Siklus Thermodinamika
1 Siklus Brayton pada PLTG
Turbin gas memiliki karakteristik ringan serta lebih ringkas jika dibandingkan dengan turbin uap. Turbin gas lazim digunakan sebagai pembangkit listrik stationery. Pembangkit tenaga turbin gas dapat dioperasikan baik pada sistem terbuka maupun sistem tertutup, namun sistem terbuka lebih umum dan banyak digunakan. Di dalam model ini, mesin menarik udara atmosfer secara terus menerus ke dalam kompresor, dimana udara dikompresi sehingga memiliki tekanan tinggi. Udara yang telah dikompresi tersebut kemudian masuk ke dalam ruang bakar (Combustor), dimana udara tersebut dicampur dengan bahan bakar dan proses pembakaran terjadi, yang menghasilkan produk pembakaran pada temperatur tinggi. Produk hasil pembakaran tersebut melakukan ekspansi melalui turbin. Sebagian dari kerja yang dihasilkan turbin digunakan untuk menggerakkan kompresor, sisanya digunakan untuk membangkitkan listrik.
2. Siklus Rankine pada PLTU
Dalam pengoperasian idealnya, PLTU menggunakan siklus tertutup (closed system). Air yang digunakan sebagai fluida kerjanya dapat digunakan kembali untuk proses berikutnya. Siklus PLTU mengikuti prinsip kerja siklus rankine, yaitu pemanasan suatu fluida (air) oleh heat exchanger kemudian berubah menjadi uap panas. Lalu uap panas tadi masuk ke dalam steam turbin sehingga dapat menggerakkan generator. Setelah itu uap yang keluar dari generator masuk dalam condensor dan berubah menjadi air kembali. Setelah itu air dipompa masuk ke dalam heat exchanger untuk dipanaskan. Dan seterusnya sehingga membentuk suatu siklus yang dinamakan siklus rankine.
Rankine Cycle :
1-2 Isentropic pump (constant pressure)
2-3 Heat addition
3-4 Superheater (constant pressure, heat addition)
4-5 Isentropic expansion
5-1 Constant temperature (heat rejection)
3. Komponen-Komponen pada PLTGU
Proses pembangkitan listrik pada PLTGU dibagi menjadi dua macam, yaitu proses pembangkitan dengan energi primer dari gas (PLTG) dan proses pembangkitan listrik dengan energi primer dari uap (PLTU). Berikut komponen beserta sistem-sistem yang terdapat pada PLTG maupun PLTU yang dicombined pada PLTGU.
1 Proses Pembangkitan Listrik Tenaga Gas
Starting motor yang seporos dengan turbin gas, generator, dan kompresor berputar sehingga kompresor menghisap udara. Selanjutnya, udara kompresi tersebut bercampur dengan bahan bakar dan dikabutkan dengan bantuan nozzle menuju ruang bakar. Lalu, dengan bantuan percikan api dari igniter, terjadilah pembakaran yang menghasilkan aliran gas panas dengan tekanan dan temperatur tinggi. Aliran gas panas ini memutar turbin hingga putaran 3000 rpm (rated speed) sehingga generator akan menghasilkan listrik.
Komponen Pendukung Siklus Brayton pada PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas):
- Transfer pump, pompa yang berfungsi untuk memindahkan fluida yang berupa HSD oil dari tank menuju ruang bakar.
- Kompressor, mengambil udara atmosfer dan merubahnya menjadi udara bertekanan tinggi untuk membantu proses pembakaran di ruang bakar. Kompresor terdiri dari intake air filter, Inlet Guade Van (IGV), sudu-sudu tetap dan sudu-sudu jalan yang berjumlah 19 stages. Adapun fungsinya untuk menarik udara luar masuk ke ruang bakar sebagai proses pembakaran dan media pendingin.
- Combustion Chamber, ruang bakar yang berfungsi sebagai tempat pembakaran bahan bakar pada system turbin gas.
- Turbine, gas turbin yang berfungsi untuk mengekspansi gas panas hingga menghasilkan energi mekanis untuk menggerakkan generator.
- Generator, berfungsi untuk menghasilkan energi listrik.
System Pendukung Gas Turbin :
1) Fuel Oil System (Sistem Bahan Bakar)
HSD Oil (High Speed Diesel) digunakan sebagai bahan bakar pada sistem pembakaran pada PLTGU ini. Sistem pembakaran tersebut dimulai dari tangki penampungan (HSD Oil Tank) yang dipompa menggunakan Transfer Pump dengan melalui flowmeter untuk perhitungan pemakaiannya. Selanjutnya untuk mendapatkan hasil pembakaran menjadi lebih sempurna diperlukan tekanan cukup besar, untuk mendapatkan hasil tersebut digunakan Main Oil Pump yang terpasang dan berputar melalui hubungan poros turbin gas dengan Accesories Gear atau Load Gear. Untuk mengatur jumlah aliran bahan bakar yang masuk ke ruang bakar diatur dengan Control Valve (CV), selanjutnya aliran bahan bakar tersebut dikontrol lagi oleh kombinasi dari Primary Fuel Throttle Valve dan Secondary Fuel Throttle Valve.
2) Lube Oil System (Sistem Pelumasan)
Sistem pelumasan digunakan untuk melumasi bearing turbin gas, bearing generator, dan juga untuk menyuplai minyak untuk sistem hidraulik pada main stop pump (AOP). Main stop pump (AOP) distart untuk menyuplai minyak dalam bearing turbin gas dan generator, untuk selanjutnya turbin gas diputar pada putaran turning gear pada putaran ± 3 rpm. Hal ini bertujuan agar start up gaya geser (friction force) yang terjadi diantara metal bearing dengan poros turbin gas dan generator dapat dikurangi. Setelah turbin gas mulai start dan putaran mulai naik sampai putaran nominalnya, maka supply minyak pelumasan diambil alih dari AOP ke Main Lube Oil Pump (MOP). Dimana, Main Lube Oil Pump ini diputar melalui hubungan antara Accessories gear atau Load gear dengan poros turbin.
3) Hydroulic System (Sistem Hidraulik)
Sistem hidraulik digunakan untuk menggerakkan Main Stop Valve. Dan valve bahan bakar HSD (147 A&B) (135 A) dan valve bahan bakar gas (170)&(165).Dimana Main Stop Valve berfungsi untuk menghentikan laju aliran bahan bakar minyak saat unit terjadi gangguan dan atau untuk membuka saluran bahan bakar pada sistem pemipaan bahan bakar. Mekanisme pengoperasian (membuka dan menutup) Main Stop Valve diperlukan hydroulic system dengan minyak bertekanan, dimana supply minyak hidraulik diambil dari pipping system pelumas turbin gas.
4) Cooling System (Sistem Pendingin)
Tingginya temperatur minyak pelumas setelah digunakan melumasi bearing turbin dan bearing generator akan masuk ke lube oil cooler untuk didinginkan oleh sistem pendingin minyak pelumas dengan media pendinginnya adalah air. Setelah digunakan sebagai media pendingin minyak pelumas, air tadi akan berubah menjadi bertemperatur tinggi kemudian akan didinginkan di dalam ACWC (Air Cooler Water Cooler) yang sistemnya mirip dengan radiator.
5) Starting System (Sistem Start)
Peralatan Start (Starting System) di dalam turbin gas digunakan sebagai penggerak mula, hal ini diperlukan karena pada saat start kondisi turbin masih belum mampu menggerakkan generator dan kompressor dikarenakan belum terjadinya pembakaran. Starting turbin gas memerlukan momen yang besar karena berat dari turbin dan generator sehingga dipasang pony motor yang di pasang secara seri dengan staring motor. Mula-mula starting device dioperasikan untuk menggerakkan turbin gas dan generator. Pada putaran tertentu, kompressor telah menghasilkan udara bertekanan, dan pembakaran dilakukan di ruang bakar. Gas hasil pembakaran tersebut dapat menggerakkan turbin. Jika hal itu tercapai, maka starting device dilepas dari poros turbin dan generator.
- Bahan bakar yang digunakan berupa solar (HSD atau High Speed Diesel) dialirkan dari kapal tanker ke dalam rumah pompa BBM HSD kemudian dipompa lagi dengan pompa bahan bakar untuk dimasukkan dalam ruang bakar sehingga menghasilkan energi pemutar turbin gas. Penggerak awal turbin gas sebelum digerakkan oleh energi gas hasil pembakaran adalah motor listrik (starting motor) yang berfungsi memutar kompresor sebagai penghisap udara luar.
- Bahan bakar gas di suplay dari PT SANTOS
2. Proses Pembangkitan Listrik Tenaga Uap
Gas bekas yang keluar dari turbin gas dimanfaatkan lagi setelah terlebih dahulu diatur oleh exhaust damper untuk dimasukkan ke dalam ketel (HRSG). Uap yang dihasilkan digunakan untuk memutar turbin uap agar menghasilkan tenaga listrik pada generator. Uap bekas dari turbin uap tadi diembunkan lagi ke kondensor kemudian kondensat dipompa ke dalam deaerator oleh CEP (Condensate Extraction Pump) dan dipompa lagi oleh BFP ( Boiler Feed Water Pump) ke dalam drum untuk kembali diuapkan.
Hasil dari listrik yang keluar dari masing-masing generator akan dikuatkan ke transformator 150/500 kV masing-masing yang seterusnya dialirkan melalui tiang transmisi ke switch yard dan kemudian dikirim ke gardu induk melalui transmisi tegangan tinggi dan tegangan rendah . PLTU menggunakan siklus tertutup (closed cycle) sehingga fluida dapat digunakan kembali untuk proses berikutnya. Siklus PLTU meliputi siklus Rankine yang desainnya dapat berupa superheating, regenerating, dan reheating.
Common Water Plant yang digunakan antara lain :
Ø Hidrogen Plant
H2 Plant dalam unit pembangkit dimaksudkan untuk menghasilkan hidrogen. Proses ini merupakan proses elektrolisa air dengan menggunakan arus tinggi. Air yang digunakan dalam proses ini disuplai dari make up water. Selanjutnya, hidrogen yang dihasilkan akan digunakan sebagai media pendingin generator.
Ø Chlorination Plant
Chlorination merupakan proses mengolah air laut dengan cara elektrolisis air laut untuk menghasilkan NaOCl. NaOCl digunakan untuk memabukkan ikan dan mencegah tiram, kerang dan biota laut masuk ke dalam pompa.
Ø Desalination Plant
Desalination merupakan proses pengolahan air laut menjadi air tawar sehingga air hasil desalination plant memiliki konduktivitas ≤ 20 µms. Dimana suplai air laut diambil dari CWP (Circulation Water Pump). Media pemanas dalam proses ini diambilkan dari HRSG yaitu dari LP Aux Boiler dan HP Aux Boiler, apabila HRSG tidak beroperasi maka media pemanas diambilkan dari Aux Boiler. Air yang dihasilkan oleh proses ini disebut service water yang disimpan di raw water storage. Service water digunakan untuk proses lebih lanjut di demineralization plant.
Ø Demineralization Plant
Demineralization merupakan proses pengolahan air yang digunakan untuk menambah air di HRSG, dimana air dari raw water tank diproses di dalam demin plant yang akan menghasilkan tingkat konduktivitas lebih rendah sehingga diharapkan tidak terjadi korosi di dalam tube HRSG dan aman untuk pemakaian sebagai air penambah HRSG. Hasil dari demineralization plant memiliki konduktivitas < 1 µms.
Ø Auxiliary Boiler
Auxiliary Boiler Steam digunakan untuk memanaskan make up water dalam proses desalinasi apabila HRSG tidak beroperasi.
Ø Waste Water Treatment Plant
Sisa air yang ditampung di sumpit ditampung di storage pound dan di blower. Kemudian dialirkan ke Netralizing Pit Unit, untuk mendinginkan digunakan blower. Setelah itu, air dinetralkan kadar pH dengan pemberian HCl dan NaOH di pH Control Pit. Setelah dinetralkan, pengendapan kotoran dilakukan di Coagulant Tank and Sedimentation dan dipisahkan antara yang bersih dan yang kotor. Yang bersih masuk ke Clear Water Pit dan pressure filter masuk ke oksidasi di oksidasion pit dan masuk di Purified Waste Water sehingga hasilnya dapat dibuang ke laut. Yang kotor masuk ke sludge enrichment tank untuk diendapkan lebih lanjut, bagian yang bersih diproses kembali mulai dari netralizing pit unit dan bagian yang kotor dialirkan ke sludge tank untuk diangkut oleh truk dalam jangka waktu tertentu.
Komponen utama yang menunjang pembangkitan listrik tenaga uap pada PLTGU Grati yaitu:
v Condenser
Berfungsi sebagai tempat pendinginan uap hasil ekspansi dari turbin uap (LP Turbin) dimana air laut yang dipompa oleh CWP (Circulation Water Pump) digunakan sebagai media pendinginnya
v CEP
Berfungsi sebagai media penyuplai air dari condenser ke dalam inlet LP Economizer dan HP Economizer di dalam HRSG melalui BFP (Boiler Feedwater Pump) dan melalui Deaerator.
v Deaerator
Pada Deaerator terjadi proses menghilangkan kandungan O2 terlarut pada air.
v BFP (Boiler Feedwater Pump)
Terdapat 2 jenis BFP yaitu LP BFP yang menyalurkan air dari Deaerator menuju LP Economizer dan HP BFP yang menyalurkan air dari Deaerator menuju HP Economizer 1.
v Heat Recovery Steam Generator (HRSG)
Berfungsi sebagai heat exchanger untuk menghasilkan uap high & low pressure yang digunakan untuk memutar turbin uap, yang nantinya akan memutar generator.
v LP Circulation Pump (LP BCP)
Berfungsi mensirkulasikan air antara LP Drum dengan LP Evaporator yang bertujuan untuk mendapatkan distribusi panas di dalam air yang homogen.
v HP Circulation Pump (HP BCP)
Berfungsi untuk mensirkulasikan air antara HP Drum dengan HP Evaporator dimana sirkulasi ini bertujuan untuk mendapatkan distribusi panas di dalam air secara homogen.
v Steam Turbine (Turbin Uap)
Berfungsi untuk mengekspansi udara panas sehingga menghasilkan energi mekanis untuk menggerakkan generator.
v Generator
Berfungsi sebagai perubah energi mekanis menjadi energi listrik.
· Adapun peralatan pendukung sistem turbin uap ini adalah :
Ø Sistem Minyak Pelumas Turbin Uap
Sistem ini digunakan untuk melumasi bearing turbin uap dan bearing generator, dimana pada sistem ini digunakan peralatan meliputi Main Lube Oil Pump (MOP), Auxiliary Oil Pump (AOP), Emergency Oil Pump dan Lube Oil Cooler.
Ø Sistem Pendingin Minyak Pelumas
Sistem ini digunakan untuk mendinginkan minyak pelumas yang bertemperatur tinggi setelah digunakan untuk melumasi bearing turbin uap dan generator yang mengalirkan masuk ke dalam Lube Oil Cooler, dimana menggunakan media pendingin berupa air. Air yang bertemperatur tinggi setelah digunakan untuk mendinginkan minyak pelumas didinginkan di dalam heat exchanger dengan media pendinginnya diambil dari aliran air laut melalui discharge Circulation Water Pump dan di naikan pressurenya oleh SWBP.
Ø Sistem Hidrolik
Sistem ini pada turbin uap digunakan untuk membuka dan menutup 4control valve pengatur steam pada pipa suplai uap superpanas untuk memutar turbin. Minyak yang digunakan untuk sistem hidrolik ini merupakan minyak hidrolik yang tertampung di dalam tangki dan disuplai dengan menggunakan Hidrolic Lube Oil Pump.
Ø Sistem Pendingin Siklus Tertutup
Peralatan pada sistem ini terdiri dari Closed Cycle Cooling Water heat exchanger (CCCW), Closed Cycle Cooling Water Pump (CCCWP). Sirkulasi air pendingin ini digunakan untuk mendinginkan steam turbine Lube Oil Cooler (LOC), steam turbine Generator Hydrogen Cooler (GHC) dan steam turbine Gland Exhauster (GE) dan untuk pendingin di commont plant. Air dari sisi outlet CCCW yang bertemperatur rendah setelah didinginkan dengan air laut yang diambil dari sisi discharge CWP akan digunakan sebagai media pendingin dalam LOC, GHC, dan GE. Selanjutnya dari sisi inlet peralatan ini, air bertemperatur lebih tinggi dipompa dengan menggunakan CCCWP masuk ke CCCW, demikian siklus air pendingin ini yang berlangsung tertutup.
Ø Sistem Common Water Plant
Meliputi Hidrogen Plant, Chlorination Plant, Desalination Plant, Demineralization Plant, Auxiliary Boiler, dan Waste Water Treatment Plant.
Diagram pv dan ts nya ga ada?
BalasHapus