Industrial Gas Turbine: System Control, Instrumentation and Eletrical
Bagi sebagian orang, mungkin turbin gas sudah tidak asing lagi bagi mereka. Namun tentu tidak bagi sebagian yang lain, mereka mungkin tidak menyadari bahwa pada saat mereka naik pesawat terbang, mesin yang digunakan kendaraan ini adalah turbin gas. Atau mungkin listrik yang mereka nikmati, tidak disadari bahwa salah satu pemasoknya adalah generator berpenggerak turbin gas. Bahkan bisa jadi kendaraan masa depan akan menggunakan turbin gas berbahan bakar ramah lingkungan (baca: WAVE: truk trailer masa depan).
(Sumber)
Turbin adalah suatu mesin rotari yang berfungsi untuk mengubah energi potensial aliran fluida menjadi energi gerak yang bermanfaat. Fluida yang digunakan untuk menggerakkan turbin antara lain adalah gas, air, uap air, dan angin. Perbedaan jenis fluida inilah yang membedakan tipe-tipe dari turbin, dimana salah satunya adalah turbin gas.
(Sumber)
Prinsip kerja dari turbin gas tidak jauh berbeda dengan turbin-turbin yang lain. Putaran dari rotor turbin, diakibatkan oleh adanya gas bertekanan yang melewati sudu-sudu turbin. Gas dengan tekanan tinggi didapatkan dari pembakaran bahan bakar dengan udara, sesaat sebelum masuk turbin. Ekspansi udara hasil proses pembakaran inilah yang digunakan untuk menggerakkan sudu-sudu turbin.
Turbin gas menggunakan udara atmosfer sebagai media kerjanya. Udara masuk melalui sisi inlet akibat terhisap oleh kompresor. Kompresor ini berfungsi untuk memampatkan udara hingga mencapai tekanan tertentu. Biasanya, tekanan di akhir sudu kompresor mencapai 30 kali tekanan inlet kompresor. Pada sisi akhir kompresor udara bertekanan akan melewati difuser. Difuser ini berfungsi untuk mendukung kompresor meningkatkan tekanan udara.
(Udara bertekanan mengalir dari kanan ke kiri)
Proses selanjutnya adalah masuknya udara bertekanan yang keluar dari kompresor untuk menuju area pembakaran (biasa disebut combustion chamber). Di area ini, dilakukan injeksi bahan bakar diikuti dengan proses pembakaran bahan bakar tersebut di dalam udara. Pembakaran ini mengakibatkan terjadinya ekspansi dari udara sehingga volume udara hasil pembakaran meningkat, dan tentu saja temperaturnya yang juga meningkat. Proses pembakaran di dalam chambertidak akan meningkatkan tekanan udara, karena peningkatan volume udara akibat pemanasan cepat mengakibatkan udara berekspansi ke sisi turbin. Sedangkan kenaikan suhu udara hasil pembakaran, mengindikasikan kandungan energi dalam udara (entalpi) yang naik pula. Energi inilah yang akan dikonversikan menjadi tenaga putaran poros oleh turbin gas.
Udara hasil pembakaran selanjutnya masuk ke sisi turbin. Turbin gas terdiri atas beberapa stage sudu. Stage pertama yang dilewati oleh udara pembakaran disebut sisi high pressure stage (tekanan tinggi), sedangkan sudu yang paling akhir disebut dengan sisi low pressure stage (tekanan rendah). Sudu-sudu dari tiap stage turbin uap berfungsi sebagai nozzle, yang akan mengubah energi panas yang terkandung di dalam udara hasil pembakaran untuk menjadi energi gerak. Selain sisi rotor, sudu turbin juga terdapat pada sisi stator. Untuk lebih memahami bagaimana proses perubahan energi panas menjadi energi gerak putaran pada poros turbin, baca artikel berikut.
Kompresor pada sistem turbin gas, berada pada satu poros (shaft) dengan turbin. Sebagian energi mekanis berupa rotasi poros yang dihasilkan oleh turbin, digunakan untuk memutar rotor kompresor. Pada pembangkit listrik, sebagian energi mekanis digunakan untuk memutar generator yang juga berada satu poros dengan turbin dan kompresor.
(Sumber)
Berbeda dengan mesin turbojet pesawat terbang, sebagian kecil energi panas udara hasil pembakaran digunakan untuk memutar turbin, yang selanjutnya energi putaran tersebut digunakan untuk memutar kompresor. Sebagian besar energi panas pada udara hasil pembakaran mesin jet digunakan untuk mendorong pesawat, dimana pada sisi keluaran turbin berbentuk nozzle. Nozzle ini berfungsi untuk meningkatkan kecepatan dorong gas buang, sehingga mendapatkan gaya dorong yang lebih besar bagi pesawat.
3. Pemanfaatan gas turbin untuk pembangkit listrik
Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) adalah gabungan antara PLTG dengan PLTU, dimana panas dari gas buang dari PLTG digunakan untuk menghasilkan uap yang digunakan sebagai fluida kerja di PLTU. Dan bagian yang digunakan untuk menghasilkan uap tersebut adalah HRSG (Heat Recovery Steam Generator). 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 Pusat 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 PLTGU
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).
Proses yang terjadi pada PLTG
Pertama, turbin gas berfungsi menghasilkan energi mekanik untuk memutar kompresor dan rotor generator yang terpasang satu poros, tetapi pada saat start up fungsi ini terlebih dahulu dijalankan oleh penggerak mula (prime mover).
Penggerak mula ini dapat berupa diesel, motor listrik atau generator turbin gas itu sendiri yang menjadi motor melalui mekanisme SFC (Static frequency Converter). Setelah kompresor berputar secara kontinu, maka udara luar terhisap hingga dihasilkan udara bertekanan pada sisi discharge (tekan) kemudian masuk ke ruang bakar.
Kedua, proses selanjutnya pada ruang bakar, jika start up menggunakan bahan bakar cair (fuel oil) maka terjadi proses pengkabutan (atomizing) setelah itu terjadi proses pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang kemudian dihasilkan api dan gas panas bertekanan. Gas panas tersebut dialirkan ke turbin sehingga turbin dapat menghasilkan tenaga mekanik berupa putaran. Selanjutnya gas panas dibuang ke atmosfer dengan temperatur yang masih tinggi.
Salah satu kelemahan mesin turbin gas (PLTG) adalah efisiensi termalnya yang rendah. Rendahnya efisiensi turbin gas disebabkan karena banyaknya pembuangan panas pada gas buang. Dalam usaha untuk menaikkan efisiensi termal tersebut, maka telah dilakukan berbagai upaya sehingga menghasilkan mesin siklus kombinasi seperti yang dapat kita jumpai saat ini.
Sumber : aabdulqodir.wordpress.com
Di bidang industri saat ini, dilakukan usaha untuk meningkatkan efisiensi turbin gas yaitu dengan cara menggabungan siklus turbin gas dengan siklus proses sehingga diperoleh siklus gabungan yang biasa disebut dengan istilah “Cogeneration”. Sedangkan untuk meningkatkan efisiensi termal turbin gas yang digunakan sebagai unit pembangkit listrik (PLTG), siklus PLTG digabung dengan siklus PLTU sehingga terbentuk siklus gabungan yang disebut “Combined Cycle” atau Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU).
Siklus PLTGU terdiri dari gabungan siklus PLTG dan siklus PLTU. Siklus PLTG menerapkan siklus Brayton, sedangkan siklus PLTU menerapkan siklus ideal Rankine
Penggabungan siklus turbin gas dengan siklus turbin uap dilakukan melalui peralatan pemindah panas berupa boiler atau umum disebut “Heat Recovery Steam Generator” (HRSG). Siklus kombinasi ini selain meningkatkan efisiensi termal juga akan mengurangi pencemaran udara.
Dengan menggabungkan siklus tunggal PLTG menjadi unit pembangkit siklus kombinasi (PLTGU) maka dapat diperoleh beberapa keuntungan, diantaranya adalah:
- Efisiensi termalnya tinggi, sehingga biaya operasi (Rp/kWh) lebih rendah dibandingkan dengan pembangkit thermal lainnya.
- Biaya pemakaian bahan bakar (konsumsi energi) pada PLTGU lebih rendah.
- Proses pembangunan PLTGU relatif lebih cepat.
- Kapasitas daya PLTGU bervariasi dari kecil hingga besar.
- Menggunakan bahan bakar gas yang bersih dan ramah lingkungan.
- Fleksibilitas PLTGU tinggi.
- Tempat yang diperlukan tidak terlalu luas, sehingga biaya investasi lahan lebih sedikit.
- Pengoperasian PLTGU yang menggunakan komputerisasi memudahkan pengoperasian.
- Waktu yang dibutuhkan: untuk membangkitkan beban maksimum 1 blok PLTGU relatif singkat yaitu 150 menit.
- Prosedur pemeliharaan lebih mudah dilaksanakan dengan adanya fasilitas sistem diagnosa.
Komentar
Posting Komentar