Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

  Definisi Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

 

PLTU adalah pembangkit tenaga listrik yang mempergunakan energi kinetik uap air untuk menggerakan turbin. Kemudian turbin dikopel dengan poros generator, maka akan dibangkitkan energi/tenaga listrik.

            Komponen utama pada system PLTU adalah :

1.     ketel uap yang merupakan pembuat uap

2.     turbin uap yang merupakan penggerak utama

3.     alternator/generator, pembangkit tanaga listrik

4.     super heater, pemanas uap lanjut

5.     ekonomiser, pemanas pendahuluan air

6.     kondensor, pendingin uap

Ketel uap berfungsi sebagai tempat untuk menghasilkan uap, energi kinetiknya digunakan untuk memutar turbin. Uap yang dihasilkan mempunyai suhu dan tekanan tertentu sedemikian hingga dapat beroperasi seefesien mungkin. Biasanya ada perbedaan temperature untuk unit daya rendah dan untuk unit daya tinggi, missal : 125^○ C (daya rendah) dan 650^○ C (daya tinggi).

Turbin merupakan mesin penggerak, di mana energi fluida kerja dipergunakan langsung untuk memutarnya. Dengan adanya energi kinetis uap yang digunakan langsung untuk memutar turbin, maka dapat dikatakan juga disini, bahwa kemajuan teknologi turbin banyak dipengaruhi oleh kondisi uap yang dihasilkan. Tujuan yang ingin dicapai oleh teknologi turbin adalah mengambil manfaat sebesar-besarnya dari energi fluida kerja yang tersedia, mengubahnya menjadi energi mekanis dengan efesiensi maksimum.

Turbin uap dapat merupakan turbin impuls atau turbin reaksi. Turbin impuls adalah turbin di mana proses ekspansi (penurunan tekanan) dari fluida kerjanya hanya terjadi di dalam baris sudu-sudu tetapnya saja. Sedangkan turbin reaksi adalah turbin di mana proses ekspansi dari fluida kerjanya terjadi di dalam baris sudu-sudu tetap maupun sudu-sudu geraknya.

Turbin impuls dapat merupakan impuls sederhana (bertingkat tunggal), turbin impuls kecepatan bertingkat (turbin Curtis) dan turbin impuls tekanan bertingkat (turbin Rateau). Sedangkan di dalam turbin reaksi proses ekspansi (penurunan tekanan) terjadi baik di dalam baris-baris sudu tetap maupun sudu geraknya. Turbin reaksi juga dinamai Parsons. Generator merupakan mesin pembangkit tenaga listrik yang energi mekanisnya diperoleh dari gerak rotasi turbin

 

Ada dua system dalam pembangkitan tenaga listrik, yaitu :

• System tertutup
• System terbuka

Pada PLTU tanpa kondensasi, uap yang keluar dari turbin mempunyai tekanan lebih besar dari tekanan atmosfir. Uap ini dapat digunakan untuk memanasi air yang akan masuk ketel atau untuk proses-proses industri lain.

Gambar sistem terbuka

 

Gambar system tertutup

 

Gambar economizer

Tipe-tipe pemanas

 

Overder                             Interdek

 

Intertube                             Interbank

 

Gambar turbin uap

 

Keterangan :

 

1. bantalan motor                    4. katub turbin                         7. rotor generator

2. motor turbin                        5. jalan keluar uap                  8. stator generator

3. rumah turbin                       6. uap ke kompresor               9. penguat generator

 

Pada PLTU dengan kondensasi, uap yang keluar dari turbin masuk ke dalam kondensor, uap ini dikondensasikan, sehingga menghasilkan air. Air ini disebut air kondensat. Tekanan dalam kondensor lebih kecil dari tekanan atmosfir (tekanan dalam kondensor dikurangi oleh pompa vakum).

Keuntungan utama dari system dengan kondensasi adalah penambahan energi yang dapat diambil per kilogram uap dan daya yang lebih besar dan daya yang lebih besar dan dapat dibangkitkan oleh turbin tersebut, jika dibandingkan dengan system tanpa kondensasi. Bahan bakar yang digunakan pada PLTU ada dua macam, yaitu batubara dan residu.

Adapun cara kerja/prinsip kerja PLTU adalah berdasarkan siklus Rankine. Siklus Rankine terdiri dari beberapa proses sebagai berikut :

1. Proses pemompaan isentropik, di dalam pompa
2. Proses pemasukan kalor atau pemanasan pada tekanan konstan, di dalam ketel
3. Proses ekspansi isentropik di dalam turbin atau mesin uap lainnya
4. Proses pengeluaran kalor atau pengembunan pada tekanan kosntan, di dalam kondensator

 

Secara sederhana prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :

Air masuk ke sistem destilasi (proses pemurnian) menjadi air suling, kemudian ke pompa masuk ke tangki air (reservoir). Kemudian melalui demineraliser, di mana terjadi pemisahan mineral-mineral, air dimasukkan ke dalam tangki berikutnya. Temperatur iar di sini sekitar 34○ C. Melalui ekonomiser air ditingkatkan suhunya, kemudian ke pemanas tekanan rendah ke pemanas tekanan tinggi, sampai suhu 70○ C. Pemanasan ini perlu dilakukan untuk menghindari adanya tekanan termal (perubahan suhu mendadak) yang akan merusak tabung boiler. Sesudah melalui pemanasan ini, air dialirkan ke boiler untuk diuapkan. Selanjutnya ke pemanas lanjut  primer dan pemanas lanjut sekunder mengalir menggerakkan turbin.

Dalam kenyataannya siklus sistem turbin uap menyimpang dari siklus Rankine, hal ini disebabkan beberapa faktor, yaitu :

1. Kerugian dalam pipa/saluran  fluida kerja, yaitu kerugian gesekan dan kerugian kalor ke atmosfer sekitarnya, menyebabkan tekanan dan temperatur uap masuk turbin menjadi lebih rendah dari pada keadaan yang ideal.
2. Di dalam ketel uapnya sendiri juga terjadi kerugian tekanan, dengan demikian, maka air masuk ke dalam ketel harus bertekanan lebih tinggi daripada tekanan uap yang harus dihasilkan, sehingga diperlukan kerja pompa yang lebih besar pula.
3. Kerugian energi di dalam turbin terutama terjadi karena adanya gesekan antara fluida kerja dan bagian-bagian dari turbin
4. Kerugian yang dialami oleh pompa-pompa
5. Kerugian lain-lain diantaranya kerugian kerugian kalor ke atmosfer dan kerugian di dalam kondensator

Salah satu usaha untuk meningkatkan efesiensi turbin adalah dengan jalan menaikkan tekanan uap dan pemanasan ulang. Dengan pemanasanulang bukan saja diperoleh efesiensi yang lebih baik, tetapi juga untuk menghindari uap keluar turbin dengan kadar air yang terlampau tinggi. Dengan pemanasan ulang, turbin dibagi menjadi dua bagian, yaitu : turbin tekanan tinggi dan turbin tekanan rendah. Uap yang keluar dari turbin tekanan tinggi dipanaskan kembali dalam ketel, kemudian masuk dalam turbin tekanan rendah. Tipe ini dapat dibedakan atas pemakaian bahan bakarnya, yaitu minyak, batu bara dan gas.

Perbedaan penggunaan bahan bakar ini menyebabkan perbedaab instalasi sistem proses pembakaran untuk mendapatkan kalor panas; selain itu perbedaan lainnya adalah bahwa PLTU batu bara memerlukan halaman untuk penampungan batu bara, pengopak dan pengakut minyak, sedangkan PLTU gas juga memerlukan peralatan ini.

 

Siklus Rankine Dengan Pemanasan Ulang

 

Diagram P-V Siklus Rankine

 

Diagram TS Siklus Rankine

 

Diagram HS Siklus Rankine

 

Siklus Konversi  energi

Dalam PLTU, energi primer berupa bahan bakar (batubara / minyak / gas) dikonversikan menjadi listrik (energi sekunder), dg tahapan sbb:

Pertama, energi kimia dlm bahan bakar dikonversikan menjadi energi panas dalam ruang bakar boiler, dlm proses pembakaran

Kedua, energi panas tsb diatas selanjutnya dikonversikan menjadi energi dalam uap (enthalpy) di boiler, melalui proses perpindahan panas

Ketiga, energi dalam uap(enthalpy) selanjutnya dikonversikan menjadi energi mekanik / berupa putaran pada turbin uap

Terakhir energi mekanik dari turbin uap dikonversikan menjadi energi listrik pada generator

Siklus air dan uap

a.  Air dipompakan masuk kedalam boiler

b.  Bahan bakar disemprotkan kedalam ruang bakar bersama udara pembakaran

c.  Bahan bakar dan udara pembakaran tsb dinyalakan dalam ruang bakar

d.  Hasil pembakaran dari bahan bakar tsb merubah energi kimia yang terkandung dlm bahan bakar menjadi energi panas

e.  Energi panas hasil pembakaran tsb dipindahkan ke air yang ada dalam pipa-pipa boiler (secara radiasi, konveksi, konduksi), shg air berubah menjadi uap dg suhu dan tekanan tertentu

f.   Udara pembakaran yg dimasukkan kedalam ruang bakar untuk mensuplai oksigen yang diperlukan dlm proses pembakaran

g.  Udara ini disuplai dg menggunakan Kipas Tekan Paksa dan Kipas Hisap Paksa

Gas buang sisa hasil pembakaran yg masih mempunyai suhu yang tinggi selanjutnya dimanfaatkan untuk:

Menaikkan suhu uap pada Super Heater (SH)

Menaikkan suhu uap pada Reheater (RH)

Menaikkan suhu air pengisi masuk boiler pada Economiser (Eco)

Menaikkan suhu udara pembakaran yang masuk keruang bakar pada Air Heater (AH)

Selanjutnya gas buang ini disalurkan ke cerobong untuk dibuang. Namun sebelum disalurkan ke cerobong, perlu dikendalikan suhunya agar jangan terlalu rendah yang dapat berakibat cepatnya laju korosi pd element AH sisi dingin. Disamping itu untuk mencegah pencemaran lingkungan, abu terbang (fly ash) yg terkandung dalam gas buang perlu ditangkap dalam Electrostatic Precipitator (EP)

Uap dari boiler setelah dinaikkan suhunya pd SH dimasukkan ke High Pressure     HP) Turbine

Uap dari HP turbine, dimasukkan ke RH untuk dinaikkan suhunya sebelum dimasukkan ke Intermediate Pressure (IP) Turbine

Uap dari IP turbine langsung dimasukkan ke Low Pressure (LP) Turbine

Di dalam turbin-turbin inilah energi dalam uap / enthalpy dikonversikan menjadi energi mekanik

h.   Dari LP turbine, uap bekas dimasukkan ke kondensor untuk diembunkan / diubah menjadi air kembali dan ditampung di hotwell (uap tidak bisa dipompa karena itulah diubah menjadi air)

i.    Dari hotwell air kondensat tsb dipompa dg pompa kondesat melalui pemanas awal tekanan rendah menuju deaerator / tanki air pengisi

j.    Dari tanki dearator, air pengisi ketel dipompa dg pompa air pengisi menuju drum boiler melalui economizer