MAKALAH PENYEDIAAN LISTRIK DAN AIR INDUSTRI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
OLEH :
Lili Megawati
(1300020007)
Dewi Wulandari
(1300020008)
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS AHMAD DAHLAN YOGYAKARTA 2015/2016
Kata Pengantar Alhamdulillah Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena berkat rahmat dan karunia-Nya, makalah yang berjudul “Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)” ini dapat diselesaikan sesuai dengan batasan waktunya. Dan semoga kita selalu berada dalam lindungan Allah SWT, Amiin Tersusunnya makalah ini adalah berkat dorongan, bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada yang terhormat: Semua pihak yang turut membantu menyelesaikan makalah ini baik secara langsung maupun tidak langsung berupa masukan dan kritikan yang bersifat penyempurnaan. Penulis menyadari bahwa makalah ini jauh dari kesempurnaan karena manusia tidak pernah luput dari kesalahan dan jauh dari kata sempurna meskipun penulis telah berusaha dengan segenap kemampuan. Hal ini dikarenakan keterbatasan pengetahuan dan pengalaman penulis. Oleh karena itu dengan senag hati penulis mengharapkan keritik dan saran yang bersifat membangun. Sebagai akhir kata, penulis berharap semoga makalah ini dapat bermanfaat untuk proses pembelajaran khususnya dan bagi para pembaca umumnya.
Yogyakarta, 20 September 2015 Penulis
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Energi listrik merupakan suatu factor penunjang yang sangat penting bagi perkembangan secara menyeluruh suatu bangsa. Di Indonesia, dengan semakin meningkatnya kegiatan industri dan jumlah penduduknya, maka kebutuhan energi listrik juga mengalami peningkatan. Ada beberapa factor yang mempengaruhi ketersediaan listrik di Indonesia, antara lain ketersediaan energi primer, harga bahan bakar, teknologi, dan budaya masyarakat. Beberapa usaha yang dapat di tempuh Perusahaan Listrik Negara dalam mengatasi peningkatan kebutuhan listrik antara lain dengan pembangunan pembangkit baru, pembelian listrik swasta (independent power producer), dan sistem sewa pembangkit dengan pemda/ pengusaha. Sedangkan, usaha – usaha yang dapat dilakukan guna mendapatkan biaya operasi yang ekonomis adalah dengan pergantian pemakaian bahan bakar, pengoptimalan efisiensi dan pemeliharaan pembangkit yang sudah ada. Dari beberapa usaha tersebut diatas pergantian pemakaian bahan bakar merupakan alternatif yang dapat ditempuh untuk dilakukan. Hal ini disebabkan berdasarkan data statistik PT. Perusahaan Listrik Negara (PLN) 31 Maret 2007, distribusi bahan bakar untuk suatu pembangkit mencapai 34 % dari total kapasitas pembangkit terpasang. Harga bahan bakar minyak yang mahal, mengharuskan PT PLN mengkaji ulang semua Pembangkit Listrik Tenaga termal yang menggunakan minyak sebagai bahan bakar utama pembangkit uapnya. Selain itu, besarnya subsidi pemerintah ke PT. PLN dalam penyediaan listrik setiap tahunnya terutama pembangkit listrik berbahan bakar minyak. Subsidi tersebut sebagian besar digunakan untuk mengurangi kerugian operasional PLTU yang berbahan bakar minyak. Penyebab kerugian adalah besarnya selisih biaya bahan bakar per kWh daya pembangkitan terhadap harga jual (tarif listrik) ke konsumen. Oleh karena itu, perlunya pergantian bahan bakar sehingga biaya produksi energi listrik lebih ekonomis. Berdasarkan penjelasan diatas, maka perlunya dilakukan penelitian ini
guna mengetahui konsumsi bahan bakar pada pembangkit dalam penyediaan energi listrik secara ekonomis. B. Rumusan Masalah 1. Bagaimana perkembangan pembangkit tenaga listrik? 2. Bagaimana alat dan proses yang terjadi di PLTU? 3. Bagaimana hitungan yang digunakan di PLTU? C. Tujuan Penulisan 1. Mengetahui perkembangan pembangkit tenaga listrik 2. Mengetahui alat dan proses yang terjadi di PLTU 3. Mengetahui hitungan yang digunakan di PLTU
BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Definisi/Pengertian PLTU Suatu sistem pembangkit tenaga listrik yang mengkonversikan energi kimia listrik dengan menggunakan uap air sebagai fluida kerjanya, yaitu dengan memanfaatkan energi kinetik uap untuk menggerakkan poros sudu - sudu turbin. Sudu -sudu turbin mengerakkan poros turbin, untuk selanjutnya poros turbin mengerakkan generator. Dari generator inilah kemudian dibangkitkan energi listrik. PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan, karena efisiensinya baik dan bahan bakarnya mudah didapat sehingga menghasilkan energi listrik yang ekonomis.
BAB III PEMBAHASAN A. Perkembangan PLTU Pada tahun 1831, setelah sebelas tahun melakukan percobaan, Michael Faraday dapat membuktikan prinsip pembangkitan listrik dengan induksi magnet. Dengan peragaan dijelaskan, bahwa bila kumparan atau penghantar memotong medan magnet yang berubah-ubah akan terinduksi suatu tegangan listrik padanya. Kini rancangan semua mesin listrik adalah didasarkan pada bukti nyata tersebut. Kemudahan membangkitkan listrik secara induksi memunculkan perkembangan pembuatan dynamo dan pada tahun 1882 tersedia pasok listrik untuk publik di London. Pasokan ini diperoleh dari generator DC yang digerakkan dengan mesin bolak balik (reciprocating) yang di catu dengan uap dari boiler pembakaran manual. Permintaan tenaga listrik tumbuh berkembang dan pembangkit kecil muncul di seluruh negeri. Hal ini memberikan keinginan untuk bergabung agar menjadi ekonomis. Pada tahun 1878 generator pertama dibuat oleh Gramme, tetapi tidak menghasilkan listrik sampai tahun 1888 ketika Nikola Tesla memperkenalkan sistem banyak fasa (poly phase) medan berputar. Pada tahun 1882 Sir Charles Parson mengembangkan Turbin generator AC pertama dan pada 1901 dibuat generator 3 fasa 1500 kW untuk pusat
pembangkit Neptune di Tyne Inggris. Inilah mesin awal dengan kumparan yang berputar didalam medan magnet, tetapi ternyata bahwa semakin besar output yang diinginkan akan lebih mudah mengalirkan arus listrik pada medan magnet berputar didalam kumparan yang diam atau stator. Rancangan mesin secara bertahap berkembang sehingga pada 1922, generator 20 MW yang berputar pada 3000 rpm beroperasi. Pembangkit Listrik Tenaga Uap di Indonesia yang pertama kali dibangun adalah di Suryalaya pada tahun1984 dengan kapasitas terpasang 4 x 400 MW. Kemudian PLTU Bukit Asam dengan kapasitas 2 x 65 MW pada tahun 1987. Dan pada tahun 1993-an beroperasi pula PLTU Paiton 1 dan 2 masing-masing dengan kapasitas 400 MW. Kemudian PLTU Suryalaya akan dikembangkan dari unit 5 - 7 dengan kapasitas 600 MW/unit. PLTU batu bara pada tahun 1994 kapasitasnya sudah mencapai 2.130 MW (16 persen dari total daya terpasang). Pada tahun 2003 kapasitasnya diperkirakan sekitar 12.100 MW (37 persen ), tahun 2008/09 mencapai 24.570 MW (48 persen ) dan pada tahun 2020 sekitar 46.000 MW. Sementara itu pemakaian batu bara pada tahun 1995 tercatat bahwa untuk menghasilkan energi listrik sebsar 17,3 Twh dibutuhkan batu bara sebanyak 7,5 juta ton. Dan pada tahun 2005 pemakaian batu bara diperkirakan mencapai 45,2 juta ton dengan energi listrik yang dihasilkan mencapai 104 Twh. Banyaknya pemakaian batu bara tentunya akan menentukan besarnya biaya pembangunan PLTU. Harga batu bara itu sendiri ditentukan oleh nilai panasnya (Kcal/Kg), artinya bila nilai panas tetap maka harga akan turun 1 persen pertahun. Sedang nilai panas ditentukan oleh kandungan zat SOx yaitu suatu zat yang beracun, jadi pada pembangkit harus dilengkapi alat penghisap SOx. Hal inilah yang menyebabkan biaya PLTU Batu bara lebih tinggi sampai 20 persen dari pada PLTU minyak bumi. Bila batu bara yang digunakan rendah kandungan SOx-nya maka pembangkit tidak perlu dilengkapi oleh alat penghisap SOx dengan demikian harga PLTU batu bara bisa lebih murah. Keunggulan pembangkit ini adalah bahan bakarnya lebih murah harganya dari minyak dan cadangannya tersedia dalam jumlah besar serta tersebar di seluruh Indonesia. Sementara itu karena tuntutan permintaan kebutuhan rancangan unit pembangkit juga berkembang dan kapasitasnyapun meningkat sehingga dibentuk organisasi untuk mengoperasikan sistem transmisi interkoneksi yang disebut pusat penyaluran dan pengatur beban.
PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan, karena efisiensinya baik dan bahan bakarnya mudah didapat sehingga menghasilkan energi listrik yang ekonomis. PLTU merupakan mesin konversi energi yang merubah energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi listrik. B. PLTU di Indonesia Seperti yang dicanangkan oleh PLN bahwa melalui PLTU ditargetkan dapat tercapai produksi tenaga listrik sebesar 10.000MW dengan membangun PLTU sebanyak 35 buah yang nantinya akan ditempatkan di jawa dan luar jawa. Adapun rinciannya dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Untuk di Pulau Jawa No
Pembangkit
Tempat
Kapasitas
1
PLTU 1
Banten Suralaya
1 x 625 MW
2
PLTU 2
Banten Labuhan
2 x 300 MW
3
PLTU 3
Banten Lontar
3 x 315 MW
4
PLTU 1
Jawa Barat Indramayu
3 x 330 MW
5
PLTU 2
Jawa Barat Pelabuhan Ratu
3 x 350 MW
6
PLTU 1
Jawa Tengah Rembang
2 x 315 MW
7
PLTU 2
Jawa Tengah Cilacap
1 x 600 MW
8
PLTU 1
Jawa Timur Pacitan
2 x 315 MW
9
PLTU 2
Jawa Timur Paiton
1 x 660 MW
10
PLTU 3
Jawa Timur Tj. Awar–Awar Tuban
2 x 350 MW
11
PLTU
Tanjung Jati B Jepara
2 x 661 MW
Sumber: Muslim Supari, dkk.2008 Untuk diluar pulau jawa dan bali dibangun 25 PLTU, rinciannya sebagai berikut : No
Pembangkit
Kapasitas
1
PLTU NAD
2 x 100 MW
2
PLTU 2 Sumatra Utara
2 x 200 MW
3
PLTU Sumatra Barat
2 x 100 MW
4
PLTU 3 Bangka Belitung
2 x 25 MW
5
PLTU 4 Bangka Belitung
2 x 15 MW
6
PLTU 1 Riau
2 x 10 MW
7
PLTU 2 Riau
2 x 7 MW
8
PLTU Kepulauan Riau
2 x 7 MW
9
PLTU Lampung
2 x 100 MW
10
PLTU 1 Kalimantan Barat
2 x 50 MW
11
PLTU 2 Kalimantan Barat
2 x 25 MW
12
PLTU 1 Kalimantan Tengah
2 x 60 MW
13
PLTU Kalimantan Selatan
2 x 65 MW
14
PLTU 2 Sulawesi Utara
2 x 25 MW
15
PLTU Sulawesi Tenggara
2 x 10 MW
16
PLTU Sulawesi Selatan
2 x 50 MW
17
PLTU Gorontalo
2 x 25 MW
18
PLTU Maluku
2 x 15 MW
19
PLTU Maluku Utara
2 x 7 MW
20
PLTU 1 NTB
2 x 15 MW
21
PLTU 2 NTB
2 x 25 MW
22
PLTU 1 NTT
2 x 7 MW
23
PLTU 2 NTT
2 x 15 MW
24
PLTU 1 Papua
2 x 7 MW
25
PLTU 2 Papua
2 x 10 MW
Sumber: Muslim Supari, dkk.2008
C. Cara Kerja PLTU Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudut-sudut turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan
memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust). Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:
Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.
Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugiankerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:
Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
Adanya mechanical loss, dsb.
D. Sistem Bahan Bakar Fungsi bahan bakar pada PLTU adalah untuk memanasi air di boiler hingga menjadi uap. Jenis bahan bakar yang digunakan ada tiga macam yaitu : -
Batu bara
-
Gambut
-
Minyak bumi
-
MFO
1. Sistem Pembakaran Sistem pembakaran pada PLTU keramasan dilakukan di dalam boiler yang
letaknya terpisah dari turbin atau dapat disebut mesin pembakar luar. Dalam PLTU terjadi perubahan dari energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas untuk memanaskan air yang kemudian berubah menjadi energi mekanik yang menggerakkan turbin lalu berubah lagi menjadi energi listrik dalam generator.
Berikut ini adalah macam-macam bahan bakar PLTU:
a. Batu bara Pada PLTU batu bara, batu bara sendiri adalah sebagai bakar utama. Instalasi pembangkit tenaga listrik menggunakan mesin turbin dengan menghasilkan energy listrik dengan bahan bakar batu bara.Persediaan batu bara tersebut ditampung dilapangan terbuka dan untuk kebutuhan pembakaran diboiler batu bara tersebut ditampung pada bunker ditiap boiler. PLTU batu bara sendiri adalah sumber utama listrik dunia saat ini. Sekitar 60% listrik dunia bergantung pada batu bara kerana biaya PLTU batu bara sangat terjangkau selain itu bahan bakar batu bara sendiri mudah didapatkan dan persediaannya berlimpah. Prinsip kerja PLTU berbahan bakara batu bara. Prinsip kerja PLTU berbahan bakar batu bara adalah dengan menggunakan boiler sebagai alat untuk proses pembakaran dan bentuk utama pembangkit listrik tersebut adalah generator yang dihubungkan keturbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas. Mula-mula batu bara dari luar dialirkan kepenampung batu bara dengan conveyon, kemudian dihancurkan dengan menggunakan pulverized fuel coal. Lalu batu bara tersebut menjadi tepung halus , tepung halus batu bara tersebut kemudian dicamapur dengan udara panas oleh forced draught. Dengan tekanan tinggi campuran tersebut akan disemprotkan ke boiler yang akan dialirkan kepipa boiler dan menjadi uap setelah itu uap tersebut dialirkan kesuper heaters yang akan menggerakan turbin. Selain itu ada beberpa metode juga dalam prinsip kerja PLTU batu bara ada metode pembakaran tetap,serbuk,dan mengambang. Proses kerja bahan bakar batu bara.
Ada beberapa metode dalam pemerosesan bahan bakar batu bara yaitu dengan metode pembakaran lapisan tetap, Metode pembakaran batu bara serbuk,dan metode pembakaran lapisan mengambang. Dan memiliki prinsipprinsip kerja tersendiri dalam metode tersebut. a. Metode lapisan pembakaran tetap. Metode lapisan pembakaran tetap tersebut menggunakan stoker boiler untuk proses pembakarannya. Dalam metode ini batu bara yang digunakkan mengandung kadar abu yang tidak terlalu rendah maka batu bara perlu dilakukan pengurangan jumlah fine coal yang ikut tercampur dlam batu bara tersebut. b. Metode pembakaran batu bara serbuk. Pada metode ini batu bara diremuk terlebih dahulu dengan menggunakan coal pulverizer ,kemudian bersama-sama dengan udara pembakaran disemprotkan ke boiler untuk dibakar. Metode pembakaran ini sangat sensitive batubara yang digunakan harus memikiki sifat ketergrusan dengan HGI(Hardgrove Grindabillity Index). Metode pembakaran ini menghasilkan abu yang terdiri dari clinker ash dan sisanya adalah fly ash. c. Metode pembakaran lapisan mengambang. Metode pembakaran tersebut menggunakan crusher untuk meremuk batu bara terlebih dahulu. Metode pembakaran ini tidak seperti metode pembakaran yang lainnya dengan meletakkan batu bara diatas kisi api tetapi didalam metode ini campuran batu bara disemprotkan dan menggunakan udara pada saat pembakaran, butiran-butiran tersebut dijaga agar dalam posisi mengambang dengan cara melewatkan angin dengan berkecepatan tertentu dari bagian bawah boiler sehingga butiran-butiran batu bara tersebut mengambang. Peralatan yang digunakan. Dalam pemerosesan bahan bakar batu bara tersebut ada beberapa macam peralatan yang digunakan. Tetapi peralatan yang sangat penting pada pemerosessan tersebut ada adalah Coal supply. Kesimpulan Batu bara merupakan sumber daya alam yang terbesar,selain itu persediaan batu bara tersebut sangatlah berlimpah juga batu bara adalah bahan bakar yang sangat banyak digunakan dalam pemerosesan PLTU.
b. Gambut Gambut adalah jenis tanah yang terbentuk dari akumulasi sisa tumbuhan yang setengah membusuk, oleh karena itu bahan organiknya tinggi. Oleh karena itu gambut sering digunakan sebagai sumber energi alternatif. Gambut berpotensi besar untuk dijadikan sumber energi. Dapat dikatakan gambut merupakan batubara dengan kualitas yang paling rendah. Prinsip kerja bahan bakar gambut. Proses yang dilakukan adalah dengan cara oksidasi yang manghasilkan energi yaitu panas. Panas inilah yang kemudian digunakan untuk memanaskan air sehingga dapat dihasilkan uap untuk memutar turbin dan generator. Proses pada PLTU berbahan bakar gambut. Terdapat beberapa bagian dalam proses tersebut yaitu : Pengeringan gambut. Penggalian gambut. Konversi termal. Proses ini sangat mempengaruhi pembakaran pada gambut itu sendiri karena gambut memiliki kandungan air dan bobot kekeringan yang tepat agar gambut tersebut dapat menghasilkan pembakaran yang sempurna. Peralatan yang digunakan PLTU berbahan bakar gambut. Dari segi peralatan yang digunakan pada PLTU berbahan bakar gambut tersebut tidak jauh beda dengan PLTU yang berbahan bakar batu bara dan biomas yaitu : Boiler, Water piping, super heater, re-heater ,economizer, pump, fan, water dan waste treatment, dll. Kesimpulan Gambut merupakan salah satu energi alternatif yang cukup berpotensial untuk diaplikasikan dengan berbagai perlengkapan yang sesuai,energi gambut merupakan energi yang cukup ramah lingkungan . Untuk daerah seperti indonesia ini sangat berpotensi sekali untuk menerapkan PLTU berbahan bakar gambut tersebut sleain iklimnya ketersedian bahan bakar gambut tersebut sangat berlimpah dan energi ini sangat ramah lingkungan. c. Minyak bumi Minyak bumi terbentuk dari penguraian senyawa-senyawa organik
dari jasad mikroorganisme dalam jutaan tahun yang lalu di dasar laut atau di darat. Sisa-sisa hewan dan tumbuhan tersebut tertimbun oleh endapan pasir, zat-zat, dan lumpur selama jutaan tahun lamanya serta mendapat tekanan panas bumi secara alami. Bersamaan dengan proses tersebut, bakteri pengurai merombak senyawasenyawa kompleks dalam jasad organik menjadi senyawa-senyawa hidrokarbon dalam proses penguraian tersebut berlangsung sangat lamban sehingga untuk membentuk minyak bumi membutuhkan waktu yang sangat lama. Itulah sebabnya minyak bumi merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui kembali, sehingga dibutuhkan kebikjasaana dalam eksplorasi pemakaianya. Untuk mendapatkan minyak bumi ini dapat dilakukan dengan pengeboran. Semakin dalam batuan yang terkubur di dalam perut bumi, minyak yang dihasilkan akan semakin banyak juga.
Dewasa ini sangat berperan minyak bumi dalam kehidupan sehari-hari bagi kita. Disebabkan karena mafaat dan kegunaanya yang banyak. Minyak bumi adalah cairan kental, berwarna coklat gelap, atau kehijauan yang sangat mudah terbakar, yang berada di lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi. Dari pengertian diatas bisa kita bayangkan bagaimana pentingnya minyak bumi dalm hidup kita di era modern ini dan minyak bumi salah satu bahan bakar utama dari sekian banyak bahan bakar yang digunakan dalam PLTU.
d. MFO Marine Fuel Oil adalah hasil produk penyulingan minyak bumi, yang digunakan untuk pembakaran langsung di dapur-dapur industri dan pemakaian lainnya seperti untuk Marine Fuel Oil. MFO merupakan bahan bakar minyak termasuk jenis residue yang lebih kental pada suhu kamar serta berwarna hitam pekat.
Minyak bumi atau minyak mentah (crude oil) merupakan bahan galian dari perut bumi yang yang masih memerlukan proses lebih lanjut karena minyak bumi tersebut belum dapat digunakan secara langsung. Untuk itu dilakukan pengolahan agar didapat produk-produk yang sesuai dengan persyaratan yang ditentukan untuk masing-masing produk salah satunya sebagai bahan bakar PLTU. Minyak heavy fuel oil yaitu Marine Fuel Oil (MFO) memiliki karakteristik viskositas, kandungan sulfur dan kandungan logam, sedimen, kandungan abu dan CCR cukup tinggi. E. Komponen-komponen PLTU a. Boiler Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam berupa energi kerja.
Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air panas atau steam pada tekanan dan suhu tertentu mempunyai nilai energi yang kemudian digunakan untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kalor ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadisteam, maka volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga sistem boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik. Cara Kerja Boiler Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP), dengan perbedaan itu pemanfaatansteam yang keluar dari sistem
boiler dimanfaatkan dalam suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan
suatu
mesin
(commercial
and
industrial
boilers),
atau
membangkitkan energi listrik dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik (power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan-temperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuan heat recovery boiler. Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan dari sistem air umpan, penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk mencegah terjadi kerusakan dari sistem steam. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. Komponen-komponen Boiler Furnace Wall Komponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar. Beberapa bagian dari furnace diantaranya : refractory, ruang perapian, burner, exhaust for flue gas, charge and discharge door.
Steam Drum Berfungsi untuk menyimpan air dalam volume yang besar dan untuk memisahkan uap dari air setelah proses pemanasan yang terjadi dalam Boiler. Secara umum, ada empat jenis pipa sambungan dasar yang berhubungan
dengan Steam Drum, yaitu : o
Yang pertama adalah Feed Water Pipe, berfungsi mengalirkan air dari Economizer ke Distribution Pipe yang panjangnya sama persis dengan Steam Drum. Distribution Pipe bertugas mengalirkan air dari Economizer secara merata keseluruh bagian Steam Drum.
o
Pipa sambungan yang kedua adalah pipa turun yang biasanya kita sebut Downcomers. Downcomers biasanya ditempatkan disepanjang bagian dasar Steam Drum dengan jarak yang sama antara satu dengan yang lainnya. Pipapipa ini mengalirkan air dari Steam Drum menuju Boiler Circulating Pump. Boiler Water Circulating Pump atau disingkat dengan BWCP digunakan untuk memompa air dari Downcomers dan mensirkulasikannya menuju Waterwall
yang kemudian air tersebut dipanaskan oleh pembakaran di Boiler dan selanjutnya dikirim kembali ke Steam Drum. o
Sambungan ketiga terletak di kedua sisi Steam Drum, yaitu Waterwall Pipe. Waterwall merupakan pipa-pipa kecil yang berderet vertikal dalam Boiler, setiap pipa dilas satu sama lain agar membentuk selubung yang kontinyu dalam Boiler, konstruksi seperti ini biasanya disebut sebagai konstruksi membran. Waterwall bertugas menerima dan mengalirkan air yang berasal dari Boiler Circulating Pump untuk kemudian dipanaskan dalam Boiler dan dialirkan ke Steam Drum.
o
Sambungan yang terakhir adalah Steam Outlet Pipe. Pipa ini diletakkan dibagian atas Steam Drum untuk memungkinkan Saturated Steam keluar dari Steam Drum dan menuju Superheater.
Dalam Steam Drum, Saturated Steam akan dipisahkan dan diteruskan untuk pemanasan lebih lanjut di Superheater, sedangkan airnya tetap berada dalam Steam Drum untuk kemudian dialirkan ke Downcomers, dari sini keseluruhan proses akan dimulai lagi. Selain pipa-pipa tersebut, juga terdapat Blowdown Pipe, letaknya didekat bagian bawah Steam Drum, tepat dibawah lapisan permukaan air. Setiap kali air berubah menjadi Steam, kotoran-kotoran air tetap tertinggal di air dalam Steam Drum. Jika konsentrasi kotoran-kotoran ini menjadi tinggi, kemurnian Steam yang keluar dari Steam Drum akan terpengaruh dan bahkan kotoran tersebut terbawa ke Superheater maupun ke Turbine. Pipa Blowdown menghilangkan sebagian kecil air Boiler dari permukaan Steam Drum, pipa ini akan mengalirkan kotorankotoran tersebut sehingga dapat mengurangi konsentrasi kotoran dalam air Boiler, dan pada akhirnya dapat menjaga Superheater maupun Turbine tetap bersih. Super Heater (SH) Komponen ini merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui main steam pipe dan siap untuk menggerakkan turbin uap atau menjalankan proses industri.
Economizer Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya maupun air umpan baru. Sealain Komponen tersebut masih ada komponen pendukung lainya yang tidak kalah pentingnya dalam proses produksi seperti, Reheater, Boiler Water Circulating Pump (BWTP), Down Comer, Pulveraizer dan lain-lain b. Turbin Turbin ini merupakan alat konversi energi, yaitu mengubah energi uap (steam) yang dihasilkan Boiler menjadi energi gerak.
a)
Komponen-komponen Turbin Sudu Konversi energi terjadi melalui/pada sudu turbin. Turbin mempunyai susunan sudu bergerak berselang-seling dengan sudu tetap. Sudu bergerak dan sudu tetap tersebut berkerja besama untuk mengubah energi panas dalam uap menjadi energi mekanis berotasi. Nozel
Nozel berfungsi untuk merubah energi (pipa pancar) potensial menjadi energi kinetik dari uap. Disck (roda turbin) Disck berfungsi untuk meneruskan tenaga putar turbin kepada pesawat yang digerakkan. Tenaga yang dihasilkan poros ini tenaga mekanis uap.
Jadi secara ringkas kerja turbin adalah dimana tenaga potensial dari uap dari boiler dirobah menjadi tenaga kinetis pada Nozel dan tenaga kinetis ini dirobah menjadi tenaga putar pada Blade, dengan melalui Disck tenaga putar dirubah menjadi tenaga mekanis pada poros (shaft).
c. Generator Generator adalah alat untuk membangkitkan listrik yang terdiri dari Stator dan Rotor. Rotor tersebut dihubungkan dengan Shaft Turbine sehingga berputar bersamasama. Stator Bars didalam sebuah generator membawa arus hubungan output pembangkit. Arus DC (Direct current) dialirkan melalui Brush Gear yang langsung bersentuhan dengan Slip Ring yang dipasang jadi satu dengan Rotor sehingga akan timbul medan magnit (flux). Jika Rotor berputar, medan magnit tersebut memotong kumparan pada Stator sehingga pada ujung-ujung kumparan Stator timbul tegangan listrik.
Dengan adanya Rotor yang bergerak secara mekanis berotasi tentu terjadi kontak dengan stator yang mengakibatkan terjadinya panas maka perlu sistem pendinginan berikut pengenai sisitem pendinginannya: a) Sistem Pendinginan Stator Pembangkit tenaga listrik berpendingin hidrogen yang lebih besar seringkali mempunyai sistim pemdingin terpisah untuk mendinginkan statornya. Batanganbatangan stator (stator bars) didalam sebuah generator membawa arus hubungan
output
pembangkit.
Aliran
arus
yang
melewati
batangan-batangan
ini
menghasilkan jumlah panas yang berarti/signifikan . Untuk generator yang berpendingin hidrogen yang lebih kecil, hidrogen itu saja biasanya sudah dapat menghisap panas. Akan tetapi generator yang lebih besar sering mempunyai sistim pendingin air tambahan bagi batangan-batangan statornya. Batangan stator yang umum terdiri atas sejumlah konduktor yang berlubang. Air yang mengalir melewati konduktor ini menghisap panas yang dihasilkan oleh arus yang dibawa batangan tersebut. b) Sistem Pendinginan Rotor Pendinginan dengan udara jarang digunakan pada pembangkit tenaga listrik yang besar, karena pendinginan dengan udara bukanlah alat yang efisien untuk menyingkirkan panas yang jumlahnya besar. Sebagian besar pembangkit tenaga listrik
yang
besar
menggunakan
sistim
pendinginan
hidrogen
untuk
mempertahankan temperatur kerja yang sesuai. Hidrogen digunakan dengan jumlah yang sama, ia menyerap lebih banyak panas daripada udara, sehingga pembangkit tenaga listrik lebih umum memakai pendingin hidrogen.Untuk melepaskan panas dari komponen-komponen yang ada didalam generator rotor hidrogennya harus disirkulasikan disekitar komponenkomponen yang panas. d. Air Preheater (APH) Air Preheater ini adalah alat yang sistim kerjanya berputar dengan putaran rendah yang gunanya untuk memanasi udara pembakaran sebelum dikirim ke furnace. Sedangkan pemanas udara pembakaran tersebut diambil dari gas buang hasil pembakaran dari furnace yang dialirkan melalui Air preaheater ini sebelum dibuang ke cerobong. Komponen utama Air Preheater ini adalah jalan masuk udara, jalan keluar udara, sebuah penutup yang berputar (rotating hood), sebuah elemen pemanas, jalan masuk gas panas dan jalan keluar gas panas.
Gas panas dari furnace diarahkan melalui saluran sehingga gas melewati bagian elemen pemanas. Pada saat gas melewati permukaan elemen, gas memanaskan plat-plat logam. Plat-plat panas tersebut berputar menuju sisi saluran udara pembakaran, sehingga terjadi perpindahan panas. e. Electrostatic Precipitator (ESP) ElectroStatic Precipitator (ESP) adalah salah satu alternatif penangkap debu dengan effisiensi tinggi (mencapai diatas 90%) dan rentang partikel yang didapat cukup besar. Dengan menggunakan electro static precipitator (ESP) ini, jumlah limbah debu yang keluar dari cerobong diharapkan hanya sekitar 0,16 % (efektifitas penangkapan debu mencapai 99,84%).
F. Perhitungan Perhitungan Konsumsi Spesifik Bahan Bakar, Heatrate (Tara Kalor) ,dan Efisiensi Termal
Keterangan gambar: in Q
: Masukan kalor yang ditambahkan
B kWh
: kiloWatt jam brutto (energi yang dihasilkan terminal generator)
Nu kWh
: kiloWatt jam neto unit pembangkit (energy bersih yag dihasilkan
terminal generator/ unit pembangkit) PS kWh
: kiloWatt jam pemakaian sendiri
TM
: Trafo Mesin (Generator Transformers)
TPS
: Trafo Pemakaian Sendiri (Main Auxillary Transformers)
NP kWh
: kiloWatt jam pusat pembangkit
Berdasarkan SPLN No. 80 tahun 1989, persamaan yang digunakan untuk menghitung konsumsi spesifik bahan bakar adalah sebagai berikut: 1. Pemakaian bahan bakar spesifik brutto ( B SFC )
2. Pemakaian bahan bakar netto ( N SFC )
Dimana : fQ
: Jumlah bahan bakar yang dipakai (dalam liter)
LHV
: Nilai kalor bawah bahan bakar yangdigunakan (dalam kJ/ kg atau
kKal/ kg). HHV
: Nilai kalor atas bahan bakar yang digunakan (dalam kJ/ kg atau kcal/
kg). B kWh
: Jumlah kWh yang dibangkitkan generator
(dalam kWh). PS kWh
: Jumlah kWh yang dibutuhkan untuk pemakaian sendiri (dalam kWh).
fM
: Berat bahan bakar selama pengujian (dalam kg)
Sedangkan, persamaan yang digunakan untuk menghitung tara kalor (heat rate) sebagai berikut:
1. Tara kalor brutto ( B HR )
2. Tara kalor netto ( N HR )
Dimana: Tara kalor unit brutto ( B HR ) adalah jumlah kalor bahan bakar dihitung berdasarkan nilai kalor bawah (LHV) untuk menghasilkan setiap kWh brutto. Tara kalor unit netto ( N HR ) adalah jumlah kalor bahan bakar yang dihitung berdasarkan nilai kalor bawah (LHV) untuk menghasilkan setiap kWh netto. Sedangkan, persamaan guna menghitung efisiensi termal adalah sebagai berikut: Dimana: th η
: efisiensi termal (dalam persen, %)
Tara kalor : dalam kKal/ kWh Besarnya efisiensi termal tergantung beban, makin tinggi beban makin besar efisiensinya. Efisiensi termal unit ( th η ) adalah presentase keluaran energi terhadap masukan kalor.
Catatan : 1 kJ = 0,2388 kKal = 0,2948 BTU = 0,000277 kWh 1 kcal = 0,001163 kWh = 4,187 kJ 1 kWh = 859,845 kkal (IEC 46 1962) 1 kg = 2,205 lb Perhitungan Prakiraan efisiensi Biaya Bahan Bakar PLTU Berbagai Bahan Bakar Langkah – langkah untuk menghitung prakiraan efisiensi biaya bahan bakar PLTU berbagai bahan bakar adalah sebagai berikut: Langkah pertama adalah menentukan entalpi air umpan masuk ekonomizer (ecoinlet) dan entalpi uap panas lanjut keluar superheater. Nilai entalpi keduanya dapat dicari menggunakan program ChemicalLogic SteamTab Companion dengan cara memasukkan parameter tekanan (dalam bar) dan suhu (dalam derajat celcius). Dengan menggunakan program ini, akan didapatkan entalpi dalam satuan kJ/ kg. Untuk keperluan perhitungan maka dilakukan konversi ke satuan kKal/ kg (catatan: 1 kJ = 0.2388 kKal). Langkah kedua adalah menghitung jumlah kebutuhan kalor dengan menggunakan persamaan: Efisiensi boiler didefinisikan sebagai perbandingan antara laju energi yang dibutuhkan air menjadi uap panas lanjut (superheated) dengan laju aliran energi bahan bakar. Persamaan efisiensi boiler (pemanas) adalah: η=
𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
Dimana :
x 100%
bahan bakar Q
: jumlah kebutuhan kalor (dalam kKal/ jam)
uap m
: laju aliran massa uap (dalam kg/ jam)
erheater hsup
: entalpi spesifik superheater (dalam kKal/ kg)
air umpanmasuk h : entalpi spesifik air umpan masuk ecoinlet (dalam kKal/kg) boiler η
: efisiensi boiler (dalam persen, %)
Langkah selanjutnya adalah menghitung laju aliran massa bahan bakar: Dimana: 0m : laju aliran massa bahan bakar (kg/ jam) bahan bakar Q : jumlah kebutuhan kalor (dalam kKal/ jam) LHV : Low Heating Value (dalam kKal/ kg) Metode Least Square
Metode Least Square menyatakan bahwa “ Jumlah kuadrat selisih dari nilai sebenarnya dengan nilai yang terhitung, dikalikan dengan jumlah pengukuran adalah minimum”. Metode Least Square merupakan metode estimasi parameter sistem yang meminimumkan fungsi kriteria jumlah kuadrat kesalahan prediksi (least square criterion ) adalah sebagai berikut:
Dimana: (t) y( j) y( j)∧ ε = − (9) dengan ε (t) : error / kesalahan output sistem (output predition error). y(j) : input sistem.) ( j y∧: output sistem. Formula estimator least square diatas dapat dituliskan sebagai berikut: dengan
Estimator parameter yang telah diturunkan diatas, lebih dikenal sebagai estimator banch. Dimana untuk estimasi parameter pada saat-t, t ∧θ, diperlukan informasi yang meliputi sinyal pengukuran input-output, −1 Φt dan t Y , hingga pada saat-t pula.
BAB IV PENUTUP A. Kesimpulan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah Suatu sistem pembangkit tenaga listrik yang mengkonversikan energi kimia listrik dengan menggunakan uap air sebagai fluida kerjanya, yaitu dengan memanfaatkan energi kinetik uap untuk menggerakkan poros sudu - sudu turbin. Sudu -sudu turbin mengerakkan poros turbin, untuk selanjutnya poros turbin mengerakkan generator. Dari generator inilah kemudian dibangkitkan energi listrik.Sehingga cara kerja Pembangkit Listrik tenaga Uap (PLTU) adalah sebagai berikut: 1. Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). 2. Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. 3. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. 4. Di
dalam
ruang
bakar
dilakukan
proses
pembakaran
dengan
cara
mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. 5. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. 6. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. 7. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. 8. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).
B. Keunggulan dan Kelemahan PLTU Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan jenis pembangkit listrik lainnya. Keunggulan tersebut antara lain :
Dapat dioperasikan menggunakan berbagai jenis bahan bakar (padat, cair dan gas).
Dapat dibangun dengan kapasitas yang bervariasi
Dapat dioperasikan dengan berbagai mode pembebanan
Kontinyuitas operasinya tinggi
Usia pakai (life time) relatif lama
Namun Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) juga memiliki beberapa kelemahan. Kelemahan tersebut antara lain:
Sangat tergantung pada tersedianya pasokan bahan bakar
Tidak dapat dioperasikan (start) tanpa pasokan listrik dari luar
Memerlukan tersedianya air pendingin yang sangat banyak dan kontinyu
Investasi awalnya mahal
C. DAFTAR PUSTAKA -
http://sideofardeliani.wordpress.com
-
http://chekaproject.wordpress.com/2010/05/25/sistem-pltu-berbahan-bakargasoil/
-
Muslim Supari,dkk. 2008. Teknik Pembangkit Tenaga Listrik. Jakarta Direktorat Pendidikan SMK 5.
-
Marsudi Djiteng. 2008. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Jakarta. Graha Ilmu.
-
Reynolds, W. C. and Henry C. Perkins. Enginering Thermodynamics. Translated by Filino Harahap. Jakarta: Penerbit Erlangga, 1977.
