Pembangkit Tenaga Listrik

JENIS – JENIS PEMBANGKIT LISTRIK

A.    PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah salah satu pembangkit yang memanfaatkan aliran air untuk diubah menjadi energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan ini biasa disebut sebagai hidroelektrik. Pembangkit listrik ini bekerja dengan cara merubah energi air yang mengalir (dari bendungan atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan generator). Kemudian energi listrik tersebut dialirkan melalui jaringan-jaringan yang telah dibuat, hingga akhirnya energi listrik tersebut sampaikerumahmu.

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) terdiri dari beberapa bagian yaitu:

1. Bendungan

Berfungsi menampung air dalam jumlah besar untuk menciptakan tinggi jatuh air agar tenaga yang dihasilkan juga besar. Selain itu bendungan juga berfungsi untuk pengendalianbanjir.

2. Turbin

Berfungsi mengubah aliran air menjadi energi mekanik. Air yang jatuh akan mendorong baling-baling sehingga menyebabkan turbin berputar. Perputaran turbin ini dihubungkan ke generator. Turbin air kebanyakan bentuknya seperti kincir angin.

3. Generator

Dihubungkan dengan turbin melalui gigi-gigi putar sehingga ketika baling-baling turbin berputar maka generator juga ikut berputar. Generator selanjutnya merubah energi mekanik dari turbin menjadi energi listrik.

4. Jalur Transmisi

Berfungsi mengalirkan energi listrik dari PLTA menuju rumah-rumah dan pusat industri.

Besarnya listrik yang dihasilkan oleh PLTA tergantung dua faktor yaitu,semakin tinggi suatu bendungan, semakin tinggi air jatuh maka semakin besar tanaga yang dihasilkan. Dan semakin banyak air yang jatuh maka turbin akan menghasilkan tenaga yang lebih banyak. Jumlah air yang tersedia tergantung kepada jumlah air yang mengalir di sungai. Di Indonesia terdapat banyak sekali sungai-sungai besar maupun kecil yang terdapat di berbagai daerah. Hal ini merupakan peluang yang bagus untuk pengembangan energi listrik di daerah khususnya daerah yang belum terjangkau energi listrik.

B.     PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP  (PLTU)

Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang di hubungkan ke turbin dimana untuk memutar turbin diperlukan energi kinetik dari uap panas atau kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu-bara dan minyak bakar serta MFO untuk start awal. PLTU yang pertama kali beroperasi di Indonesia yaitu pada tahun 1962 dengan kapasitas 25 MW, suhu 500 ¼C, tekanan 65 Kg/cm2, boiler masih menggunakan pipa biasa dan pendingin generator dilakukan dengan udara. Kemajuan pada PLTU yang pertama adalah boiler sudah dilengkapi pipa dinding dan pendingin generator dilakukan dengan hidrogen, namun kapasitasnya masih 25 MW. Bila dayanya ditingkatkan dari 100 - 200 MW, maka boilernya harus dilengkapi super hiter, ekonomizer dan tungku tekanan. Kemudian turbinnya bisa melakukan pemanasan ulang dan arus ganda dan pendingin generatornya masih menggunakan hidrogen. Hanya saja untuk kapasitas 200 MW uap yang dihasilkan mempunyai tekanan 131,5 Kg/cm2 dan suhu 540 ¼C dan bahan bakarnya masih menggunakan minyak bumi.

Ketika kapasitas PLTU sudah mencapai 400 MW maka bahan bakarnya sudah tidak menggunakan minyak bumi lagi melainkan batu bara. Batu bara yang dipakai secara garis besar dibagi menjadi dua bagian yaitu batu bara berkualitas tinggi dan batu bara berkualitas rendah. Bila batu bara yang dipakai kualitasnya baik maka akan sedikit sekali menghasilkan unsur berbahaya, sehingga tidak begitu mencemari lingkungan. Sedang bila batu bara yang dipakai mutunya rendah maka akan banyak menghasilkan unsur berbahaya seperti Sulfur, Nitrogen dan Sodium. Apalagi bila pembakarannya tidak sempurna maka akan dihasilkan pula unsur beracun seperti CO, akibatnya daya guna menjadi rendah.

 

PLTU batu bara 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% dari total daya terpasang). Pada tahun 2003 kapasitasnya diperkirakan sekitar 12.100 MW (37%), tahun 2008/09 mencapai 24.570 MW (48%) 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% 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% 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.

C.     PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS  (PLTG)

Pusat listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan kebutuhannya. Adapun kekurangan dari turbin gas adalah sifat korosif pada material yang digunakan untuk komponen-komponen turbinnya karena harus bekerja pada temperature tinggi dan adanya unsur kimia bahan bakar minyak yang korosif (sulfur, vanadium dll), tetapi dalam perkembangannya pengetahuan material yang terus berkembang hal tersebut mulai dapat dikurangi meskipun tidak dapat secara keseluruhan dihilangkan. Dengan tingkat efisiensi yang rendah hal ini merupakan salah satu dari kekurangan sebuah turbin gas juga dan pada perkembangannya untuk menaikkan efisiensi dapat diatur/diperbaiki temperature kerja siklus dengan menggunakan material turbin yang mampu bekerja pada temperature tinggi dan dapat juga untuk menaikkan efisiensinya dengan menggabungkan antara pembangkit turbin gas dengan pembangkit turbin uap dan hal ini biasa disebut dengan combined cycle.

Prinsip Kerja Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Pusat listrik tenaga gas (PLTG) mempunyai beberapa peralatan utama seperti:

1.    Turbin gas (Gas Turbine).

2.    Kompresor (Compressor).

3.    Ruang Bakar (Combustor).

Prinsip kerja dari sebuah PLTG didasarkan pada siklus Brayton seperti pada diagram  (p, v dan t, s) dibawah ini  :

Mula-mula udara dari atmosfir ditekan didalam kompresor hingga temperature dan tekanannya naik dan proses ini biasa disebut dengan proses kompresi dimana sebagian udara yang dihasilkan ini digunakan sebagai udara pembakaran dan sebagiannya digunakan untuk mendinginkan bagian-bagian turbin gas. Didalam ruang bakar sebagian udara pembakaran tersebut akan bercampur dengan bahan bakar yang diinjeksikan kedalamnya dan dipicu dengan spark plug akan menghasilkan proses pembakaran hingga menghasilkan gas panas (energi panas) dengan temperature dan tekanan yang tinggi, dari energi panas yang dihasilkan inilah kemudian  akan dimanfaatkan untuk memutar turbin dimana didalam sudu-sudu gerak dan sudu-sudu diam turbin, gas panas tersebut temperature dan tekanan mengalami penurunan dan proses ini biasa disebut dengan proses ekspansi.

Selanjutnya energi mekanis yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk memutar generator hingga menghasilkan energi listrik. Ada beberapa macam siklus kerja turbin gas sebagai berikut :

·       Turbin gas siklus terbuka (open cycle).

Seperti pada proses kerja turbin gas diatas, dimana gas panas yang diekspansi didalam turbin akan menghasilkan gas bekas (flue gas) dengan temperature yang masih cukup tinggi dan tekanan diatas sedikit dari tekanan atmosfir, selanjutnya gas bekas ini dibuang atau dialirkan ke udara luar, yang ditunjukkan seperti pada gambar dibawah.

 ·       Turbin gas siklus tertutup (closed cycle).

Seperti pada proses kerja turbin gas diatas, dimana gas panas yang diekspansi didalam turbin akan menghasilkan gas bekas (flue gas) dengan temperature yang masih cukup tinggi dan tekanan diatas sedikit dari tekanan atmosfir, selanjutnya gas bekas ini dialirkan ke kedalam penukar panas (heat rejected) untuk didinginkan dengan menggunakan media pendingin air atau udara hingga temperaturnya turun dan dialirkan lagi kedalam sisi masuk (suction) kompresor untuk dikompresi lagi, yang ditunjukkan seperti pada gambar dibawah.

  

 ·       Turbin gas siklus terbuka dilengkapi dengan regenerator.

Seperti pada kedua proses kerja turbin gas diatas, dimana gas panas yang diekspansi didalam turbin akan menghasilkan gas bekas (flue gas) dengan temperature yang masih cukup tinggi dan tekanan diatas sedikit dari tekanan atmosfir, selanjutnya gas bekas (flue gas) ini dialirkan kedalam heat exchanger yang dikenal dengan istilah regenerator dimana didalamnya gas bekas ini digunakan untuk memanaskan udara keluar kompresor sebelum digunakan sebagai udara pembakaran didalam ruang bakar (combustion chamber), seperti ditunjukkan pada gambar dibawah.

·       Turbin gas siklus terbuka dilengkapi dengan intercooler, regenerator dan reheater.

Pada siklus ini baik kompresor maupun turbin gas masing-masing terdiri dari 2 (dua) bagian yang terpisah dan biasa disebut dengan kompresor tekanan rendah dan kompresor tekanan tinggi serta turbin gas tekanan rendah dan turbin gas tekanan tinggi. Aliran udara dan gas-gas yang dihasilkan dapat dijelaskan sebagai berikut, mula-mula udara atmosfir masuk kedalam kompresor tekanan rendah untuk dikompresi, dari udara tekan yang dihasilkan dialirkan kedalam intercooler untuk didinginkan hingga menghasilkan temperature dan kelembaban serta tekanan yang diinginkan dengan menggunakan media pendingin air atau media pendingin lainnya, dari sini udara tersebut dialirkan kedalam kompresor tekanan tinggi untuk dikompresi lagi hingga menghasilkan temperature yang tinggi dan tekanan dengan kepadatan yang lebih tinggi. Dari keluaran kompresor tekanan tinggi udara tersebut dialirkan kedalam regenerator untuk mendapatkan temperature yang lebih tinggi lagi yang bertujuan untuk memudahkan terjadinya proses pembakaran dengan melalui media pemanas gas bekas/buang (flue gas) yang memanfaatkan gas bekas hasil dari turbin tekanan rendah. Selanjutnya udara keluaran dari regenerator dialirkan kedalam ruang bakar utama (primary combustion chamber) yang menghasilkan proses pembakaran dan dari proses ini dihasilkan gas panas yang digunakan untuk memutar turbin tekanan tinggi, hasil ekspansi gas panas dari turbin tekanan tinggi ini berupa gas bekas (flue gas) dialirkan kedalam ruang bakar kedua (secondary combustion chamber) dan biasa disebut juga dengan reheater chamber yang selanjutnya gas bekas tersebut digunakan untuk udara pembakaran didalamnya yang mampu menghasilkan gas panas lagi dan digunakan untuk memutar turbin tekanan rendah, siklus tersebut diatas seperti ditunjukkan pada gambar dibawah.

Dari ketiga terakhir siklus turbin gas diatas secara keseluruhan dimaksudkan untuk menghasilkan sebuah pusat listrik tenaga gas (PLTG) dengan tingkat efisiensi yang diharapkan lebih tinggi dari turbin gas siklus terbuka.

Adapun sebagai pendukung pusat listrik tenaga gas ini digunakan beberapa alat bantu (auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin gas berjalan dengan baik, seperti  :

1.    Sistem pelumas (lube oil system).

2.    Sistem bahan bakar (fuel system).

3.    Sistem pendingin (cooler system).

4.    Sistem udara kontrol (air control system).

5.    Sistem hidrolik (hydraulic system).

6.    Sistem udara tekan (air pressure system).

7.    Sistem udara pengkabutan (atomizing air system).

D.    PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS DAN UAP  (PLTGU)

PLTGU merupakan suatu instalasi peralatan yang berfungsi untuk mengubah energi panas (hasil pembakaran bahan bakar dan udara) menjadi energi listrik yang bermanfaat. Pada dasarnya, sistem PLTGU ini merupakan penggabungan antara PLTG dan PLTU. PLTU memanfaatkan energi panas dan uap dari gas buang hasil pembakaran di PLTG untuk memanaskan air di HRSG (Heat Recovery Steam Genarator), sehingga menjadi uap jenuh kering. Uap jenuh kering inilah yang akan digunakan untuk memutar sudu (baling-baling). Gas yang dihasilkan dalam ruang bakar pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) akan menggerakkan turbin dan kemudian generator, yang akan mengubahnya menjadi energi listrik. Sama halnya dengan PLTU, bahan bakar PLTG bisa berwujud cair (BBM) maupun gas (gas alam). Penggunaan bahan bakar menentukan tingkat efisiensi pembakaran dan prosesnya. 

 

Prinsip Kerja

Prinsip kerja PLTG adalah sebagai berikut, mula-mula udara dimasukkan kedalam kompresor dengan melalui air filter / penyaring udara agar partikel debu tidak ikut masuk ke dalam kompresor tersebut. Pada kompresor tekanan udara dinaikkan lalu dialirkan ke ruang bakar untuk dibakar bersama bahan bakar. Disini, penggunaan bahan bakar menentukan apakah bisa langsung dibakar dengan udara atau tidak.

Jika menggunakan BBG, gas bisa langsung dicampur dengan udara untuk dibakar. Tapi jika menggunakan BBM harus dilakukan proses pengabutan dahulu pada burner baru dicampur udara dan dibakar. Pembakaran bahan bakar dan udara ini akan menghasilkan gas bersuhu dan bertekanan tinggi yang berenergi (enthalpy). Gas ini lalu disemprotkan ke turbin, hingga enthalpy gas diubah oleh turbin menjadi energi gerak yang memutar generator untuk menghasilkan listrik.

Setelah melalui turbin sisa gas panas tersebut dibuang melalui cerobong/stack. Karena gas yang disemprotkan ke turbin bersuhu tinggi, maka pada saat yang sama dilakukan pendinginan turbin dengan udara pendingin dari lubang udara pada turbin.Untuk mencegah korosi akibat gas bersuhu tinggi ini, maka bahan bakar yang digunakan tidak boleh mengandung logam Potasium, Vanadium, dan Sodium yang melampaui 1 part per mill (ppm).