan untuk menghindari penurunan tekanan di reservoir panas bumi.
Gambar 9 Siklus steam pada PLTP
Siklus uap tunggal flash CaII digunakan untuk menghasilkan listrik dari cairan yang didominasi atau liquid sumber uap panas bumi campuran, yang memiliki suhu lebih 150C. Di bawah suhu ini. produksi listrik langsung menggunakan geofluid tidak menguntungkan secara ekonomi. Pada tahun 2007. single-Flash pembangkit listrik tenaga uap mewakili 42% dari tenaga panas bumi dipasang di seluruh dunia kapasitas. dan 32% dari pembangkit listrik tenaga panas bumi unit 171.
Gambar 10 Skema PLTP
Untuk siklus uap tunggal-flash, tekanan operasi dari flash drum parameter untuk dioptimalkan: semakin tinggi tekanan. semakin tinggi adalah output daya yang spesifik per unit uap, tetapi yang lebih rendah adalah laju alir steam Total melewati turbin. Beberapa masalah operasi dengan siklus flash steam dapat terjadi karena fisikokimia karakteristik sumber daya. Pertama, mineral terlarut yang terkandung dalam geofluid dapat mengendap selama pemisahan fase dan menyebabkan penyumbatan sistem. Oleh karena itu. pembersihan regtLlar diperlukan. yang menghasilkan biaya pemeliharaan relatif tinggi. Kemudian, geofluid dapat memiliki kandungan tinggi gas seperti karbon dioksida atau hidrogen sulfida. Gas-gas ini lulus bersama dengan uap di turbin dan akhirnya tiba ke kondensor, tetapi mereka tidak terkondensasi. Jika mereka menumpuk, mereka menyebabkan peningkatan tekanan dalam kondensor dan menurunkan efisiensi sistem. Mereka juga dapat menyebabkan korosi untuk turbin jika mereka kembali ke itu. Oleh karena itu, gas penghapusan sistem. umumnya menggunakan perangkat ejeksi, dapat diperlukan. dan gas non-terkondensasi dilepaskan ke atmosfer. Perlu dicatat bahwa ini menghukum efisiensi siklus. Dalam rangka meningkatkan pemanfaatan sumber daya dan karena itu energi dan exergi efidefisiensi. single-Flash pembangkit listrik tenaga uap dapat dirancang untuk menyediakan juga district heating. Jika ada permintaan untuk memuaskan. Hal ini dilakukan dengan menambahkan penukar panas pada bagian cair dari sumber daya, Hal ini memungkinkan valorizing bagian cair dari sumber daya, yang dinyatakan tidak digunakan dan hanya kembali disuntikkan.
Gambar 11 perubahan termepratur terhadap waktu
Untuk steam pada system PLTP Suhu awal adalah 36 ° C. Maksimum suhu yang sistem internal boiler dapat memberikan adalah 110,1 ° C. Dan flywheel mulai berputar ketika suhu mencapai 105 ° C. Dari grafik. setelah suhu uap mencapai 100° C. Hubungan suhu-waktu tampaknya nonlinier. Hal ini karena lingkungan jenuh dalam boiler. Dan hubungan suhu jenuh dan Tekanan dapat diperiksa dalam tabel standar.
Gambar 12 perubahan tekanan terhadap waktu untuk steam pada system PLTP
Dari hasil sensor tekanan, tekanan awal adalah 103 KPa. Tekanan maksimum yang sistem internal yang boiler dapat memberikan adalah 151,12 kPa. Dan roda gila mulai berputar ketika tekanan menghantam 138 kPa. Ada beberapa liku-liku pada kurva. ini adalah karena tidak stabil dari sistem loop terbuka. Karena bahan bakar yang diberikan kepada sistem ini tidak seragam, kuantitas uap menghasilkan dalam boiler juga tidak merata.
Gambar 13 perubahan termepratur terhadap waktu untuk steam pada system PLTP
Tekanan vs temperatur grafik diplot. A adalah titik ketika roda gila slart berputar. Ai titik. suhu sekitar 105 ° C dan tekanan l3 kPa.
6. Pembangkit Listrik Tenaga Ombak (PLT Ombak) Pada pembangkit tenaga ombak dapat terlihat dari kurva karakteristik dibawah ini :
7. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)
8. Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa (PLT Biomassa) Kurva Beban dalam Satu Hari
Titik didih suatu cairan atau dikenal juga dengan temperatur saturasi adalah temperatur dimana tekanan uap cairan sama dengan tekanan lingkungan sekitar cairan tersebut. Pada titik ini cairan akan berubah fase menjadi uap. Temperatur saturasi dari air pada tekanan atmosfer adalah 100oC. Pada titik inilah air akan berubah fase menjadi uap dengan membentuk gelembung-gelembung uap air. Temperatur saturasi menjadi sebuah fungsi yang unik dari tekanan. Semakin tinggi tekanan di sekitar air maka akan semakin tinggi pula titik didihnya, dan apabila semakin rendah tekanan di sekitar air tersebut maka semakin rendah pula titik didih air tersebut. Hal tersebut disebabkan karena tekanan air akan mempengaruhi karakteristik – seperti entalpi (kandungan kalor) air, panas laten, dan entalpi uap– dari uap air yang terbentuk pada tekanan tersebut. Pada kondisi tekanan kritis 3200 psi (22,1 MPa) misalnya, panas laten yang dibutuhkan untuk membentuk uap air menjadi nol, dan pada kondisi ini tidak akan timbul gelembung-gelembung uap pada saat proses evaporasi. Sehingga proses transisi perubahan fase air menjadi uap air pada kondisi tersebut akan terjadi secara lebih smooth. Atas dasar fenomena inilah dikenal sebuah teknologi boiler bernama critical boiler. Boiler ini bekerja dengan mensirkulasikan air-uap air pada pipa-pipa boiler dengan tekanan kritis 22,1 MPa (221 bar).
Kurva Didih (Boiling Curve) Pada kesempatan kali ini saya ingin memperkenalkan kepada Anda sebuah kurva bernama boiling curve (kurva didih). Kurva ini akan menjelaskan kepada kita bagaimana karakteristik terjadinya proses pendidihan air. Penelitian dilakukan dengan jalan mencelupkan sebuah logam (metal) panas yang dijaga temperaturnya, ke dalam sejumlah air di suatu wadah. Kecepatan (rate) perpindahan panas tiap satuan luas atau disebut dengan heat flux (fluks kalor) mengisi sumbu Y kurva. Sedangkan sumbu X diisi oleh diferensial temperatur antara permukaan metal dengan air disekitarnya. Dari titik A ke B, perpindahan panas secara konveksi akan mendinginkan metal sehingga proses pendidihan akan tertahan. Pada saat sedikit melewati titik B, dikenal sebagai proses awal proses pendidihan, dimana temperatur air secara cepat akan menyesuaikan dengan temperatur permukaan metal dan semakin mendekati temperatur saturasinya. Gelembung-gelembung uap air mulai terbentuk di permukaan metal. Secara periodik gelembung-gelembung tersebut akan kolaps (mengecil) karena berinteraksi dengan air lainnya. Fenomena ini disebut dengan subcooled boiling, dan ditandai dengan titik B dan S pada kurva. Pada proses ini, kecepatan perpindahan panas cukup tinggi, namun masih belum terbentuk sejumlah uap air. Dari titik S ke C, temperatur air sudah mencapai temperatur saturasi dengan lebih merata. Gelembung uap tidak lagi mengalami kolaps dan mengecil, ia akan semakin besar dan terbentuk semakin banyak gelembung uap. Kurva area ini biasa diberi sebutannucleate boilling
region, yang memiliki kecepatan perpindahan panas cepat, serta temperatur permukaan metal lebih besar sedikit dari temperatur saturasi air. Mendekati titik C, permukaan evaporasi akan semakin luas. Pada saat ini proses pembentukan uap terjadi sangat cepat sehingga menyebabkan uap yang terbentuk seakan-akan menghalangi air untuk mendekati permukaan metal. Permukaan metal menjadi terisolasi oleh semacam lapisan film yang tersusun oleh uap air, sehingga mengakibatkan penurunan kecepatan perpindahan panas. Proses ini (C-D) dikenal dengan sebutan critical heat flux (CHF), dimana proses perpindahan panas dari metal ke air menjadi lambat karena adanya lapisan film yang terbentuk. Lebih lanjut, seperti digambarkan dengan titik D ke E, disebut dengan proses unstable film boilling. Dimana pada saat ini temperatur permukaan kontak metal-fluida tidak mengalami kenaikan. Konsekuensinya adalah terjadinya penurunan performa perpindahan panas per luas area serta penurunan proses transfer energi. Dari titik E melewati D’ ke F, lapisan insulasi uap air pada permukaan metal menjadi sangat efektif. Sehingga perpindahan panas dari permukaan metal melewati lapisan film ini terjadi dengan cara radiasi, konduksi, serta mikro-konveksi ke permukaan air yang berbatasan dengan lapisan film. Pada fase ini proses evaporasi berlanjut dengan ditandai terbentuknya gelembung-gelembung uap air. Fase ini dikenal dengan sebutan stable film boiling.
9. Pembangkit listrik tenaga gas uap (pltgu)
Prinsip Kerja PLTGU Sejarah Singkat Turbin Gas Berbicara tentang Prinsip kerja PLTGU sama halnya dengan membahas siklus dasar turbin gas yang 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, yang merupakan cikal bakal dari PLTGU 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). 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.
Gb 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. 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.
Gb Siklus Braiton
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 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 :
Gb 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) 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. Siklus Kombinasi (Combined Cycle) pada PLTGU 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 :
Gb Siklus Kombinasi
Gb
Siklus
Brayton, Siklus Rankine dan Siklus kombinasi (PLTG, PLTU, PLTGU)
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) pada PLTGU lebih rendah.
Proses pembangunan PLTGU relatif lebih cepat.
Kapasitas daya PLTGU bervariasi dari kecil hingga besar.
Menggunakan bahan bakar gas yang bersih dan ramah lingkungan.
Fleksibilitas PLTGU 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 pemeliharaan lebih mudah dilaksanakan dengan adanya fasilitas sistem diagnosa.
KARAKTERISTIK BEBAN LISTRIK Kurva ramalan beban adalah kurva yang menggambarkan hubungan antara beban sistem jawa Bali (SJB) dalam MW tiap setengah jam nya. Kurva ramalan beban ini sangat membantu dispatcher untuk mengatur SJB yang berkaitan dengan menaik-turunkan beban pembangkit dalam rangka mengikuti perubahan beban listrik.
Kurva ramalan beban diatas adalah kurva beban hari minggu atau hari libur. Bisa kita lihat, pada saat hari libur, warga Jawa pukul 4 pagi (bukit kurva paling kiri) sudah mulai bangun tidur. Kebanyakan muslim yang melakukan hal ini. Mereka bangun, menyalakan lampu, pompa air dan sebagainya. Para marbot masjid juga melakukan hal yang sama, menyalakan lampu masjid, menyetel radio qiroah buat bangunin orang (tepatnya mengingatkan bahwa subuh telah tiba) lalu kipas angin di puter saat jamaah mulai berdatangan ke masjid. Aktivitas ini bisa dilihat dari naiknya konsumsi listrik di Jawa Bali pada saat jam 4 subuh sampai jam setengah 6 sebesar 800 MW. Selepas jam setengah 6, kegiatan bangun subuh dan ibadah telah selesai. Maka bisa kami terawang bahwa banyak warga jawa yang molor lagi setelah sholat subuh. Kok tahu? iya tahu dong, dari kurva beban listrik yang turun sangat besar sekitar 1400 MW setelah pukul setengah 6 sampai jam 7. Para marbot mematikan lampu masjid dan kipas angin, meng-off kan radio menutup pintu masjid rapat-rapat lalu pulang ke rumah. Mereka
yang ada di rumah, mematikan lampu, pompa air dan sebagainya lalu molor lagi karena tidak ada tanggung jawab pergi ngantor. Sementara itu, lampu penerangan jalan mulai padan karena saklar sensor cahaya secara otomatis mematikan lampu-lampu jalan seiring munculnya matahari di ufuk timur. Selepas jam 7, ibu-ibu pada bangun menyalakan magic jar, microwave untuk masak nasi dan memanggang daging. Sambil menunggu nasinya masak, mereka nonton tivi dulu lihat acara eyang bubur versus adi bing celamet di infotainment-infotainment. :) . Anak kos yang berduit, menekan tombol on mesin cuci untuk membersihkan pakaian mereka yang ditumpuk selama seminggu dan tentu saja sambil nyalain laptop buat dengerin lagu dangdut “masak-masak sendiri, cuci baju sendiri” yang tersohor itu. :p. Itu semua bisa kami terawang dari tempat berbentuk kotak bersuhu 18 celcius yang dipenuhi monitor-monitor raksasa yang berbentuk kotak juga. Untung saja, muka dispatcher nya ga ada yang kotak. hehe.. Lihatlah kenaikan konsumsi beban listrik dari jam tujuh sampai siang hari. Bebannya merangkak naik. Pada saat sore hari, tepatnya jam 17.00 para warga jawa mulai melakukan aktivitas malam. Lampu-lampu jalan mulai nyala lagi beriringan tenggelamnya sang surya di ufuk barat yang menandakan sudah saatnya waktu sholat maghrib. Masjid-masjid pun mulai hidup lagi, lampu, kipas angin, radio, speaker dan lain-lain mulai di on kan marbot masjid. Orang tua mulai berdatangan ke masjid dengan beberapa anak muda dan kecil. Tapi sayangnya, mayoritas warga jawa tidak pergi ke masjid sehingga banyak sekali dari mereka lebih memilih tinggal di rumah, menyalakan tivi maupun laptop, duduk manis didepannya sambil melihat sinetron tukang subur naik haji. Lihatlah kenaikan beban listrik dari jam 17.00 sampai jam 19.00, mencapai 4000 MW !!! Hal ini (menurut kami) disebabkan banyaknya tivi yang dinyalakan secara serentak pada jam tersebut buat nonton si tukang bubur tadi. :( Setelah jam 19.00, warga mulai beranjak ke tempat tidur, mematikan lampu dan tivi untuk bersiap melakukan aktivitas keesokan harinya. Memang beban turun mulai pukul 19.00 sampai dinihari lagi. Kira-kira begitulah penerawangan dispatcher JCC tentang pola hidup warga jawa berdasarkan kurva beban. Hal ini tidak 100% akurat, bahkan akurasinya mungkin hanya 5%. tapi bagaimanapun juga, disaat mereka beraktivitas, kami selalu mengusahakan listrik tersalur dengan baik ke rumah-rumah pelanggan meskipun mereka terlelap dalm tidur.
