Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Turbin Gas

Energi listrik merupakan salah satu energi yang memiliki peranan penting bagi kehidupan manusia. Untuk menghasilkan energi listrik, dibutuhkan unit pembangkit energi listrik. Salah satu unit pembangkit listrik yang banyak ditemukan saat ini adalah Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG).

Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) menggunakan gas alam untuk menggerakkan turbin gas yang dikopel langsung dengan generator, sehingga generator tersebut dapat menghasilkan energi listrik. Prinsip kerja ini sama dengan prinsip kerja PLTU. Yang membedakan adalah pada PLTU, untuk memutar turbin digunakan uap air yang diperoleh dengan mendidihkan air. Sehingga dibutuhkan suatu boiler untuk mendidihkan air tersebut. Sedangkan pada PLTG tidak diketemukan adanya boiler.

Dengan alasan peningkatan efisiensi, biasanya suatu PLTG dikombinasikan dengan PLTU. Sehingga saat ini dikenal Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU).

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Pada awalnya, udara dimasukkan ke dalam kompresor untuk ditekan hingga temperatur dan tekanannya naik. Proses ini disebut dengan proses kompresi. Udara yang dihasilkan dari kompresor akan digunakan sebagai udara pembakaran dan juga untuk mendinginkan bagian-bagian turbin gas. 

Setelah dikompresi, udara tersebut dialirkan ke ruang bakar. Dalam ruang bakar, udara bertekanan 13 kg/cm2 ini dicampur dengan bahan bakar dan dibakar. Apabila digunakan bahan bakar gas (BBG), maka gas dapat langsung dicampur dengan udara untuk dibakar, tetapi apabila digunakan bahan bakar minyak (BBM), maka BBM ini harus dijadikan kabut terlebih dahulu kemudian baru dicampur dengan udara untuk dibakar. Teknik mencampur bahan bakar dengan udara dalam ruang bakar sangat mempengaruhi efisiensi pembakaran.

Pembakaran bahan bakar dalam ruang bakar menghasilkan gas bersuhu tinggi sampai kira-kira 1.300 oC dengan tekanan 13 kg/cm2. Gas hasil pembakaran ini kemudian dialirkan menuju turbin untuk disemprotkan kepada sudu-sudu turbin sehingga energi (enthalpy) gas ini dikonversikan menjadi energi mekanik dalam turbin penggerak generator (dan kompresor udara) dan akhirnya generator menghasilkan tenaga listrik.

Siklus Brayton

Komponen Utama PLTG

Turbin gas (Gas Turbine)

Berfungsi untuk mengubah energi gerak gas menjadi energi putar.

Turbin Gas pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Kompresor (Compressor)

Berfungsi untuk meningkatkan temperatur dan tekanan udara.

Ruang Bakar (Combustor)

Berfungsi untuk membakar bahan bakar dengan menghembuskan udara yang telah dinaikkan temperatur dan tekanannya di kompresor.

Peralatan Pendukung PLTG

Berikut adalah peralatan pendukung yang digunakan dalam kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG):

Air Intake 

Berfungsi mensuplai udara bersih ke dalam kompresor.

Blow Off Valve

Berfungsi mengurangi besarnya aliran udara yang masuk ke dalam kompressor  utama atau membuang sebagian udara dari tingkat tertentu untuk menghindari terjadinya stall (tekanan udara yang besar dan tiba-tiba terhadap sudu kompresor yang menyebabkan patahnya sudu kompresor)

VIGV (Variable Inlet Guide Fan)

Berfungsi untuk mengatur jumlah volume udara yang akan di kompresikan sesuai kebutuhan.

Ignitor

Berfungsi penyalaan awal atau start up. Campuran bahan bakar dengan udara dapat menyala oleh percikan bunga api dari ignitor yang terpasang di dekat fuel nozzle burner dan campuran bahan bakar menggunakan bahan bakar propane atau LPG.

Lube oil system

Berfungsi memberikan pelumasan dan juga sebagai pendingin bearing-bearing seperti bearing turbin, kompressor, generator. Memberikan minyak pelumas ke jacking oil system. Memberikan suplai minyak pelumas ke power oil system.

Sistem pelumas di dinginkan oleh air pendingin siklus tertutup.

Hydraulic Rotor Barring

Rotor bearing system terdiri dari : DC pump, Manual pump, Constant pressure valve, pilot valve, hydraulic piston rotor barring. Rotor barring beroperasi pada saat unit stand by dan unit shutdown (selesai operasi). Rotor barring on < 1 rpm. Akibat yang timbul apabila rotor barring bermasalah ialah rotor bengkok dan saat start up akan timbul vibrasi yang tinggi dan dapat menyebabkan gas turbin trip.

Exhaust Fan Oil Vapour

Berfungsi utama membuang gas-gas yang tidak terpakai yang terbawa oleh minyak pelumas setelah melumasi bearing-bearing turbin, compressor dan generator.

Fungsi lain adalah membuat vaccum di lube oil tank yang tujuannya agar proses minyak kembali lebih cepat dan untuk menjaga kerapatan minyak pelumas di bearing-bearing (seal oil) sehingga tidak terjadi kebocoran minyak pelumas di sisi bearing.

Power Oil System

Berfungsi mensuplai minyak pelumas ke :

- Hydraulic piston untuk menggerakkan VIGV

- Control-control valve (CV untuk bahan bakar dan CV untuk air)

- Protection dan safety system (trip valve staging valve)

   Terdiri dari 2 buah pompa yang digerakkan oleh 2 motor AC.

Jacking Oil System

Berfungsi mensuplai minyak ke journal bearing saat unit shut down atau stand by dengan tekanan yang tinggi dan membentuk lapisan film di bearing. Terdiri dari 6 cylinder piston-piston yang mensuplai ke line-line :

• Dua line mensuplai minyak pelumas ke journal bearing.
• Dua line mensuplai minyak pelumas ke compressor journal bearing.
• Satu line mensuplai minyak pelumas ke drive end generator journal bearing.
• Satu line mensuplai minyak pelumas ke non drive end generator journal bearing.

Operasi dan Pemeliharaan

Dari segi operasi, unit PLTG tergolong unit yang masa start-nya pendek, yaitu antara 15-30 menit, dan kebanyakan dapat di-start tanpa pasokan daya dari luar (black start), yaitu menggunakan mesin diesel sebagai motor start.

Dari segi pemeliharaan, unit PLTG mempunyai selang waktu pemeliharaan (time between overhaul) yang pendek, yaitu sekitar 4.000- 5.000 jam operasi. Makin sering unit mengalami start-stop, makin pendek selang waktu pemeliharaannya.

Walaupun jam operasi unit belum mencapai 4.000 jam, tetapi jika jumlah startnya telah mencapai 300 kali, maka unit PLTG tersebut harus mengalami pemeriksaan (inspeksi) dan pemeliharaan.

Saat dilakukan pemeriksaan, hal-hal yang perlu mendapat perhatian khusus adalah bagian-bagian yang terkena aliran gas hasil pembakaran yang suhunya mencapai 1.300 oC, seperti: ruang bakar, saluran gas panas (hot gas path),dan sudu-sudu turbin. Bagian-bagian ini umumnya mengalami kerusakan (retak) sehingga perlu diperbaiki (dilas) atau diganti.

Proses start-stop akan mempercepat proses kerusakan (keretakan) ini, karena proses start-stop menyebabkan proses pemuaian dan pengerutan yang tidak kecil. Hal ini disebabkan sewaktu unit dingin, suhunya sama dengan suhu ruangan (sekitar 30 oC sedangkan sewaktu operasi, akibat terkena gas hasil pernbakaran dengan suhu sekitar 1.300 oC).

Dengan memperhatikan buku petunjuk pabrik, ada unit PLTG yang boleh dibebani lebih tinggi 10% dari nilai nominalnya selama 2 jam, yang dalam bahasa Inggris disebut peak operation. Apabila dilakukan peak operation, maka hal ini harus diperhitungkan dengan pemendekan selang waktu antara inspeksi, karena peak operation menambah keausan yang terjadi pada turbin gas sebagai akibat kenaikan suhu operasi.

Dari segi masalah lingkungan, yang perlu diperhatikan adalah masalah kebisingan, jangan sampai melampaui ketentuan yang dibolehkan. Seperti halnya pada PLTU, masalah instalasi bahan bakar, baik apabila digunakan BBM maupun apabila digunakan BBG, perlu mendapat perhatian khusus dari segi pengamanan terhadap bahaya kebakaran.

Dari segi efisiensi pemakaian bahan bakar, unit PLTG tergolong unit termal yang efisiensinya paling rendah, yaitu berkisar antara 15-25%. Dalam perkembangan penggunaan unit PLTG di PLN, akhir-akhir ini digunakan unit turbin gas aero derivative, yaitu turbin gas pesawat terbang yang dimodifikasi menjadi turbin gas penggerak generator.

Keuntungan dan pemakaian unit aero derivative, yaitu didapat unit yang dimensinya lebih kecil dibanding unit stationer daya yang sama. Di samping itu, harga unit bisa lebih murah karena intinya (turbin) sama dengan turbin pesawat terbang (misalnya, biaya pengembangan telah terserap oleh harga jual turbin gas pesawat terbangnya). Bagaimana kinerjanya masih perlu pengamatan di lapangan.

Siklus Kerja Turbin Gas

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 (500 oC) dan tekanan diatas sedikit dari tekanan atmosfir, selanjutnya gas bekas ini dibuang atau dialirkan ke udara luar.

Turbin Gas Siklus Terbuka

- 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.

Turbin

- 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 dengan Regenerator

- 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 temperatur 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.

Turbin Gas Siklus Terbuka dengan Intercooler, Regenerator dan Reheater

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.

Bahan Bakar Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Operasi turbin gas yang menggunakan gas hasil pembakaran dengan suhu sekitar 1.300 oC memberi risiko korosi suhu tinggi, yaitu bereaksinya logam kalium, vanadium, dan natrium yang terkandung dalam bahan bakar dengan bagian-bagian turbin seperti sudu dan saluran gas panas (hot gas path). Oleh karena itu, bahan bakar yang digunakan tidak boleh mengandung logam-logam tersebut di atas melebihi batas tertentu. Kebanyakan pabrik pembuat turbin gas mensyaratkan bahan bakar dengan kandungan logam kalium, vanadium, dan natrium tidak boleh melampaui 1 part per mill (rpm). Di Indonesia, BBM yang bias memenuhi syarat ini hanya minyak Solar, High Speed Diesel Oil, atau yang sering disebut minyak HSD yang disediakan oleh Pertamina. Sedangkan BBG umummya dapat memenuhi syarat tersebut di atas.

Selain High Speed Diesel (HSD), PLTG juga dapat menggunakan minyak solar jenis MFO (Marine Fuel Oil).

Pendinginan pada PLTG

Pendinginan sudu-sudu turbin dan poros turbin dilakukan dengan udara dari kompresor. Untuk keperluan ini, ada lubang pendingin dalam sudu-sudu dan dalam poros turbin yang pembuatannya memerlukan teknologi canggih.

Sedangkan pendinginan minyak pelumas dilakukan dengan menggunakan penukar panas (heat exchanger) konvensional.

Kelebihan dan Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Keunggulan PLTG :

• Siklus kerja pembangkit lebih sederhana
• Pembangunan pembangkit lebih cepat
• Biaya pembangunan lebih murah
• Area pembangkitan relatif tidak terlalu luas. Sehingga PLTG dapat dipasang di pusat kota / industri
• Waktu pemanasan dari kondisi dingin sampai beban penuh sangat singkat (start up cepat)
• Tidak seperti PLTU, PLTG mampu start up tanpa menggunakan motor start
• Peralatan kontrol dan alat bantu sangat minim dan sederhana
• Waktu pemeliharaan singkat

Kekurangan PLTG:

• Biaya pemeliharaan PLTG sangat besar. Hal ini dikarenakan pembangkit bekerja pada suhu dan tekanan tinggi, komponen-komponen dari PLTG yang disebut hot parts menjadi cepat rusak sehingga memerlukan perhatian yang serius. Karena mahalnya komponen-komponen PLTG, maka hal tersebut dapat dikurangi dengan memberikan pendingin udara pada sudu-sudu turbin maupun porosnya.
• Operasi turbin gas yang menggunakan gas hasil pembakaran dengan suhu sekitar 1.300 oC memberi risiko korosi suhu tinggi, yaitu bereaksinya logam kalium, vanadium, dan natrium yang terkandung dalam bahan bakar dengan bagian-bagian turbin seperti sudu dan saluran gas panas (hot gas path).

Video Terkait :

How a Gas Turbine Works

Artikel Terkait :
- Minyak Solar Pada Proses Pembangkitan PLTU
- Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Bagian 1
- Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Bagian 2
- Minyak Solar Pada Pembangkitan PLTU
- Pembangkit Listrik Tenaga Uap/ PLTU (Video)
- Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
- Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)
- Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
- Pembangkit Listrik Tenaga Bayu / Angin (PLTB)
- Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
- Pembangkit Energi Listrik
- Listrik


Sumber :

Burhandono, Ardian. 2009. Laporan Penyerapan Materi Training Peronil PT PJB Services. Jakarta: -

Najiullah, Ahmad dkk. 2010. Pembangkit Listrik Tenaga Gas. Cilegon: -

Sumber Gambar :

- auxenergy.com

- siemens.com