PRINSIP KERJA PLTU

Turbin adalah mesin penggerak, dimana energi fluida kerja dipergunakan langsung untuk memutar roda/poros turbin. Pada turbin tidak terdapat bagian mesin yang bergerak translasi, melainkan gerakan rotasi. Bagian turbin yang berputar biasa disebut dengan istilah  rotor/roda/poros turbin, sedangkan bagian turbin yang tidak berputar dinamai dengan istilah stator. Roda turbin terletak didalam rumah turbin dan roda turbin memutar poros daya yang digerakkannya atau memutar bebannya (generator listrik, pompa, kompresor, baling-baling, dll).
Didalam turbin fluida kerja mengalami ekspansi, yaitu proses penurunan tekanan dan mengalir secara kontinyu. Penamaan turbin didasarkan pada jenis fluida yang mengalir didalamnya, apabila fluida kerjanya berupa uap maka turbin biasa disebut dengan turbin uap.
4.1     PRINSIP KERJA PUSAT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU)
Pusat listrik tenaga uap (PLTU) mempunyai bagian-bagian utama seperti:

1. Turbin uap (steam turbine).
2. b.      Boiler (steam generator).
3. Kondensor (condenser).
4. d.      Pompa-pompa (pumps).

Prinsip kerja dari pusat listrik tenaga uap (PLTU) didasarkan pada siklus Rankine seperti pada diagram T vs s dan h vs s dibawah ini.

Turbin uap untuk pembangkit menggunakan siklus uap tertutup, uap yang  telah memutar turbin dengan energinya dikondensasikan kembali menjadi air dan dipompa ke boiler, selanjutnya dipanaskan lagi didalam boiler tersebut. Demikian seterusnya siklus ini terjadi  terus menerus.
Daerah dibawah garis lengkung k – K – k’ pada diagram T – s dan h – s merupakan daerah campuran fasa cair dan uap. Uap didalam daerah tersebut biasanya juga dinamakan uap basah. Garis k – K dinamai garis cair (jenuh), dimana pada dan disebelah kiri garis tersebut air ada dalam fasa cair. Sedangkan garis k – k’ dinamai garis uap jenuh, dimana pada dan disebelah kanan garis tersebut air ada dalam fasa uap (gas). Uap didalam daerah tersebut terakhir biasanya dinamai uap kering. Titik K dinamai titik kritis, dimana temperature kritis dan tekanan kritis. Pada titik kritis keadaan cair jenu adalah identik.

1. Dari titik 1 ke titik 2 merupakan proses isentropis,didalam pompa.
2. Dari titik 1 ke titik 2’ dan ke titik 3 merupakan proses pemasukan kalor atau pemanasan pada tekanan konstan didalam boiler/ketel.
3. Dari titik 3 ke titik 4 merupakan proses ekspansi isentropic didalam turbin atau mesin uap lainnya.
4. Dari titik 4 ke titik 1 merupakan proses pengeluaran kalor atau pengembunan pada tekanan konstan, didalam kondensor.

Secara sederhana sebuah pembangkit listrik tenaga uap digambarkan seperti pada gambar dibawah.

4.1     Perbaikan siklus tenaga uap.
Perbaikan siklus tenaga uap dapat dilakukan dengan jalan pemanasan ulang (reheat), dimana setelah uap berekspansi didalam turbin, uap tersebut keluar dari turbin dan dialirkan kedalam alat pemanas lanjut (reheater) yang berada didalam ketel/boiler untuk dipanaskan kembali, kemudian baru uap itu dimasukkan kedalam turbin berikutnya. Dengan demikian uap yang dialirkan ke turbin energinya telah diperbesar dan setelah berekspansi di turbin uap, kondisi akhir uap tekanannya menjadi berkurang (kurang dari 1 atmosfir) didalam kondensor dengan kebasahan yang tertentu. Siklus proses ini seperti ditunjukkan pada gambar dibawah.

Air laut yang jumlahnya melimpah ruah dipompa oleh CWP (Circulating Water Pump) (1) yang sebagian besar dipakai untuk media pendingin di Condenser (6) dan sebagian lagi dijadikan air tawar di Desalination Evaporator (2). Setelah air menjadi tawar, kemudian dipompa oleh Distillate Pump (3) untuk kemudian dimasukkan ke dalam Make Up Water Tank (4) yang kemudian dipompa lagi masuk ke sistem pemurnian air (Demineralizer) dan selanjutnya dimasukkan ke dalam Demin Water Tank (5). Dari sini air dipompa lagi untuk dimasukkan ke dalam Condenser bersatu dengan air kondensat sebagai air benam ban. Air kondensat yang kondisinya sudah dalam keadaan murni dipompa lagi dengan menggunakan pompa kondensat, kemudian dimasukkan ke dalam 2 buah pemanas Low Pressure Heater (7) dan kemudian diteruskan ke Deaerator (8) untuk mengeluarkan atau membebaskan unsur O₂ yang terkandung dalam air tadi. Selanjutnya air tersebut dipompa lagi dengan bantuan Boiler Feed Pump (9) dipanaskan lagi ke dalam 2 buah High Pressure Heater (10) untuk diteruskan ke dalam boiler yang terlebih dahulu dipanaskan lagi dengan Economizer (11) baru kemudian masuk ke dalam Steam Drum 
(12). Proses pemanasan di ruang bakar menghasilkan uap jenuh dalam steam drum, dipanaskan lagi oleh Superheater (14) untuk kemudian dialirkan dan memutar Turbin Uap (15). Uap bekas yang keluar turbin diembunkan dalam condenser dengan bantuan pendinginan air laut kemudian air kondensat ditampung di hot well.
Bahan bakar berupa residu/MFO dialirkan dari kapal/tongkang (16) ke dalam Pumping House (17) untuk dimasukkan ke dalam Fuel Oil Tank (18). Dari sini dipompa lagi dengan fuel oil pump selanjutnya masuk ke dalam Fuel Oil Heater (19) untuk dikabutkan di dalam Burner (20) sebagai alat proses pembakaran bahan bakar dalam Boiler.
Udara di luar dihisap oleh FDF (Forced Draught Fan) (21) yang kemudian dialirkan ke dalam pemanas udara (Air Heater) (22) dengan memakai gas bekas sisa pembakaran bahan bakar di dalam Boiler (13) sebelum dibuang ke udara luar melalui Cerobong/Stack (23).
Perputaran Generator (24) akan menghasilkan energi listrik yang oleh penguat/exciter tegangan mencapai 11,5 kV, kemudian oleh Trafo Utama/Main Transformater (25) tegangan dinaikkan menjadi 150 kV. Energi listrik itu lalu dibagi melalui Switch Yard (26) untuk kemudian dikirim ke Gardu Induk melalui Transmisi Tegangan Tinggi (27). Kemudian, tenaga listrik itu dialirkan lagi pada para konsumen.

Terdapat 2 (dua) jenis turbin uap yang bisa diaplikasikan didalam pusat listrik tenaga uap, sebagai berikut :

1. 1.   Turbin Impuls.

Turbin impuls adalah turbin dimana proses ekspansi (penurunan tekanan) dan fluida kerja.uap hanya terjadi didalam nosel atau baris sudu tetapnya saja. Penurunan tekanan uap inilah yang akan menimbulkan terjadinya perubahan kecepatan, dan hal ini terjadi karena sudu gerak berputar maka ada kecepatan relative antara uap dengan sudu gerak.

1. 2.   Turbin Reaksi.

Turbin rekasi adalah turbin dimana proses ekspansi (penurunan tekanan) terjadi baik didalam baris sudu tetap maupun sudu geraknya. Dalam hal ini baris sudu tetap maupun sudu geraknya berfungsi sebagai nosel (nozzle), sehingga kecepatan relative uap keluar setiap sudu lebih besar dan kecepatan relative uap masuk sudu yang bersangkutan.
Meskipun demikian kecepatan absolute uap keluar sudu gerak lebih kecil dari pada kecepatan absolute uap masuk sudu gerak yang bersangkutan, oleh karena itu sebagian energi kinetiknya diubah menjadi kerja memutar roda turbin. Tekanan uap keluar sudu lebih rendah dan pada tekanan masuk sudu yang bersangkutan, sehingga hal tersebut memperbesar gaya aksial yang terjadi pada rotor turbin tersebut.
Adapun sebagai pendukung pusat listrik tenaga uap ini digunakan beberapa alat bantu (auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin uap berjalan dengan baik, seperti :

1. Sistem pelumas (lube oil system).
2. Sistem bahan bakar (fuel system).
3. Sistem pendingin (cooler system).
4. Sistem udara kontrol (air control system).
5. Sistem udara servis (air service system).
6. Sistem hidrolik (hydraulic system).
7. Sistem udara tekan (air pressure system).
8. Sistem udara pengkabutan (atomizing air system).

 sumber :

ALEX HARAHAP

ROY  HADINATA SIJABAT