Analisa peningkatan efisiensi dari combined cycle power plant

Transkripsi

1 Analisa peningkatan efisiensi dari combined cycle power plant Paska Lucia Prastika Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Jakarta ISSN Abstrak Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan pembangkit listrik yang minim akan masalah pencemaran karena bahan bakar yang digunakan adalah gas alam. Tetapi pembangkit ini mempunyai suhu keluaran yang masih cukup tinggi yaitu berkisar Dengan potensi suhu keluaran yang tinggi tersebut maka dikembangkan prinsip combined cycle power plant (CCPP). Prinsip ini merupakan gabungan dari siklus PLTG dan siklus pada pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). Suhu keluaran tersebut dinilai berpotensi untuk memanaskan air dalam tube-tube Heat Recovery Stem Generator (HRSG) hingga berubah fasa menjadi uap. Uap yang terbentuk akan digunakan untuk menggerakan Steam Turbine Generator (STG). Adapun keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan prinsip CCPP yaitu penghematan bahan bakar untuk proses pembentukan uap. Proses pembentukan uap tidak menggunakan bahan bakar tetapi memanfaatkan suhu keluaran dari Gas Turbine Generator (GTG).Pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui berapa besar peningkatan efisiensi yang didapatkan ketika dilakukan prinsip CCPP. Metode yang digunakan untuk mencapai tujuan tersebut yaitu dengan berpedoman pada prinsip siklus brayton dan prinsip siklus rankine. Dalam penelitian ini dianalogikan HRSG seperti Boiler pada PLTU. Kemudian hasil akhir yang didapatkan dari penelitian ini adalah menurunkan suhu keluaran agar mengurangi pemanasan global dan peningkatan daya listrik yang dibangkitkan saat digunakan prinsip CCPP. Kata kunci : suhu keluaran, CCPP, HRSG, efisiensi, brayton cycle, rankine cycle Abstract Gas power plant (power plant) is a power generation will be minimal pollution problems because the fuel used is natural gas. But this plant has the output temperature is still quite high, ranging from With the potential for high output temperature is then developed the principle of a combined cycle power plant (CCPP). This principle is a combination of cycles and cycle power plant in steam power plant (power plant). The outlet temperature was considered potentially to heat water in tubes Stem Heat Recovery Generator (HRSG) to change phase into vapor. The steam that is formed will be used to move the Steam Turbine Generator (STG). The advantages gained by using the CCPP principle that fuel savings for the formation of steam. Steam formation process does not use fuel but utilizing the output temperature of Gas Turbine Generator (GTG).In this study aims to determine how large an increase in efficiency is obtained when done CCPP principle. The method used to achieve these objectives is based on the principle brayton cycle and Rankine cycle principle. In this study as analogous HRSG boiler in the power plant. Then the final results obtained from this study is to lower the temperature of the output in order to reduce global warming and an increase in electrical power generated during use principle CCPP. Keywords: outlet temperature, CCPP, HRSG, efficiency, brayton cycle, cycle rankine I. PENDAHULUAN Latar Belakang Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) merupakan pembangkit listrik gabungan antara Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) dan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Pembangkitan gabungan ini disebut dengan Pembangkitan Listrik Siklus Ganda (Combined Cycle Power Plant). PLTGU memiliki peralatan utama yang terdiri dari GTG (Gas Turbine Generator), HRSG (HeatRecovery Steam Generator) dan STG (Steam Turbine Generator) serta alat pendukung lainnya. Dalam PLTGU, salah satu bagian yang berperan penting adalah turbin uap. Daya yang dihasilkan oleh turbin uap pada PLTGU tidak terlepas dari peran HRSG sebagai penyuplai uap dan peran GTG sebagai penyuplai panas. Exhaust temperature GTG berkisar dimanfaatkan untuk memanaskan air di HRSG hingga membentuk uap. Daya dari turbin uapditentukan oleh seberapa besar laju energi uap yang dapat dimanfaatkan untuk memutar sudu turbin terhadap laju energy panas gas buang yang diberikan oleh exhaust GTG. Maka tujuan utama dari PLTGU yaitu untuk meningkatkan efisiensi termal. Maka dari itu, untuk mengetahui secara aktual seberapa besar peningkatan efisiensi termal pada PLTGU diperlukan perhitungan effisiensi 430

2 dari GTG,HRSG dan STG. II. EKSPERIMEN Pembangkit listrik dengan siklus gabungan pada dasarnya terdiri dari dua siklus utama, yakni siklus Brayton (siklus gas) dan siklus Rankine (siklus uap) dengan GTG dan STG yang menyediakan listrik ke jaringan. Dalam pengoperasian GTG, panas gas buang sisa ekspansi pada turbin gas mempunyai suhu yang relatif tinggi yaitu 750 C C sehingga jika dibuang langsung ke atmosfer merupakan kerugian energi. Oleh karena itu, panas hasil buangan GTG dimanfaatkan sebagai sumber panas ketel uap yang dalam hal ini disebut Heat Recovery Steam Generator (HRSG). Skema pembangkit dengan siklus gabungan ditunjukkan pada gambar 1: Gambar 1 Skema Pembangkit Siklus Gabungan Pembangkit daya seperti gambar 1 diatas, menghasilkan efisiensi yang tinggi dan keluaran daya yang lebih besar serta temperature panas buang yang lebih kecil. Penurunan temperature panas buang dikarenakan pemanfaatan panas dari GTG untuk memanaskan air pada HRSG. Tinjauan Termodinamika Siklus Gabungan untuk PLTGU. Proses yang terjadi pada siklus gabungan dapat dapat dilihat diagram T-s pada gambar 2 : Gambar 2 Diagram T-s Siklus Gabungan untuk PLTGU 431

3 Proses yang terjadi pada kedua siklus, yaitu : Siklus gas atau siklus Brayton : Udara atmosferdikompresikan oleh kompresor (1) sehingga terjadi perubahan tekanan dari P1 ke P2 dan kemudian mengalirkannya ke dalam ruang bakar (2) dimana di dalam ruang bakar diinjeksikan bahan bakar sehingga dengan adanya suhu dan tekanan ruang bakar yang telah mencapai titik nyala bahan bakar maka terjadilah pembakaran. Pembakaran terjadi pada tekanan konstan P2 dari temperatur T2 hingga T3. Gas hasil pembakaran yang mencapai temperatur T8 berekspansi pada sudu-sudu turbin gas (3) sehingga menghasilkan kerja, dimana sebagian kerja tersebut dipergunakan untuk menggerakkan compressor dan sisanya merupakan kerja berguna untuk memutar beban dalam hal ini generator listrik (4). Siklus uap atau siklus Rankine : gas buangan dari siklus gas (5) memanaskan heat exchanger di HRSG (7) untuk mengubah air umpan menjadi uap kering yang akan digunakan untuk memutar sudu-sudu turbin uap tekanan tinggi (8) dan turbin uap tekanan rendah (9) hingga dapat memutar beban dalam hal ini generator listrik. Setelah melalui beberapa tingkatan sudu turbin kemudian uap dikondensasikan di kondenser (10), selanjutnya air dari kondenser dipompa (6) ke deaerator untuk dipompakan kembali ke HRSG. Pola Operasi HRSG HRSG merupakan peralatan utama dalam siklus kombinasi PLTGU. HRSG adalah ketel uap yang memanfaatkan energi panas sisa gas buang suatu unit GTG untuk memanaskan air dan mengubahnya menjadi uap, dan kemudian uap tersebut dipergunakan untuk menggerakkan turbin uap. Dalam HRSG terdapat beberapa tingkatan heat exchanger yaitu : 1. Low Pressure Economizer 2. Low Pressure Evaporator 3. High Pressure Economizer 4. Low Pressure Superheater 5. High Pressure Evaporator 6. High Pressure Superheater 1 7. High Pressure Superheater 2 Gambar 3 Tingkatan Dalam HRSG. 432

4 Pola gabungan yang dipakai oleh unit dale tempat penulis melakukan observasi adalah (2GTG, 2HRSG, 1STG). III.HASIL DAN PEMBAHASAN Prinsip Dasar Turbin Uap Turbin uap adalah peralatan utama pada unit pembangkit termal tenaga uap yang berfungsi mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Kinerja turbin uap dilihat dari daya dan efisiensi yang dihasilkan. Efisiensi termal turbin uap pada siklus gabungan didefinisikan sebagai persen laju energi uap masuk yang digunakan secara efektif pada putaran turbin yang dihasilkan berbanding dengan laju energi gas buang yang diberikan oleh HRSG. Dasar Teori Efisiensi Efisiensi Carnot adalah efisiensi maksimum dari sebuah proses ideal ideal yang dituliskan dalam persamaan 1 : Pada proses aktual, efisiensi aktual selalu lebih rendah daripada efisiensi carnot karena adanya rugirugi. Rugi-rugi ini terbagi dua yaitu rugi internal dan rugi eksternal. Cara terbaik untuk meningkatkan efisiensi adalah dengan mengurangi rugi-rugi yang dapat dilakukan dengan menaikkan temperatur maksimum siklus atau menurunkan temperatur panas terbuang serendah mungkin. Pada siklus turbin gas tertutup temperatur panas buangan menjadi lebih rendah dibandingkan siklus terbuka karena terjadi pemanfaatan kembali panas buang. Pada siklus uap tertutup, temperatur uap pada siklus tinggi sehingga temperatur panas yang terbuang rendah. Efisiensi termal Combine Cycle terkait dengan efisiensi turbin gas, HRSG dan turbin uap yang merupakan rasio antara penjumlah produksi turbin gas dan turbin uap dengan jumlah energi bahan bakar yang digunakan. Rumus umum untuk efisiensi termal pada PLTGU dengan pola operasi (2GTG, 2HRSG, 1STG) pada persamaan 2 : Pada umumya, rumus daya dan efisiensi dari tiap komponen utama dari PLTGU dengan pola 2GTG, 2HRSG dan 1STG dapat dituliskan dalam persamaan matematis. Untuk kalor masuk dan efisiensi GTG ditunjukkan pada persamaan 4 : 433

5 ISSN Sementara untuk proses HRSG dituliskan secara matematis dalam persamaan 5 : Pada proses STG PLTGU unit dalle energi menggunakan 2 sistem tekanan uap yaitu tekanan uap tinggi dan tekanan uap rendah dituliskan secara matematis dalam persamaan 6 : ) Data Desain Gas Turbine Diverter Damper Inlet Heat Recovery Steam Generator 434

6 Steam Turbine Generator Data Operasi 435

7 IV. KESIMPULAN Data aktual tanggal 3 Februari 2015 peningkatan efisiensi dari combined cycle power plant dengan pola 2 GTG, 2 HRSG, 1 STG setara dengan pembangkitan listrik 18 MW. Pembangkitan ini tidak menggunakan bahan bakar tetapi hanya memanfaatkan sisa panas buang turbin gas. V. DAFTAR PUSTAKA [1] Operating Commissioning Manual, Austrian Energy [2] Anggraini, Septi Analisa Pengaruh Pola Operasi Heat Recovery Steam Generator terhadap Efisiensi Termal Turbin Uap Blok 1 PLTGU Tambak Lorok Semarang.Politeknik Negeri Jakarta. [3] Azmi, Ulil. Pembangkit Listrik Tenaga Uap. plant.global article.ws/id/fans.html. Akses 23 November 2008 [4] BLACK & VEATCH Power Plant Engineering. An International Thomson Publishing Company. CHAPMAN & HALL. [5] Crimi, P V Steam Turbine Technology. GE Power Generations [6] Hick, Tyler Steam Turbine Generator. GE Power Generations. [7] Hoeft, R F. Heavy Duty Steam Turbine Operating & Maintenance Considerations. GE Power Generations GE Gas Turbine. [8] SUWARNA, Skripsi Analisa Pengaruh Variasi Beban Terhadap Unjuk Kerja Turbin Uap. Institut Sains dan Teknologi Nasional. Jakarta. [9] Syahputra, Dhani Analisa Perpindahan Panas. Jakarta: Yudhistira [10] Wijanarko, Wahyu Penulisan Tugas Akhir. Universitas Gajah Mada. 436