ANALISIS EFISIENSI SIKLUS COMBINE CYCLE POWER PLANT (CCPP) GAS TURBINE GENERATOR TERHADAP BEBAN OPERASI PT KRAKATAU DAYA LISTRIK

Transkripsi

1 ANALISIS EFISIENSI SIKLUS COMBINE CYCLE POWER PLANT (CCPP) GAS TURBINE GENERATOR TERHADAP BEBAN OPERASI PT KRAKATAU DAYA LISTRIK * Dr. Ir. Eflita Yhana, MT a, Rig Muhammad Herriza b a,b Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Dipnegr Jl. Prf. Sedart, SH, Kampus Undip Tembalang, Semarang, Indnesia 5075 * rherriza@gmail.cm ABSTRAK Turbin Gas Generatr umumnya mengalami perubahan beban untuk memenuhi kebutuhan daya listrik yang berubah sewaktu-waktu, sesuai dengan permintaan knsumen. Beban dari turbin gas yang berubah-ubah akan berpengaruh terhadap kinerja dari tiap-tiap kmpnennya antara lain kmpresr, cmbustin chamber, dan turbin gas. Dalam merespn perubahan beban yang terjadi, maka suplai bahan bakar, udara pembakaran, serta gas buang yang akan di prses di HRSG untuk mengperasikan turbin uap ikut berubah pula. Hal tersebut akan berpengaruh pada kinerja dan efisiensi dari gas turbin tersebut. Dengan mengetahui efisiensi siklus pada tiap beban maka diperleh grafik efisiensi siklus pada turbin gas generatr sehingga diketahui perbedaan nilai efisiensi siklus pada tiap variasi pembebanan [1]. Analisa efisiensi siklus Gas Turbin Generatr dilakukan pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap melalui perhitungan efisiensi kmpresr, dan efisiensi turbin gas, tanpa memperhitungkan efisiensi yang terjadi di ruang bakar. Selain itu analisa efisiensi gas turbin generatr juga menghasilkan nilai efisiensi dari tiap pembebanan yang terjadi di turbin gas generatr Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap. Data temperatur dan tekanan yang diperleh telah tercatat melalui layanan sistem perasi interface. Dari hasil perhitungan pada turbin gas Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap diperleh nilai efisiensi siklus turbin gas generatr yang berbahan bakar gas alam (metan) sebesar 31.8% pada pembenanan 3, 38.71% pada pembebanan 7, dan 45.56% pada pembebanan 33. Dari hasil perhitungan efisiensi pada 3 prses pembebanan diketahui bahwa semakin besar pembebanan dilakukan maka efisiensi yang dihasilkan mesin semakin tinggi. Kata kunci: Efisiensi siklus, pembebanan, turbin gas generatr. 1. PENDAHULUAN Perkembangan pada bidang industri, prperti, teknlgi serta semakin meningkatnya jumlah penduduk menyebabkan kebutuhan energi listrik di Indnesia semakin bertambah sehingga diperlukan pengembangan pada sistem pembangkit dan juga pemanfaatan listrik secara efisien baik dari segi penggunaan maupun prses pembangkitan energi listrik itu sendiri [1]. Menganalisa jumlah energi yang dihasilkan dari sebuah pembangkit serta perawatan pada kmpnen kmpnen pembangkit merupakan faktr penting dalam menjaga agar efisiensi sekitar 70% - 90%. Gas Turbin Generatr merupakan salah satu kmpnen penyusun dari Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap. Turbin Gas Generatr umumnya mengalami variasi pembebanan setiap waktunya sesuai dengan permintaan knsumen. Beban dari turbin gas yang berubah setiap waktu mempengaruhi kinerja dari tiap-tiap kmpnennya yaitu kmpresr, ruang bakar dan turbin gas. Dalam merespn perubahan beban yang terjadi, maka suplai bahan bakar, udara pembakaran, serta gas buang yang akan di prses di HRSG untuk mengperasikan turbin uap ikut berubah pula Salah satu penelitian mengenai keterkaitan efisiensi turbin gas dengan pembebanan pernah dilakukan leh Ir. Naryn dan Lukman Budin, Universitas Muhammadiyah Jakarta []. Pada penelitian tersebut, didapatkan nilai efisiensi dengan variasi beban 90, 100, 110, 15, dan 136 pada turbin gas dengan kapasitas terpasang 145. Nilai efisiensi yang dihasilkan adalah %, %, 34.41%, 35.07%, dan 35.55% untuk setiap variasi beban. Dari nilai tersebut masih terglng baik karena turbin gas generatr dengan kapasitas dikatakan memiliki efisiensi siklus yang baik apabila efisiensinya berada diantara 30% 46%. Pada penelitian ini diketahui bahwa semakin besar prses pembebanan maka semakin besar efisiensinya, namun jika efisiensinya semakin menurun seiring dengan besar pembabanan yang terjadi maka terjadi cacat pada turbin dan turbin gas harus di maintenance atau bahkan di verhaul [1]. Pada penelitian ini, analisa dilakukan untuk mengetahui efisiensi dari tiap pembebanan yang terjadi pada turbin gas generatr dengan kapasitas terpasang 40 pada variasi pembebanan 3, 7, dan 33.

2 . METODOLOGI PENELITIAN Pada Gambar 1 dibawah menjelaskan tentang metde penelitian. Penelitian dilakukan pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap. Untuk mendukung analisa, metde pengambilan data temperatur serta tekanan keluar dan masuk turbin yang diperleh telah tercatat melalui layanan sistem perasi interface. Dalam perhitungan dan penglahan data dilakukan secara analitik. Setelah dilakukan analisa akan diketahui besarnya nilai efisiensi siklus gas turbin generatr pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap. Mulai Identifikasi Masalah Pengambilan Data Tidak Data T 1 > 0 0 C, P 1 > bar Data T > 80 0 C, P > 7 bar Ya Penglahan Data Kesimpulan dan Saran Selesai Gambar 1. Diagram Alir Metde Penelitian

3 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian dilakukan pada tanggal 10 Februari 016. Tabel 1 menjelaskan data penelitian yang dibutuhkan untuk melakukan analisa. Data penelitian yang diperlukan adalah temperatur dan tekanan pada inlet kmpresr, turbin gas dan utlet turbin gas serta nilai steam mass flw rate berdasarkan variasi beban 3 (57.5% dari kapasitas terpasang), 7 (57.5% dari kapasitas terpasang), dan 33 (67.5% dari kapasitas terpasang) [3]. Tabel 1. Data Operasinal Turbin Gas pada tanggal 10 Februari 016 [3]. N Item Variasi Pembebanan Satuan Ntasi Keterangan T 1 Temperature Inlet Cmpressr C Temperature Outlet. T Cmpressr C T 3 Temperatur Inlet Turbin C T 4 Temperatur Output Turbin C P 1 Pressure Inlet Cmpressr bar P Pressure Outlet Cmpressr bar LHV Nilai Bahan Bakar Gas Alam Kcal/kg Laju Aliran Bahan Bakar Gas m& f Alam Kg/s Pada Gambar menjelaskan tentang siklus Braytn dan diagram T-S sebagai dasar penghitungan efisiensi turbin gas. Udara masuk ke kmpresr kemudian udara luar dikmpresi menjadi udara bertekanan tinggi dan disalurkan menuju cmbustin chamber. Setelah udara masuk, api dinyalakan menggunakan spark plug (percikan busi) sebagai sumber pembakaran. Kemudian bahan bakar berupa gas alam diinjeksi ke dalam ruangan tersebut. Pembakaran ini menghasilkan gas bersuhu dan bertekanan tinggi dengan tingkat energi (entalpi) yang besar. Gas ini kemudian disalurkan ke turbin sehingga energi panas diubah leh turbin menjadi energi gerak yang akan memutar generatr untuk menghasilkan listrik dan gas sisa buangan [4]. T P T 3 P 3 T 1 T 4 P 4 P 1 a. b. Gambar. Siklus Braytn (a) dan Diagram T-S (b) [4]. Dari diagram T-S pada Gambar diketahui bahwa terdapat kndisi ideal dan kndisi aktual yang terjadi saat pengperasian turbin. Garis putus-putus pada prses 1- dan 3-4 menggambarkan kndisi aktual dan garis tegas menunjukan kndisi ideal pada.

4 3.1 Penglahan Data Data yang dilah adalah data Turbin gas dengan beban 33 yang terdapat pada Tabel 1. Untuk mencari nilai efisiensi yang dihasilkan gas turbin generatr, pada Tabel menunjukan nilai entalpi dari Ideal Gas Prperties f Air untuk mencari T 1, T, T 3, dan T 4. Tabel. Ideal Gas Prperties f Air [5]. Berdasarkan Tabel diketahui nilai entalpi dari T 1 = 305K (temperatur masuk kmpresr) sebesar 305. kj/kg atau kcal/kg. Untuk mengetahui nilai entalpi yang tidak tertera pada Tabel digunakan persamaan inteplasi linier untuk memperleh nilainya. Diketahui nilai T = 63K, berdasarkan Tabel letaknya berada diantara T=60, dan 630K maka didapatkan nilai h adalah kcal/kg. T - T T - T h h - h h h h atas bawah bawah atas bawah bawah h = kj/kg = kcal/kg - Dengan menggunakan persamaan yang sama diperleh nilai entalpi (h) dari T 1, T, T 3, dan T 4. Data entalpi aktual dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Data Entalpi Aktual Turbin Gas Pada Beban 33. Item Ntasi Keterangan T ( O C) T (K) h (kcal/kg) T 1 Temperature Inlet Cmpressr T Temperature Outlet Cmpressr T 3 Temperature Inlet Turbine T 4 Temperature Outlet Turbine Untuk mengetahui entalpi ideal maka nilai dari T S (temperatur ideal keluar kmpresr) dan T 4S (temperatur ideal keluar turbin) seperti yang terlihat pada Gambar dapat diketahui dengan persamaan isentrpik pada gas ideal [5]. T p s T1 p1 T s k 1 k 810Kpa 305k 83.5Kpa = K Nilai entalpi dari T S dapat diketahui melalui Tabel 4.

5 Tabel 4. Ideal Gas Heats f Sme Cmmn Gases (Kj/Kg.K) [5]. Berdasarkan Tabel 4 nilai entalpi dari T S dapat diketahui dan dicari menggunakan persamaan interplasi linier, Tabel 4 menunjuka letak T S = K berada diantara T=550, dan 600K maka didapatkan nilai h S adalah kcal/kg. Adapun untuk mencari nilai T 4S cara yang dilakukan sama dengan mencari nilai T S. Nilai T 4S diperleh sebesar K dengan nilai entalpi kcal/kg. seperti pada Tabel 5 yang menunjukan nilai temperatur dan entalpi dalam kndisi ideal pada gas turbin generatr. Tabel 5. Data Entalpi Ideal Turbin Gas Pada Beban 33 Item Ntasi Keterangan T ( O C) T (K) h (kcal/kg) T S Ideal Temperature Outlet Cmpressr T 4S Ideal Temperature Outlet Turbine Untuk menghitung efisiensi siklus pada beban 33 perlu diketahui efisiensi dan kerja dari kmpresr dan turbin juga nilai pembakaran pada ruang bakar. Prses yang terjadi pada Gas Turbin Generatr dapat diketahui pada Gambar. 1) Prses 1- (Kmpresi Isentrpis) Pada tahap 1- yaitu tahapan prses kmpresi. Pada prses kmpresi berlangsung, terjadi gesekan antara udara dan sudu-sudu kmpresr. Temperatur udara keluar dari kmpresr menjadi lebih tinggi dari prses ideal (isentrpis), efisiensi kmpresr menjadi lebih rendah sehingga kerja yang diperlukan untuk kmpresi menjadi lebih besar. Jumlah kerja pada kmpresr bisa dihitung dengan menggunakan rumus kerja aktual kmpresr: m.( h h ) a 1 W & c Pada perhitungan aktual diperlukan nilai efisiensi kmpresr. Karena pada perhitungan ini menggunakan kerugian-kerugian (lsses) pada perhitungannya. Dimana untuk menghitung efisiensi kmpresr dapat digunakan rumus efisiensi kmpresr: c W h h CS c W h h C W c W CS C S = = 86% Sehingga kerja kmpresr dapat diketahui: 156, ( ) W c = kcal/s

6 Berdasarkan efisiensi kmpresr dari perhitungan diatas maka diperleh nilai efisiensi kmpresr pada variasi pembebanan 3, 7 dan 33 seperti pada Tabel 6. Tabel 6. Efisiensi dari Kmpresr Pada Pembebanan 3, 7, dan 33 Efisiensi % % % ) Prses -3 (Pembakaran) Pada tahap -3 yaitu tahapan prses pembakaran di ruang bakar. Pada prses pembakaran, terjadi penurunan tekanan karena adanya gesekan panas dengan bagian bagian dari ruang bakar. Q m&. LHV in f =.3733 x = kcal/s Berdasarkan nilai kalr pada hasil pembakaran diatas maka diperleh nilai kalr pada variasi pembebanan 3, 7 dan 33 seperti pada Tabel 7. Tabel 7. Nilai Kalr hasil Pembakaran Pada Pembebanan 3, 7, dan 33 Kalr Hasil Pembakara (Kcal/s) , , ) Prses 3-4 (Ekspansi Isentrpis Pada Turbin) Pada tahap 3-4 yaitu tahapan prses ekspansi di turbin gas. Pada prses ekspansi berlangsung terjadi gesekan antara gas hasil pembakaran dengan sudu-sudu turbin, sehingga temperatur gas buang yang keluar dari turbin menjadi lebih tinggi dari pada gas ideal (isentrpis). W ( m& m& ).( h h ). ta a f 3 4 t Pada perhitungan aktual diperlukan nilai efisiensi turbin. Karena pada perhitungan ini menggunakan kerugiankerugian (lsses) pada perhitungannya. Dimana untuk menghitung efisiensi turbin dapat menggunakan persamaan dibawah ini: Efisiensi Turbin Wta h3 h4 t Wts h3 h4 s Wta t Wts sehingga didapat kerja pada turbin dapat diketahui : W ( m& m& ).( h h ). ta a f 3 4 t W ( 156, ). ( ).0.97 ta = kcal/s Berdasarkan efisiensi turbin dari perhitungan diatas maka diperleh nilai efisiensi turbin pada variasi pembebanan 3, 7 dan 33 seperti pada Tabel 8. Tabel 8. Efisiensi dari Turbin Gas Pada Pembebanan 3, 7, dan Efisiensi Siklus Turbin Gas Efisiensi % % %

7 Untuk menghitung efisiensi siklus turbin gas secara keseluruhan, dapat dilakukan dengan berikut : Efisiensi Siklus : Wta Wca siklus Q in siklus = = 45.56%. Berdasarkan efisiensi siklus dari perhitungan diatas maka diperleh nilai efisiensi siklus pada variasi pembebanan 3, 7 dan 33 seperti pada Tabel 9. Tabel 9. Efisiensi siklus dari Turbin Gas Generatr Pada Pembebanan 3, 7, dan 33 Efisiensi % % % Dari Tabel 8 diketahui bahwa semakin besar variasi pembebanan pada Turbin Gas Generatr maka semakin besar pula efisiensi yang dihasilkan. Dapet dilihat kenaikan efisiensi Gas Turbin Generatr di grafik efisiensi pada Gambar 3. % W Gambar 3. Grafik Efisiensi Siklus Turbin Gas Pembangkit Tenaga Listrik Tenaga Gas dan Uap

8 4. KESIMPULAN 1. Dari hasil perhitungan efisiensi siklus pada 3 variasi pembebanan diketahui bahwa gas turbin generatr masih dikategrikan dengan kndisi baik. Hal tersebut dibuktikan dengan naiknya efisiensi seiring dengan semakin besarnya variasi pembanan.. Diperleh nilai efisiensi pada pembebanan 3, 7, dan 33 seperti pada Tabel 6. Nilai efisiensi masih terglng baik sebab Menurut Buku Gas Turbine Handbk nd karangan Byce, turbin gas dengan kapasitas dikatakan memiliki efisiensi siklus yang baik apabila berada diantara 30 46% [6]. 5. DAFTAR PUSTAKA [1] Ristyant, A., Windart,J, and Handk, S. Simulasi Perhitungan Efisiensi Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Rembang. [] Naryn, Lukman Budin. (013). Analisis Efisiensi Turbin Gas Terhadap Beban Operasi PLTGU Muara Tawar Blk 1. Sintek Vl 7 N [3] Krakatau Daya Listrik (KDL) (011), Retrieved February 5, 016, frm [4] Onny (016). Artikel Teknlgi. Retrieved February 6, 016. Frm [5] Mran, Michael J,dan Shapir, Hward N. Fundamentals f Engineering Thermdynamics 5th Editin. [6] Maherwan P. Byce. (00). Gas Turbine Engineering Handbk (nd ed). Texas: Gulf Publishing Cmpany

9 NOMENKLATUR Simbl Keterangan Satuan Temperatur Lingkungan C atau K Temperatur Udara Tekan C atau K Temperatur Ruang Bakar C atau K Temperatur Gas Buang C atau K Temperatur Udara Tekan Ideal C atau K Temperatur Ruang Bakar Ideal C atau K ṁ a Laju Aliran Udara Kg/s ṁ f Laju Aliran Bahan Bakar Gas Alam Kg/s W ta Kerja Turbin Kcal/s W ca Kerja Kmpresr Kcal/s h Entalphy siklus actual kj/kg h S Entalphy siklus ideal kj/kg LHV Nilai Panas ( Nilai Pembakaran) Kalr pada Hasil Pembakaran Kcal/kg