MAKALAH BAHASA INDONESIA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
Disusun oleh: Agung Saefullah 5150711150
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI DAN ELEKTRO UNIVERSITAS TEKNOLOGI YOGYAKARTA YOGYAKARTA 2017
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP Nama : Agung Saefullah Universitas Teknologi Yogyakarta ABSTRAK Plant adalah objek yang dikontrol pada pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) objek yang dikontrol secara prinsip disusun oleh empat kelompok utama yaitu: boiler , turbin, generator dan Balance of Plant (BOP). Boiler berfungsi sebagai pembuat uap, turbin mengkonversi energi uap menjadi energi kinetik, dan generator mengkonversi energi kinetik menjadi energi listrik. BOP adalah peralatan-peralatan yang mendukung boiler , turbin, dan generator agar dapat berfungsi dengan baik dalam memproduksi listrik. Tujuanya untuk memberikan ulasan dan pembahasan sistem kontrol pada pembangkit listrik. Pertama disajikan sistematika analisis sistem kontrol secara umum, kemudian diulas pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). Setelah itu diulas hirarki struktur sistem kontrol PLTU. Ulasan kemudian difokuskan pada sistem kontrol boiler terkait dengan level air di drum tekanan di dalam tungku, suhu uap air, dan daya listrik yang diproduksi beserta tekanan uap utama kemudian dilakukan perbandingan kinerja dua metoda control terakhir disampaikan kecenderungan perkembangan teknologi sistem kontrol. Dari hasil ulasan dan pembahasan diperoleh kesimpulan antara lain yaitu tanpa menghitung redundansi, elemen mekanikal elektrikal (tanpa sistem kontrol) dengan presentase elemen terkait produksi uap, penanganan abu dan gas mengembalikan uap menjadi air turbin dan pembangkitan listrik beserta penyalurannya. Metoda kontrol infinity memberikan kinerja yang lebih baik daripada PID untuk mengontrol dua variabel yang saling berpengaruh memakai pada aktuator, setidaknya terdapat tiga kecenderungan perkembangan dimasa depan yaitu: standar penyatu berbagai standar field instrument , integrasi kontrol proses dengan sistem informasi karena Plant Hour adalah jumlah jam yang seharusnya bisa digunakan untuk pembangkit beroperasi. Kata kunci Boiler, Plant, Balance of Plant ( BOP), generator
A. Pendahuluan 1.
Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan zaman dimana semakin berkembang pula kehidupan manusia. Khususnya pada era modern saat ini dimana dalam setiap aktivitas yang dilakukan diperlukan sumber energi yang bersumber dari alam untuk menyokong kehidupan manusia. Salah satu dari meningkatnya kebutuhan sumber daya alam ialah sumber energi listrik. Seiring dengan perkembangan penduduk yang sangat pesat sehingga kebutuhan energi listrikpun mengalami peningkatan. Oleh karena itu pentingnya untuk memahami darimana sumber energi listrik yang telah kita gunakan agar dapat memanfaatkan listrik sebagaimana mestinya. Karena pada dasarnya pertambahan penggunaan listrik setiap tahunnya khususnya di Indonesia dikarenakan penggunaan terhadap barang elektronik seperti televisi, komputer serta kebutuhan listrik lainnya. Kebutuhan terhadap pasokan sumber energi listrik yang begitu besar membuat pemerintah harus menyediakan energi listrik. Energi listrik dapat diperoeh dari pembangkit listrik yang terbarukan dan tidak terbarukan. Tugas pemerintah juga tidak hanya menyediakan pembangkit namun juga harus menyediakan jaringan distribusi sehingga energi listrik dapat dinikmati oleh masyarakat di penjuru negeri. Sejarah tentang listrik komersial pertamakali beroperasi pada tahun 1882 yaitu pada bulan Januari di London, kemudian disusul di New York pada bulan September tahun yang sama. Listrik komersial ini menggunakan arus searah dengan tegangan yang rendah. Di Indonesia sejarah penyediaan listrik pertama kali diawali oleh sebuah pembangkit tenaga listrik di Gambir, Jakarta, pada bulan Mei 1897, kemudian disusul oleh kota-kota lainya di Indonesia yaitu: Medan pada tahun 1899, jakarta pada tahun 1908, Bandung pada tahun1906, Surabaya pada tahun 1912, dan Banjarmasin pada tahun 1922. Pada awalnya pusat-pusat tenaga listrik ini menggunakan tenaga termis namun terus dikembangkan sehingga menggunakan tenaga air yang lebih ekonomis dan efisien.
2. Rumusan Masalah
a. Apa yang dimaksud dengan Pembangkit Listrik Tenaga Uap? b. Bagaimanakah proses konversi energi pada PLTU? c. Apa sajakah urutan sirkulasi PLTU? d. Apa sajakah komponen-kompnen utama pada PLTU? e. Apa Sajakah Peralatan penunjang pada PLTU? f. Bagaimanakah skema proses kerja PLTU? 3. Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah yang telah dijabarkan di atas, tujuan dari pembahasan makalah ini yaitu: a. Untuk mengetahui pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Uap b. Untuk mengetahui proses konversi energi pada PLTU c. Untuk mengetahui urutan sirkulasi PLTU d. Untuk mengetahui kompnen-komponen utama pada PLTU e. Untuk mengetahui peralatan penunjang pada PLTU f. Untuk mengetahui skema proses kerja PLTU 4. Manfaat Penelitian
a. Dapat
menerapkan atau menambah ilmu yang telah diperoleh setelah
membaca makalah ini. b. Dapat
melakukan
pengembangan
lebih
lanjut
terhadap
teknologi
pembangkit. c. Untuk memperluas wawasan dan pandangan mahasiswa atau mahasiswi terhadap teknologi sistem kontrol pembangkit tenaga uap.
B. Pembahasan 1.
Pengertian PLTU
Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta MFO untuk start up
awal. Salah satu PLTU terbesar adalah PLTU Pacitan Jawa timur (Sumanto,1996: 20).
2. Proses konversi energi pada PLTU
Proses konversi energi pada PLTU berlangsung melalui 3 tahapan, yaitu : a. Pertama, energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur tinggi. b. Kedua, energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. c. Ketiga, energi mekanik diubah menjadi energi listrik. 3. Urutan sirkulasi PLTU
PLTU menggunakan fluida kerja air uap yang bersirkulasi secara tertutup. Siklus tertutup artinya menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang. Urutan sirkulasinya secara singkat adalah sebagai berikut : a. Pertama, air diisikan ke boiler hingga mengisi penuh seluruh luas permukaan pemindah panas. Didalam boiler air ini dipanaskan dengan gas panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah menjadi uap (Sumanto,1996: 50). b. Kedua, uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran (Sumanto,1996: 52). c. Ketiga, generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar menghasilkan energi listrik
sebagai hasil dari perputaran medan
magnet dalam kumparan, sehingga ketika turbin berputar dihasilkan energi listrik dari terminal output generator (Sumanto,1996: 54). d. Keempat, uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah kembali menjadi air yang disebut air kondensat. Air kondensat hasil kondensasi uap
kemudian digunakan lagi sebagai air pengisi boiler (Sumanto,1996: 56). 4.
Komponen-komponen utama
Bagian utama dari PLTU pada umumnya adalah : a. Boiler Boiler berfungsi untuk mengubah air ( feed water ) menjadi uap panas lanjut ( superheated steam) yang akan digunakan untuk memutar turbin (Sumanto,1996: 67). b. Turbin uap Turbin uap berfungsi untuk mengkonversi energi panas yang dikandung oleh uap menjadi energi putar (energi mekanik). Poros turbin dikopel dengan poros generator sehingga ketika turbin berputar generator juga ikut berputar (Sumanto,1996: 68). c. Kondensor Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas dari turbin (uap yang telah digunakan untuk memutar turbin) (Sumanto,1996: 69). d. Generator Generator berfungsi untuk mengubah energi putar dari turbin menjadi energi listrik (Sumanto,1996: 70). 5. Peralatan penunjang pada PLTU
Peralatan penunjang pada PLTU pada umumnya adalah a. Desalination Plant (Unit Desal) Peralatan ini berfungsi untuk mengubah air laut (brine) menjadi air tawar ( fresh water ) dengan metode penyulingan (kombinasi evaporasi dan kondensasi). Hal ini dikarenakan sifat air laut yang korosif, sehingga jika air laut tersebut dibiarkan langsung masuk ke dalam unit utama, maka dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan PLTU (P.syalkhim,1990: 15). b. Reverse Osmosis (RO) Mempunyai fungsi yang sama seperti desalination plant namun metode yang digunakan berbeda. Pada peralatan ini digunakan membran semi permeable yang dapat menyaring garam-garam yang
terkandung pada air laut, sehingga dapat dihasilkan air tawar seperti pada desalination plant (P.syalkhim,1990: 15). c. Demineralizer Plant (Unit Demin) Berfungsi untuk menghilangkan kadar mineral (ion) yang terkadung dalam air tawar. Air sebagai fluida kerja PLTU harus bebas dari mineral, karena jika air masih mengandung mineral berarti konduktivitasnya masih tinggi sehingga dapat menyebabkan terjadinya GGL (gaya gerak listrik) induksi pada saat air tersebut melewati jalur perpipaan di dalam PLTU. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU (P.syalkhim,1990: 25). d. Hidrogen Plant (Unit Hidrogen) Pada PLTU digunakan hydrogen (H2) sebagai pendingin generator. e. Chlorination Plant (Unit Chlorin) Berfungsi untuk menghasilkan senyawa natrium hipoclorit (NaOCl) yang digunakan untuk memabukkan/melemahkan/mematikan sementara mikro organisme laut pada area water intake. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya pengerakkan ( scaling ) pada pipa-pipa kondensor maupun unit desal akibat perkembangbiakan mikro organisme laut tersebut (P.syalkhim,1990: 26). f. Auxiliary Boiler (Boiler Bantu) Pada umumnya merupakan boiler berbahan bakar minyak ( fuel oil), yang berfungsi untuk menghasilkan uap ( steam) yang digunakan pada saat boiler utama start up maupun sebagai uap bantu (auxiliary steam) (P.syalkhim,1990: 27). g. Coal Handling (Unit Pelayanan Batubara) Merupakan unit yang melayani pengolahan batubara yaitu dari proses bongkar muat kapal ( ship unloading ) di dermaga, penyaluran ke coal yard sampai penyaluran ke coal bunker (P.syalkhim,1990: 28). h. Ash Handling (Unit Pelayanan Abu) Merupakan unit yang melayani pengolahan abu baik itu abu jatuh (bottom ash) maupun abu terbang ( fly ash) dari Electrostatic
Precipitator hopper dan SDCC (Submerged Drag Chain Conveyor ) pada unit utama sampai ke tempat penampungan abu (ash valley/ash yard ) Tiap-tiap komponen utama dan peralatan penunjang dilengkapi dengan sistem-sistem dan alat bantu yang mendukung kerja komponen tersebut. Gangguan atau malfunction dari salah satu bagian komponen utama akan dapat menyebabkan terganggunya seluruh sistem PLTU (P.syalkhim,1990: 30). 6. Sekema Proses Kerja PLTU
a. Air dari laut dipompa kemudian dialirkan melalui pipa dan masuk ke proses desalinasi. Dalam proses ini air laut yang mengandung garamgaram maka akan dipisahkan garamnya, sehingga air yang sudah didesalinasi tidak mengandung garam-garam (Djiteng,1990: 20). b. Setelah air tidak mengandung garam maka air akan dipompa menuju tanki make up water tank . Setelah dari make up water \tank kemudian air dipompa menuju demin water tank (Djiteng,1990: 20). c. Dari demin water tank maka air akan dipompa kemudian melewati kondensor, di dalam kondensor air yang berasal dari water demin tank kemudian akan bercampur dengan air yang berasal dari uap air sisa turbin (Djiteng,1990: 21). d. Setelah air keluar dari kondensor kemudian air dipompa menuju LP Heater. LP Heater adalah Low Pressure Heater , fungsinya untuk memanaskan air supaya suhunya layak untuk diproses di Daerator . Agar proses pelepasan ini berlangsung sempurna, suhu air harus memenuhi suhuyang disyaratkan. Oleh karena itulah selama perjalanan menuju Dearator , air mengalamai beberapa proses pemanasan oleh peralatan yang disebut LP ( Low Pressure Heater ). Daerator biasanya terletak di lantai atas PLTU,tapi bukan lantai yang paling atas (Djiteng,1990: 22). e. Dari dearator , air turun kembali ke Ground Floor . Sesampainya di Ground Floor , air langsung dipompakan oleh Boiler Feed Pump / BFP
(Pompa air pengisi) menuju boiler atau tempat memasak air. Bisa dibayangkan boiler ini seperti panci, tetapi panci berukuran raksasa (Djiteng,1990: 23). f. Air yang dipompakanini adalah air yang bertekanan tinggi, karena itu syarat agar uap yang dihasilkan juga bertekanan tinggi. Karena itulah konstruksi PLTU membuat dearator berada di lantai atas dan BFP berada di lantai dasar. Karena dengan meluncurnya air dari ketinggian membuat air menjadi bertekanan tinggi (Djiteng,1990: 24). g. Sebelum masuk boiler air mengalami beberapa proses pemanasan di HP ( High Pressure) Heater (Djiteng,1990: 25). h. Setelah air masuk ke dalam boiler maka air akan dipanaskan sampai terbentuk uap. Untuk menguapkan air tersebut maka dibutuhkan boiler , boiler tersebut untuk menghasilkan api menggunakan bahan bakar, bahan bakar tersebut bisa berupa batu bara / minyak & gas (Djiteng,1990: 27) i.
Untuk membantu proses pemanasan digunakan juga FDF ( Force Draft Fan),FDF dipanaskan
akan dan
menghisapudara udara
tersebut
luar,udara akan
tersebut
disemprotkan
kemudian di
sekitar
boiler,sehigga pemanasan akan lebih optimum. Dari pemanasan tersebut akan terdapatsisa-sisa pembakaran yang berua gas,gas sisa tersebut akan dibuang melalui cerobong asap(Djiteng,1990: 29). j.
Setelah terbentuk uap, maka uap tersebut masih berupa uap jenuh, uap tersebut tidak akan kuat untuk menghasilkan turbin. Sebelumnya uap tersebut akan disimpan di dalam steam drum yang berfungsi sebagai penampungan uap air sebelum menuju super heater . Supaya uap tersebut bisa menggerakan turbin sehinngga uap akan dialirakan menuju super heater . Dalam Super heater uap tersebut akan dihilangkan kadar airnya, sehingga uap tersebut benar- benar kering. Di dalam boiler juga terdapat economizer, economizer berfungsi untuk menyerap gas hasil pemanasan super heater yang akan digunakan untuk memanaskan air pengisi sebelum masuk ke main drum (Djiteng,1990: 35).
k. Setelah itu uap dari super heater akan mengalir menuju HP Turbin dan kemudian menggerakan turbin tersebut, setelah itu sisa uap akan kembali menuju reheater dalam boiler untuk kembali dipanaskan supaya uapnya kuat untuk menggerakkan LP Turbin (Djiteng,1990: 36). l.
Setelah uap dari reheater maka uap akan menuju LP Heater dan menggerakan turbin tersebut, karena poros-poros HP Turbin & LP Turbin terhubung ke generator maka jika kedua turbin ikut berputar maka generator juga ikut berputar. Putaran generator inilah yang akan menghasilkan perbedaan potensial listrik yang kemudian menghasilkan listrik. Kemudian listrik akan ditampung dan kemudian akan disalurkan (Djiteng,1990: 37).
m. Dari LP Turbin masih terdapat sedikit sisa uap, dari sisa tersebut maka uap air akan dikondensasi oleh kondensor, sehingga akan menjadi cair kembali dan akan digunakan kembali dan ada yang dibuang kembali ke laut (Djiteng,1990: 37).
7. Sistem pembakaran pada PLTU
Pada sistem kontrol pembangkit listrik banyak dibutuhkan pengontrolan dua variabel yang saling berpengaruh menggunakan dua aktuator. Sebagai contoh adalah kontrol total laju alir udara pembakaran yang masuk keruang bakar (tungku) memakai ID fan damper dan kontrol tekanan (P) di dalam tungku memakai ID fan damper . Contoh lain adalah kontrol tekanan (P) uap utama keluaran boiler yang akan masuk ke katup governor memakai proses kontrol produksi uap (laju alir batubara, laju alir udara pembakaran, dan laju alir air yang diuapkan) dan kontrol laju alir uap utama yang melewati katup governor masuk ke turbin memutar rotor turbin. Pada makalah ini diulas perbandingan hasil kontrol laju alir dan tekanan memakai 2 metoda yang berbeda yaitu kontrol PID (sistem SISO) dan kontrol kokoh (robust control ) infinity (sistem MIMO) menunjukkan hasil kontrol memakai metoda PID. menunjukkan hasil kontrol memakai metoda H_infinity. Sumbu horizontal melambangkan waktu dalam detik. Sumbu vertikal pada dua grafik (kiri, kanan) di bagian atas melambangkan
laju alir dalam satuan pu, sedangkan sumbu vertikal bawah melambangkan tekanan dalam satuanpun hasil kontrol ketika laju alir ingin dirubah dari 0 pu ke 1 pu dengan mempertahankan tekanan pada 0 pu. di bagian kanan adalah hasil kontrol ketika tekanan ingin dirubah dari 0 pu ke 1 pu dengan menjaga laju alir tetap pada 0 pu. Dari hasil perbanding diketahui bahwa metoda kontrol H_infinity memberikan kinerja yang lebih bagus daripada metoda kontrol PID untuk menangani kontrol dua variabel yang saling berpengaruh menggunakan dua aktuator.
C. PENUTUP 1.
Kesimpulan
Kesimpulan yang didapat berdasarkan pembahasan di atas adalah: a.
Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik.
b. Proses konversi pada PLTU yaitu energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur tinggi.energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran.energi mekanik diubah menjadi energi listrik. c.
Urutan sirkulasi pada PLTU yaitu pertama air diisikan ke boiler, kedua uap hasil produksi boiler digunakan untuk menggerakan turbin, ketiga generator yang dikopel langsung dengan turbin menghasilkan energy listrik, keempat uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor.
d. Komponen-komponen utama pada PLTU yaitu boiler , turbin uap, kondensor, generator. e.
Peralatan penunjang pada PLTU yaitu Desalination Plant (Unit Desal ), Reverse Osmosis (RO), Demineralizer Plant (Unit Demin), Hidrogen Plant (Unit Hidrogen), Chlorination Plant (Unit Chlorin), Auxiliary Boiler (Boiler Bantu), Coal Handling (Unit Pelayanan Batubara), Ash Handling (Unit Pelayanan Abu).
2.
Saran
a.
Perlu dilakukan up grade terhadap boiler agar dapat menghasilkan tekanan uap yang benar-benar maksimal sehingga generator dapat beroprasi secara maksimal dalam memberikan daya beban.
b. Atau untuk mendapatkan hasil tekanan dan konsumsi uap maka unit boiler untuk pembangkit harus dipisah dengan unit boiler yang dipakai kebagian proses produksi.
D. DAFTAR PUSTAKA
Sumanto. 1996. Mesin sinkron. Yogyakarta: Penerbit Andi. Djiteng Marsudi. 1990. Pembangkit Energy Listrik . Jakarta: Penerbit Erlangga. P. Shlyakhin. 1990. Turbin Uap Teori dan Rancangan . Jakarta: Penerbit Erlangga.