PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas)

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Energi merupakan properti fisika dari suatu obyek yag dapat berpindah melaluiinteraksi fundamental. Energi dapat diubah kedalam bentuk lain, akan tetapi energi tidak dapat dihilangkan atau dimusnakan. Salah satu jenis energi yang telah dikonversi yaitu energi listrik. Enegi listrik memiliki pengertian sebagi energi utama yang dibutuhkan bagi peralatan listrik atau energiyang tersimpan dalam arus listrik. Dalam kehidupan sehari-hari manusia sangat bergantung pada enegri listrik. Listrik bisa dikonversikan menjadi energi lain untuk menunjung aktivitas manuasia seperti menggerakan motor, lampu penerangan, dan juga untuk memanaskan suatu benda. Energi listrik dapat dihasilkan dari berbagai sumber seperti air,angin, minyak, batu bara, panas bumi, panas matahari, dan lain-lain. Energi listrik biasanya dihasilkan oleh sebuah pembangkit listrik.

Salah satu jenis sumber energi untuk menghasilkan energi listrik yaitu berasal dari gas (pembakaran udara bertekanan tinggi dengan bahan bakar). Energi dari gas ini biasanya dihasilkan dari sebuah pembangkit litrik atau yang lebih dikenal dengan pembangkit listrik tenaga gas (PLTG). Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan atau mesin turbin gas sebagai pengerak generatornya. PLTG di Indonesia telah banyak dikembangkan, salah satu daerah yang mengembangkan pembangkit listrik tenaga gas ini yaitu di daerah ujung pandang.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Gas Alam

Gas alam adalah bahan bakar fosil berbentuk gas. Gas alam sendiri merupakan campuran hidrokarbon yang mempunyai daya kembang besar, daya tekan tinggi, berat jenis spesifik yang rendah dan secara alamiah terdapat dalam bentuk gas. Pada umumnya, gas alam terkumpul di bawah tanah dengan berbagai macam komposisi yang terdapat dalam kandungan minyak bumi (associated gas) (Anonimus, 2015). Komposisi dari gas alam yaitu sebagai berikut.

Tabel 2.1 Komposisi Gas Alam

No	Komposisi	% Kandungan
1	Metana	80
2	Propana	7
3	Butana	6
4	Isobotana	4
5	pentana	2
6	Lain-lain	1

(Sumber: Anonimus, 2015)

Komposisi utama gas alam adalah metana (80%), sisanya adalah etana (7%), propana (6%), dan butana (4%), isobotana, dan sisanya pentana.  Selain komposis-komposisi tersebut, gas alam dapat juga mengandung helium, nitrogen, karbon dioksida, dan karbon-karbon lainnya. Untuk memudahkan pengangkutan (transportasi), gas alam dicairkan sehingga disebut gas alam cair atau LNG (Liquified Natural Gas) (Anonimus, 2015).

2.1.1 Potensi Gas Alam di Indonesia

Selain minyak bumi di Indonesia juga memiliki cadangan gas alam yang cukup besar yaitu sekitar 170 TSCF dan produksi per tahun mencapai 2,87 TSCF. Berdasarkan komposisi tersebut Indonesia memlik reserve to production (R/P) mencapai 59 tahun. Produk dari gas alam yang digunakan adalah LPG (Liquid Petroleum Gas), CNG (Compreseed Natural Gas), LNG (Liquid Natural Gas), dan CBM (Coal Bet Methane). Selain itu gas alam di Indonesia juga digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) (Syukur, Tanpa Tahun: 64-65).

2.1.2 Industri yang Berbasis Gas Alam

Industri energi berbasis gas alam meliputi semua aktivitas industri yang terkait dengan penambangan gas alam dan pengolahannya menjadi berbagai macam produk baik yang terkait bahan bakar (energi) maupun non bahan bakar (non energi). Industri hulu dalam hal ini meliputi semua aktivitas industri yang terkait dengan eksplorasi dan penambangan gas alam. Industri menengah meliputi semua aktivitas yang terkait dengan pengolahan gas alam menjadi berbagai produk final baik bahan bakar maupun non bahan bakar. Sedangkan industri hilir meliputi semua aktivitas yang mempersiapkan produk dalam bentuk final sehingga siap dikonsumsi penggunanya. Sementara itu, industri pendukung meliputi aktivitas transportasi atau distribusi dan aktivitas-aktivitas terkait pembangunan sarana dan prasarana serta jasa-jasa yang diperlukan dalam rangka membentuk mata rantai industri terkait (Leda, 2010: 9-10).

2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan atau mesin turbin gas sebagai pengerak generatornya. Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang relatif sederhana dimana energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik (Robbie, 2014).

2.3 Prinsip Keja Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Menurut Anonimus (2013) pada awalnya, udara dimasukkan ke dalam kompresor untuk ditekan hingga temperatur (suhu) dan tekannya 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 akan dialirkan ke ruang pembakaran. Di dalam ruang pembakaran, udara yang bertekanan kurang lebih 13 kg/cm² ini dicampur dengan bahan bakar yang kemudian akan dibakar. Apabila menggunakan bahan bakar gas (BBG), maka gas dapat langsung dicampur dengan udara untuk dibakar. Akan tetapi apabila menggunakan bahan bakar minyak (BBM), maka BBM ini harus dijadikan kabut terlebih dahulu dan kemudian baru dicampur dengan udara untuk dibakar. Teknik mencampur bahan bakar dengan udara dalam ruang bakar sangat mempengaruhi efisiensi pembakaran. Pembakaran bahan bakar dalam ruanag bakar akan menghasilkan gas bersuhu tinggi sekitar 1.300 ºC dengan tekanan 13 kg/cm². Gas yang dihasilkan dari proses pembakaran ini kemudian dialirkan menuju turbin untuk disemprotkan kepada sudu-sudu turbin sehingga energi gas ini dikonversikan menjadi energi mekanis dalam turbin penggerak generator. Setelah itu generator akan menghasikan listrik.

2.4 Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Komponen-komponen pembangkit listrik tenaga gas (LPTG) terbagi menjadi dua bagian, yaitu komponen utama dan komponen pendukung. Menurut Robbie et al. (2014) berikut komponen utama dan komponen pendukung dari pembangkit listrik tenaga gas (LPTG).

1.        Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Gas (LPTG)

Komponen utama dari pembangkit listrik tenaga gas (LPTG) yaitu sebagia berikut.

1. Kompresor Utama

Kompresor utama adalah kompresor aksial yang berguna untuk memasok udara bertekanan ke dalam ruang bakar yang sesuai dengan kebutuhan. Kapasitas kompresor harus cukup besar karena pasokan udara lebih (excess air) untuk turbin gas dapat mencapai 350 %. Disamping untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna, udara lebih ini digunakan untuk pendingin dan menurunkan suhu gas hasil pembakaran.

2. Inlet Guide Vanes (IGV)

Variabel IGV berfungsi untuk mengatur volume udara yang dikompresikan sesuai dengan kebutuhan atau beban turbin. IGV (inlet Guide Vanes) biasanya digunakan pada jenis kompresor berkapasitas besar. Pada saat Start Up, IGV juga berfungsi untuk mengurangi surge. Pada saat stop dan selama start up, IGV tertutup ( pada unit tertentu, posisi IGV 34-48% ), kemudian secara bertahap membuka seiring dengan meningkatnya beban turbin. Pada beban turbin tertentu, IGV terbuka penuh (83-92%). Selama stop normal IGV perlahan-lahan ditutup bersamaan dengan turunnya beban, sedangkan pada stop emergency, IGV tertutup bersamaan dengan tertutupnya katup bahan bakar.

3. Combustion Chamber

Combustion chamber adalah ruangan tempat proses terjadinya pembakaran. Ada turbin gas yang mempunyai satu atau dua combustion chamber yang letaknya terpisah dari casing turbin, akan tetapi yang lebih banyak dijumpai adalah memiliki combustion chamber dengan beberapa buah combustion basket, mengelilingi sisi masuk (inlet) turbin. Di dalam combustion chamber dipasang komponen-komponen untuk proses pembakaran beserta sarana penunjangnya, diantaranya: fuel nozzle, combustion liner, transition piece, igniter, flame detektor.

4. Turbin Gas

Turbin Gas berfungsi untuk membangkitkan energi mekanis dari sumber energi panas yang dihasilkan pada proses pembakaran. Selanjutnya energi mekanis ini akan digunakan untuk memutar generator listrik baik melalui perantaraan load gear atau tidak, sehingga diperoleh energi listrik. Bagian-bagian utama Turbin Gas adalah: sudu tetap, sudu jalan, saluran gas buang, saluran udara pendingin, batalan, auxiallary gear.

5. Load Gear

Load Gear atau main Gear adalah roda gigi penurun kecepatan putaran yang dipasang diantara poros Turbin Compressor dengan poros Generator. Jaringan listrik di Indonesia. Memilii frekwensi 50 Hz, sehngga putaran tertinggi generator adalah 3000 RPM, sedangkan putaran turbin ada yang 4800 RPM atau lebih.

6. Alat Bantu

Pada saat muai start up, belum tersedia udara untuk pembakaran. Udara pembakaran disuplai oleh kompresor aksial, sedangkan kompresor aksial harus diputar oleh turbin yang pada saat start up belum menghasilkan tenaga bahkan belum berputar. Oleh karenanya, pada saat start up perlu ada tenaga penggerak lain yang dapat diperoleh dari : Motor generator, Motor Listrik, Mesin Diesel

2.        Komponen Pendukung kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Gas (LPTG)

Komponen pendukung digunakan untuk menambah kinerja dari PLTG, beberapa komponen pendukung dari PLTG yaitu.

a.         Air intake. Berfungsi mensuplai udara bersih ke dalam kompresor.

b.        Blow off valve. Berfungsi mengurangi besarnya aliran udara yang masuk kedalam kompressor utama atau membuang sebagian udari dari tingkat tertentu untuk menghindari terjadi stall tekanan udara yang besar dan tiba-tiba terhadap suhu kompresor yang menyebabkan patahnya suhu kompresor)

c.         VIGV (Variavle Inlet Guide Fan). 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.

d.        Lube oil system. Berfungsi memberikan pelumasan dan juga sebagai pendingin bearing-bearing seperti beraring turbin, kompressor, generator. Memberikan minyak pelumas ke jacking oil system, memberikan suplai minyak pelumas ke power oil system. Sistem pelumas di dinginkan oleh pendingin siklus tertutup.

e.         Hydraulic Rotor Varring. 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 pada saat start up akan timbul vibrasi yang tinggi dan dapat menyebabkan gas turbin trip.

f.         Exhaust fan oil vapour. Berfungsi utama membuang gas-gas yang tidak terpakai yang terbawa oleh minyak pelumas setelah melumasi bearing-bearing turbin, kompressor dan generator. Fungsi lain adalah membuat vaccum di lube oil tank yang tujuannya agar proses minyak kembali lebih vepat dan untuk menjaga kerapatan minyak pelumas di bearing-bearing (seal oil) sehingga tidak terjadi kebocoran minyak pelumas sisi bearing.

2.5 Keunggulan dan Kelemahan Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) merupakan sistem pembangkit listrik yang memanfaatkan pembakaran udara bertekanan tinggi yang dicampur dengan bahan bakar gas (BBG) atau bahan bakar minyak (BBM). Dalam proses pengoperasiannya Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) memiliki beberapa keunggulan dan kelemahan. Menurut Robbie et al.( 2014) keunggulan dan kelemahan dari Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) yaitu sebagai berikut.

1.        Keunggulan Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Berikut keunggulan dari sistem Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG).

1. Siklus kerja pembangkit lebih sederhana
2. Tidak seperti PLTU, PLTG mampu star up tanpa menggunakan motor start. Pada umumnya dapat distart tanpa pasokan daya listrik dari luar, karena menggunakan mesin diesel sebagai pengerak awalnya.
3. Pembangunan pembangkit lebih cepat karena peralatan kontrol dan alat bantu yang relatif minim dan sederhana. Hal ini berpengaruh terhadap efisiensi biaya yang dikeluarkan.
4. Area pembangkitan relatif tidak memerlukan tempat yang luas, sehingga PLTG dapat didirikan di pusatkota atau wilayah industri.

2.        Kelemahan Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Berikut kelemahan dari sistem Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG).

1. Biaya pemeliharaan dari PLTG sangat bear. Hal ini dikarenkan pembangkit bekerja pada suhu dan tekanan yang cukup tinggi, komponen-komponen dari PLTG yang disebut hot parts menjadi epat rusak sehingga memerlukan perhatian yang serius. Karena mahalnya komponen-komponen PLTG, maka hal tersebut dapat dikurangi dengan memberi pendingin udara pada sudu-sudu turbin maupun porosnya.
2. Operasi turbin gas yang menggunakan gas hasil pembakaran dengan suhu sekitar 1.300ºC memberi resiko 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).

BAB 3. PEMBAHASAN

3.1 Pembangkit Listrik Tenaga Gas General Elektrik Kabupaten Tello

Dalam meningkatkan kebutuhan listrik di Makassar dan sekitarnya, maka pemerintah dalam hal ini PLN membangun Pusat Listrik Tenaga Uap sebanyak 2 unit (2 x 12,500 MW) yang berlokasi di Tello. Pada tahun 1971 mulai beroperasi dan diresmikan oleh presiden Republik Indonesia Soeharto. Untuk menunjang kelancara pasokan listrik, maka pada tahun 1973 dibangun 2 unti mesin Diesel dengan daya terpasang (2 x 2,8 MW) berlokasi di site PLTU Tello.

Pada bulan Juni 1976 dibentuk Unit Sektor Tello dengan nama PLN Wilayah VIII Sektor Tello dengan Unit Asuhan PLTD Bontoala dan GI  atau  Transmisi. Tahun 1976 PLN Wilayah VIII mendapat tambahan 1 Unit Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG) Westcan dengan daya terpasang 14,466 MW.

Dengan berkembangnya pembangunan di kota Makassar dan sekitarnya serta sejalan dengan pertumbuhan ekonomi yang meningkat, untuk mengantisipasi hal tersebut, PT. PLN (PERSERO) Wilayah VIII Sektor Tello mendapatkan beberapa pembangkit yaitu :

1.        Tahun 1982 dibangun 2 unit PLTG Alsthom (Alsthom 1 = 21,300, Alsthom 2= 20,100 MW).

2.        Tahun 1984 dibangun 2 unit PLTD Mitsubishi (2 x 12,600 MW).

3.         Tahun 1988 dibangun 2 unit PLTD SWD (2 x 12,396 MW).

4.        Tahun 1997 dibangun 2 unit PLTG GE (2 x 33,400 MW)

PLTG yang ada pada PT. PLN Sektor Tello Makassar, salah satunya adalah PLTG General Electric, dengan kapasitas 2 × 45.400 kVA yang mulai beroperasi sejak tahun 1997. Pembangkit ini menggunakan diesel start engine dengan speed-tronic mark 5 sebagai pengendali kecepatan. Turbin gas dikopel melalui gear-box dengan generator sinkron 11,5 kV dan daya output disalurkan ke switchyard 150 kV melalui kabel tanah setelah melewati trafo step-up 11,5 kV / 150 kV.

3.2 Data Lapangan PLTG General Electric

Tabel 3.1 Unit 4 & 5: General Electric (GE): GE I dan GE II

No	DATA TEKNIK	MERK
		GE I (MS 6001 B)		GE II (MS 6001 P)
I	TURBIN
	Pabrik pembuat	General Electric		General Electric
	Type/Model	MS 6001 B		MS 6001 B
	Serial Number	296850		296851
	Rated Power	33,440 Kw		33,440 Kw
	Turbin stage	3		3
	Compressor Stage	17		17
	Putaran	5100		5100
	Bahan bakar	HSD		HSD
	Tahun operasi	Agustus 1997		September  1997
	Kontrol	Speed Tronic Mark V		Speed Tronic Mark V
II	GENERATOR
	Type	6A3		6A3
	Putaran	3000		3000
	Serial number	446 x 020		446 x 040
	Daya	45.400 Kw		45.400 Kw
	Phasa/Frequensi	3 phasa / 50 hz		3 phasa / 50 hz
	Tegangan	11,5 Kv		11,5 Kv
	Faktor daya	0.8		0.8
	Arus	2279		2279
III	EXITER
	Nomor seri	195406573		195407673
	Tegangan	125 Volt		125 Volt
	Arus	756 A		756 A
	Putaran	3000		3000
VI	DIESEL START
	Serial number	08VF 168992		08VF 168992
	Rating/Rpm	710HP/2300		710HP/2300
	Jumlah silinder	8V		8V
	Buatan	William Detroit		William Detroit
		Diesel Allison		Diesel Allison
	Model	-		-
	Motor starter	Techno starter		Techno starter
		Model ST-169D-3		Model ST-169D-3
V	CONVERTER
	Model	4-SGE-2015-1		4-SGE-2015-1
	Jenis/type	TWIN DISC		TWIN DISC

(Sumber: PT. PLN Sektor Tello)

3.3  Operasi Kelistrikan PLTG General Electric

3.3.1 Umum

Pembangkit Listrik Tenaga Gas General Electric terdiri dari dua unit yaitu GE 1 dan GE2. Mesin PLTG dikopel langsung dengan generator sinkron 3 phasa berkutub dua salient. Daya output generator sinkron adalah 2 × 45,4 MVA, tegangan 11,5 kV. Titik bintang generator dihubungkan ke sistem pentanahan neutral resistance. Daya output generator tersebut dihubungkan dengan kabel berisolasi ke switchgear 11,5 kV yang terdiri dari CB generator dan trafo pemakaian sendiri.

Untuk mensuplai daya ke switch yard 150 kV outdoor, switchgear 11,5 kV dihubungkan dengan kabel tanah ke trafo step up tegangan 11,5/150 kV. Sisi tegangan tinggi dari trafo step up tersebut dihubungkan dengan switch yard 150 kV outdoor melalui saluran kabel tanah berisolasi. Titik bintang sisi tegangan tinggi dihubungkan ke tanah langsung.

Untuk keperluan peralatan bantu, PLTG GE mempunyai trafo pemakaian sendiri dengan daya 1.600 kVA, tegangan 11,5kV/380V. Sisi tegangan tinggi trafo pemakaian sendiri dihubungkan ke switchgear 11,5 kV melalui kabel berisolasi. Titik bintang sisi tegangan rendah dari tiap unit trafo pemakaian sendiri ditanahkan langsung. AC power supply untuk start pada kondisi normal dan pada saat operasi, supply daya untuk start alat-alat bantu diperoleh dari trafo pemakaian sendiri. Supply daya tersebut diperoleh dari tap trafo tenaga di sisi 11,5 kV dan diturunkan tegangannya melalui trafo pemakaian sendiri. Pada saat stop/start, supply daya AC untuk control alat Bantu diperoleh dari busbar 150 kV yang diturunkan tegangannya melalui trafo daya dan kemudian diturunkan lagi melalui trafo pemakaian sendiri 1600 kVA.

3.3.2 Operasi Pembangkitan

Pada saat perintah start dieksekusi maka pada awal mulanya mesin diesel start bekerja dimana mesin diesel ini seporos dengan turbin generator dan putaran turbin akan mengikuti putaran mesin diesel start. Hal ini dilakukan, karena jika tidak turbin akan membutuhkan gaya tekan yang sangat besar dan membutuhkan bahan bakar yang lebih besar pada awal start. Pada saat yang bersamaan bahan bakar disemprotkan melalui Nozzle ke dalam ruang bakar dalam bentuk kabut bersama dengan udara, dibakar (diberi pengapian) oleh busi untuk menghasilkan gas yang bertekanan untuk memutar turbin. Berputarnya turbin berarti rotor generator juga berputar. Karena rotor berputar, maka generator mulai menghasilkan output (tegangan dan frekunsi) melalui proses induksi elektromagnetik.

Ketika putaran turbin melebihi putaran diesel start maka diesel start akan lepas secara otomatis. Putaran turbin akan terus dinaikkan dengan penambahan bahan bakar yang diatur secara otomatis, Rotor generator yang seporos dengan turbin akan terus berputar hingga mencapai putaran ideal untuk menghasilkan tegangan dan frekuensi yang diinginkan atau siap untuk melakukan sinkronisasi.

3.4 Sistem Proteksi PLTG General Electric

Filosofi dasar dari sistem proteksi adalah bagaimana melindungi sistem tenaga listrik dari ekses gangguan yang terjadi pada sistem dengan cara memisahkan gangguan tersebut dari sistem lainnya dengan cepat dan tepat. Kualitas sistem proteksi yang diinginkan adalah yang cepat,sensitif,selektif dan andal. Berikut beberapa piranti proteksi yang ada di PLTG General Electric :

1.                  Alat Sensor

Alat sensor berfungsi untuk mendeteksi perubahan parameter pada sistem dari peralatan yang diproteksi. Alat sensor ini berupa VT (voltage transformer) dan CT (current transformer).

2.                  Relay Proteksi

Pada PLTG GE relay proteksi yang digunakan adalah relay numeric yang mana dikendalikan oleh sebuah microprocessor. Relay numeric atau relay digital yang digunakan adalah DGP System. DGP system adalah sebuah mikroprosesor yang dikombinasikan dengan relay digital di mana menggunakan sampling bentuk gelombang dari arus dan tegangan input untuk keperluan proteksi, control, dan memonitor generator. Sampling tadi digunakan untuk menghitung arus dan phasa tegangan yang mana digunakan untuk fungsi alogaritma proteksi. DGP System menggunakan interface MMI (Man Machine Interface) dan DGP LINK software komunikasi yang sesuai dengan GE digital relay system. Di bawah ini beberapa fungsi proteksi yang ada pada DGP System :

a.       Stator Differential

b.      Current Unbalance

c.       Loss of Exicitation

d.      Antimotoring

e.       Time overcurrent with voltage restraint

f.       Stator Ground

g.      Ground Overcurrent

h.      Over exicitation

i.        Overvoltage dan Undervoltager

j.        Over and Undefrequency

k.      Voltage Transformer Fuse Failure

3.                  Circuit Breaker (CB)

Circuit  breaker  berfungsi  sebagai  switch  atau  saklar  yang  memutuskan  dan menghubungkan peralatan yang diproteksi dari sistem. Circuit breaker bekerja berdasarkan perintah dari relay.