3.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan energy panas dari uap (steam) untuk memutar turbin sehingga dapat digunakan untuk membangkitkan energi listrik melalui generator. Steam yang dibangkitkan ini berasal dari perubahan fase air yang berada pada boiler akibat mendapatkan energi panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Secara garis besar system pembangkit listrik tenaga uap terdiri dari beberapa peralatan utama diantaranya : boiler, turbin, generator, dan kondensor. Untuk menghasilkan uap guna menggerakkan turbin, air yang dimasukkan ke dalam ketel uap berupa air tawar yang merupakan hasil distilasi dari air laut dengan menggunakan system evaporasi. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dioperasikan dengan menggunakan bahan bakar gas. Proses produksi dimulai dengan masuknya air pengisi boiler yang telah di-treatment sehingga air pengisi boiler merupakan air murni, dimana air pengisi boiler sebelum ke boiler melaui Low Pressure Heater (LPH), Deaerator, dan High Pressure Heater (HPH). Selanjutnya air pengisi boiler masuk ke boiler untuk dipanaskan menjadi uap kering. Uap kering keluaran boiler memilki tekanan 169 kg/cm2 dan temperature 540o C, yang selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin uap dengan putaran 3000 rpm. Turbin uap pada PLTU memiliki 3 tingkatan yaitu : High Pressure (HP) Turbine, Intermediate Pressure (IP) Turbine, dan Low Pressure (LP) Turbine. Uap kering keluaran boiler digunakan untuk memutar HP Turbin, kemudian IP Turbin. Uap kering dari HP Turbin dipanaskan lagi dengan dengan reheater dan yang terakhir setelah dari IP Turbin digunakan untuk menggerakkan LP Turbin. Uap keluaran dari LP Turbin dialrkan ke kondensor untuk dikondensasi menjadi fase liquid. Air yang digunakan selama proses produksi akan mengalami pengurangan, sehingga diperlukan make up water (air penambah) untuk mensuplai kebutuhan proses produksi selanjutnya. Rotor generator dipasang seporos dengan turbin maka rotor generator ikut berputar apabila turbin berputar. Dengan berputarnya rotor generator dihasilkan tenaga listrik sebesar 200 MW pada tiap unit 3 dan 4. Jika menjelaskan tentang siklus kerja PLTU, hal pertama yang diketahui adalah bahan baku PLTU itu sendiri yakni air serta bahan bakar tentunya. Air yang digunakan dalam siklus PLTU adalah air demineralized yakni air yakni air yang mempunyai kadar conductivity (kemampuan untuk menghantarkan listrik) sebesar 0,2 microsiemens. Sebagai perbandingan air mineral yang kita minum sehari-hari mempunyai kadar conductivity sekitar 100-200 μs. Untuk mendapatkan air demineralized ini menggunakan desalination plant dan water treatment plant yang tersedia pada unit PLTU. Jika dilihat secara sederhana maka siklus PLTU sama dengan memasak air dalam panci tertutup dimana saata ir menguap dan suhu air semakin tinggi air akan memaksa tutup panci untuk lepas karena tekanan dari uap tersebut. Metode yang sama pun digunakan pada PLTU, uap bertekanan inilah yang digunakan untuk memutar turbin untuk menghasilkan energy listrik.
Pada PT PJB UP Gresik terdapat 4 unit PLTU dengan kapasitas produksi listrik untuk PLTU unit 1 & 2 yaitu 100 MW tiap unit, dan PLTU unit 3 & 4 yaitu 200 MW tiap unit. Sehingga kapasitas total produksi listrik pada PLTU sebesar 600 MW. Secara singkat alur proses produksi listrik pada PLTU dapat dilihat pada gambar 3.1
Gambar 3,1
3.1.1 Komponen utama PLTU 1. Boiler Boiler adalah ketel uap yang berfungsi untuk merubah air menjadi uap superheat yang bertemperatur dan bertekanan tinggi. Proses memproduksi uap ini disebut “steam raising” (pembuat uap)
Gambar 3.2 Data data boiler PLTU unit 3 dan 4 : Tipe
: IHI FW SR Single drum natural circulating reheat
Tahun Pembuatan
: 1987
Jumlah
:2
Kapasitas
: 400.000 kg/jam
Tekanan
: 110 kg/cm2
Temperature
: 513 C
Evaporation
: 643.000kg/jam
Reheat steam flow
: 523.000 kg/jam
Draft system
: Forced draft
Bahan bakar
: main residual oil / gas
Komponen-komponen boiler : a. Superheater Berfungsi mengubah uap jenuh menjadi uap panas lanjut (superheated steam) yang uapnya keluar dari High pressure steam drum. Dalam hal ini uap dari HP steam drum dialirkan ke superheater agar diperoleh uap kering pada suhu tinggi. Komponen superheater terdiri dari pipa-pipa berbentuk coil. b. Economizer Economizer adalah alat yang berfungsi untuk memanaskan air yang akan masuk ke boiler dengan memanfaatkan kalor dari gas hasil pembakaran yang meninggalkan superheater sehingga panas dari gas tersebut dapat dimanfaatkan maksimal dan dapat meningkatkan efisiensi boiler karena air yang masuk ke boiler sudah memiliki temperature yang cukup tinggi. c. Steam drum Steam drum adalah suatu alat yang berfungsi sebagai penampung air pengisi, penampang uap dari pipa penguapan , pemisah uap terhadap unsur air yang terbawadalam penguapan dan juga tempat pengaturan kualitas bila terjadi pencemaran. d. Tube water wall Merupakan dinding pipa air yang mengelilingi ruang bakar pada boiler tersebut. Untuk mengisi air dalam tube water wall adalah air dari water drum melalui pipa downcomer diluar ruang bakar menuju header masing masing water wall yang terletakk di bagian bawah ruang bakar. f. Force draft fan (FDF) Merupakan alat bantu untuk memasok udara untuk proses pembakaran ke dalam boiler. Dua FDF ditempatkan untuk tiap pembangkit uap dengan desain kapasitas dari 2 fan tersebut dalam operasi parallel adalah mencakup perkiraan jumlah aliran udara pada maximum continuous rating (MCR) pada temperature rata-rata 40 C.
g. Gas injection fan (GIF) Berfungsi sebagai pendorong bahan bakar yang akan masuk ke dalam ruang bakar. h. Air heater Adalah peralatan untuk memanaskan udara yang dimasukkan ke boiler oleh FDF dengan memanfaatkan gas buang hasil pembakaran dalam furnace boiler yang telah melewati economizer. Tujuan dari pemanasan ini adalah untuk menaikkan efisiensi. i. Igniter Igniter adalah alat yang berfungsi sebagai pemicu burner. j. Burner Adalah alat pembakar campuran bahan bakar gas dengan udara didalam furnace boiler. k. Feedwater system Adalah system pengisian air boiler secara terus menerus dengan kualitas yang terjaga (tekanan, temperature, mutu air). System ini terdiri dari : - Condensate pump Yaitu pompa yang digunakan untuk memompa air pengisi dari hot well ke deaerator. - Low Pressure Heater (LPH) Adalah alat pemanas air pengisi sebelum menuju ke deaerator dengan memanfaatkan uap bekas turbin bertekanan rendah. Pada PLTU unit 3 dan 4 terdapat 4 buah LPH.
- Deaerator Deaerator berfungsi untuk : pemanas air sebelum dipompa ke drum water, pengurai oksigen yang terlarut dalam air, tempat penampung total head suction pompa air pengisi drum, dan tempat penginjeksian hydrazine untuk menjaga kualitas air boiler. - Boiler feed pump (BFP) Boiler feed pump adalah pompa bertekanan tinggi yang berfungsi memompa air dari deaerator menuju high pressure heater (HPH) yang selanjutnya menuju economizer. - High pressure Heater Adalah alat pemanas air pengisi lanjut tekanan tinggi dengan menggunakan uap bekas turbin sebagai media pamanasnya sebelum masuk economizer.
2. Turbin Turbin adalah mesin rotasi yang berfungsi untuk merubah energy panas menjadi energy mekanik. Uap berekspansi diturbin dengan urutan dari boiler dengan tekanan dan suhu tinggi mengalir melalui nozzle sehingga kecepatannya naik sedangkan tekanannya akan turun. Disini energy potensial dirubah menjadi energy kinetik. Uap dengan kecepatan tinggi diarahkan untuk mendorong sudu-sudu gerak sehingga mengakibatkan poros turbin berputar. Disini energy kinetic diubah menjadi energy mekanik dalam bentuk putaran.
Turbin uap unit 1 & 2 : tandem compound 1 silinder
Turbin uap unit 3 & 4 : tandem compound 4 silinder
Gambar 3.3 Data turbin pada PLTU unit 3 dan 4 : Tipe
: TCDF
pabrik
: Toshiba
Tahun pembuatan
: 1980
Kapasitas
: 200 MW
Putaran
: 3000 rpm
Ekstrasi
: 8 buah
Tekanan uap masuk
: 169 kg/cm2
Temperatur
: 538o C
Tekanan gas buang
: 65 mmHg (abs)
Bagian-bagian utama turbin uap pada PLTU 3 dan 4 yaitu : a. Rumah turbin (casing) Rumah turbin adalah cover atau tutup sudu putar dan sudu tetap sehingga terjadi gerakan berputar saat turbin dialiri uap.
b. Rotor Rotor merupakan bagian yang bergerak pada turbin, dimana sudu putarnya menempel ke bagian shaft / poros turbin dari sudu putar awal hingga akhir. d. Main stop valve Merupakan suatu katup untuk mengalirkan atau menghentikan uap kering dari boiler yang akan masuk turbin. e. Bantalan / bearing Bantalan yaitu titik kontak atau titik tumpu antar bagian yang tetap dan bagian yang berputar pada turbin. Karena merupakan titik kontak maka pelumas harus dijaga tetap konstan. f. Sistem pompa minyak pelumas dan hidrolik Pompa minyak pelumas sangat penting keberadaanya pada turbin karena jika bantalan tidak diberi pelumas maka dapat merusak dan akibatnya sangat fatal. Adapu pompa hidrolik pada turbin berfungsi untuk membuka dan menutup MSV dan CV (katup utama dan katup pengaturan turbin) g. Main Oil Tank Merupakan tanki untuk menampung semua minyak pelumas setelah dipakai melumasi bantalan turbin. h. Steam seal turbine Steam seal turbine adalah system yang berfungsi untuk mencegah kebocoran uap pada sisi tekanan tinggi maupun pada sisi tekanan rendah dengan memanfaatkan uap yang dialirkan pada suatu system labirin sehingga dapat mencegah dan menghalangi uap bertekanan dari turbin. i. Steam ejector Steam ejector adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mempertahankan vakum didalam kondensor sehingga uap bekas turbin terkondensasi pada kondisi mendekati vakum dan meningkatkan efisiensi. k. Circulating Water Pump (CWP) CWP adalah pompa air pendingin kondensor yaitu air laut yang dipompa dimasukkan kondensor.
3. Kondensor Kondensor berfungsi mengubah uap menjadi air. Uap bekas turbin dengan kondisi basah masuk ke kondensor yang dalam keadaan vakum. Proses kondensasi (pengembunan) terjadi dengan mengalirkan air pendingin pipa pipa kondensor dan uap berada diluar pipa-pipa. Hasil dari kondensasi ditampung pada hotwell kemudian dipompa kembali ke boiler dengan melalui pemanas Posisi kondensor biasanya terletak dibawah turbin sehingga memudahkan aliran uap masuk.
Gambar 3.4 Kondensor PLTU Gresik
4. Generator Generator berfungsi untuk merubah energy mekanik menjadi energy listrik. Kapasitas generator dari waktu ke waktu berkembang semakin besar dengan teknologi konstruksi dan rancang bangun yang semakin maju. Kapasitas generator PLTU di Indonesia sangat bervariasi, karena pembangunannya disesuaikan dengan kebutuhan energy yang harus dilayani. Konstruksi generator PLTU semuanya menggunakan kutub medan magnet di rotor. Dimana rotor sebagai medan magnet dan menginduksi rotor. Hal ini bertujuan untuk memudahkan penyambungan (connection) energy listrik keluar generator, karena titik terminal penyambungan benda pada rotor. Generator terpasang satu poros dengan turbin uap yang mempunyai putaran 3000 rpm, menghasilkan tenaga listrik dengan tegangan 15 kV yang kemudian dinaikkan menjadi 150 kV dengan menggunakan trafo utama untuk disalurkan ke gardu indukatau ke system untuk pendistribusian lebih lamjut kepada konsumen.
Gambar 3.5 Data generator di PLTU unit 3 dan 4 : Type
: TASK
Pabrik
: Toshiba
Tahun pembuatan
: 1987
Arus / tegangan
: 9.632 kA / 15 kV
Kapasitas
: 250.000 kVA
Putaran / frekuensi
: 3000 rpm / 50 Hz
Faktor daya
: 0,8
Arus penguat
: 2400 A
Pendingin
: Gas Hidrogen
Tekanan gas
: 3,2 kg/cm2
Bagian-bagian generator dan pengamannya beserta fungsinya adalah: a. Casing Casing terbuat dari baja ringan yang didesain untuk memikul inti stator dan kumparan-kumparan bagian dalam dan untuk menyangga perapat dan bantalan poros rotor di plat-plat ujung.
b. Stator Kumparan stator dibuat dari tembaga yang diisolasi. Inti stator menyalurkan medan magnet yang polaritasnya selalu berubah sesuai dengan frekuensi arus bolak balik 50 Hz. c. Rotor Rotor generator di kopel dengan poros turbin yang berputar di tengah-tengah inti stator. Rotor pada hakikatnya adalah sebuah electromagnet yang besar. Ketika rotor diputar diputar dengan kecepatan tinggi didalam inti stator maka akan terjadi perubahan medan magnet rotor. Ini akan mengakibatkan medan magnet putar dalam inti stator yang pada akhirnya akan menginduksikan tegangan bolak balik dalam kumpran stator. d. Bearing (bantalan) Bantalan jurnal yang terbuat dari baja ditempatan pada ujung-ujung rotor sebagai penunjang agar rotor dapat berputar dengan lancer ditengah-tengah stator.
