PENGOPERASIAN OPTIMUM SISTEM TENAGA LISTRIK Ontoseno Penangsang Text Book : Power Generation Operation and Control Allen J. Wood & Bruce F. Wollenberg Power System Analysis Hadi Saadat
INTRODUCTION Acquaint electric power engineering students with power generation systems, their operation in an economic mode, and their control. Introduce students to the important terminal characteristics for thermal and hydroelectric power generation systems Introduce mathematical optimization methods and apply them to practical operating problems
KARAKTERISTIK UNIT PEMBANGKIT
Unit Pembangkit Termal (Tenaga Uap) Input bahan bakar Boiler Turbin Uap Generator Gross Net Sistem Tenaga Bantu Gambar 1
Pengoperasian Secara Ekonomis Karakteristik input-output dari unit pembangkit termal yang terdiri dari boiler, turbin, generator, seperti pada gambar 1. Output listrik dari sistem pembangkit ini selain disalurkan melalui jaringan transmisi juga digunakan untuk peralatan pusat pembangkit (sistem tenaga bantu). Turbin uap biasanya membutuhkan 2 6 % dari output kotor untuk tenaga penggerak turbin (boiler), pompa, lampu dan sebagainya. Karakteristik Input-Output : INPUT KOTOR direpresentasikan sebagai input total yang diukur dalam biaya/jam dan OUTPUT BERSIH adalah daya output listrik yang disediakan oleh sistem pembangkit tenaga listrik Pengoperasian Secara Ekonomis : Dengan menggunakan karakteristik inputoutput masing-masing pembangkit, ditentukan pengoperasian optimum (ekonomis) sejumlah unit pembangkit dimana TOTAL BIAYA OPERASINYA MINIMAL
Karakteristik Input-Output Unit Pembangkit Termal Input dari Pembangkit dinyatakan dalam : H : MBTU/jam (energi panas yang dibutuhkan), atau F : R/jam (biaya total bahan bakar) Output dari pembangkit dinyatakan dalam : P (daya) dalam Mega Watt
Input H(MBtu/h) atau F(R/h) P max H atau F P min P Output P(MW) Gambar 2. Karakteristik Input-Output unit pembangkit termal (ideal)
Catatan : Adakalanya R/jam biaya operasional suatu unit terdiri dari biaya operasional dan biaya pemeliharaan. Biaya karyawan akan dimasukkan sebagai bagian dari biaya operasi jika biaya ini dapat digambarkan secara langsung sebagai fungsi dari output unit. Gambar (2) adalah karakteristik input-output dari unit pembangkit termal yang ideal, digambarkan sebagai kurva non-linier yang kontinyu.
Catatan : Data karakteristik input-output diperoleh dari perhitungan desain atau dari pengukuran. Jika digunakan data pengukuran akan diperoleh kurva yang tidak kontinyu. Pembangkit termal mempunyai batas operasi minimum dan maksimum. Batasan beban minimum biasanya disebabkan oleh kestabilan pembakaran dan masalah desain generator. (pada umumnya unit pembangkit termal tidak dapat beroperasi di bawah 30 % dari kapasitas desain).
Karakteristik Kenaikan Panas/Biaya Unit Pembangkit Termal Karakteristik kenaikan panas dari unit pembangkit termal ditunjukkan pada gambar 3. Karakteristik ini adalah kemiringan/slope dari karakteristik input-output ( H/ P atau F/ P) atau turunan pertama dari karakteristik input-output. Data yang ditunjukkan pada karakteristik ini adalah : Input Output : Btu/MWh atau R/MWh : Daya output (MW)
H P ( Btu / MWh) F ( R / MWh) P P max P min Output P(MW) Gambar 3. Karakteristik Kenaikan Panas/Biaya unit pembangkit termal (ideal)
Catatan : Karakteristik ini digunakan dalam economic dispatch, yang menggambarkan kenaikan panas (MBtu/MWh) atau biaya bahan bakar (R/MWh) dengan adanya kenaikan daya output (MW) yang dibangkitkan, atau sebaliknya.
Karakteristik Pemakaian Panas Unit Pembangkit Termal Karakteristik pemakaian panas menunjukkan input panas per megawatt-jam dari output sebagai fungsi output dalam megawatt. Turbin uap konvensional mempunyai efisiensi sekitar 30-35 %. Karakteristik H/P sebagai fungsi P yang menunjukkan karakteristik efisiensi dari mesin.
H P ( Btu / MWh) P min P rating P ma x Output P(MW) Gambar 3. Karakteristik Pemakaian Panas unit pembangkit termal (ideal)
Konfigurasi pusat tenaga listrik yang belakangan ini menjadi popular karena memiliki nilai efisiensi yang tinggi, adalah pusat tenaga listrik siklus kombinasi (combined cycle), yang sering dikenal dengan nama pusat listrik tenaga gas-uap (PLTGU). PLTGU merupakan gabungan antara pusat listrik tenaga gas (PLTG) dan pusat listrik tenaga uap (PLTU). Turbin gas siklus terbuka terdiri atas turbin gas dan kompresor yang terpasang pada satu poros dengan generator listrik. PLTG siklus terbuka memiliki efisiensi sekitar 25-30 persen. Sebagai bahan bakar dapat dipakai minyak atau gas, dan sering dimanfaatkan oleh perusahaan listrik sebagai pemikul beban puncak. Gas buang turbin yang masih memiliki suhu yang tinggi, dengan demikian masih mempunyai nilai energi yang besar, dimanfaatkan untuk menjalankan turbin uap. Sistem gabungan atau siklus kombinasi ini dapat memiliki efisiensi di atas 50 persen.
Penukar Panas Turbin Gas Generator UAP Penukar Panas Bantu Turbin Gas Generator Tenaga Listrik Turbin Uap Generator Gambar 4. Skema PLTGU
Karakteristik pemakaian panas PLTGU sebagai fungsi dari daya output digambarkan oleh kurva yang diskontinyu (gambar 5). Pemakaian Panas H/P (Btu/MWh) Output P(MW) Gambar 5. Karakteristik Pemakaian Panas PLTGU
Unit Pembangkit Hidro Unit pembangkit hidro mempunyai karakteristik input output mirip dengan unit pembangkit termal. Input adalah volume air persatuan waktu dan output adalah daya listrik. Gambar 6 menunjukkan kurva input-output untuk pembangkit tenaga air dengan head tetap. Input Q ( acre ft ) h Head : 400 ft Output P(MW) Gambar 5. Karakteristik input-output unit pembangkit hidro
Karakteristik kenaikan volume input air per satuan waktu sebagai fungsi dari daya output menunjukkan kurva yang hampir linier dengan daya output yang bertambah dari minimum ke beban nominal. Karakteristik ini ditunjukkan pada gambar 6. dq dp acre ft ( ) kwh Output P(MW) Gambar 5. Karakteristik Kenaikan volume input air unit pembangkit hidro