Upload
ngothien
View
245
Download
14
Embed Size (px)
Citation preview
1
Makalah Seminar Kerja Praktek
EFISIENSI TG-UNITS PADA PLTA LARONA, PLTA BALAMBANO, DAN PLTA
KAREBBE SERTA OPTIMALISASI PENGATURAN BEBAN DAN PEMBANGKIT
,
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang
Email : [email protected]
Abstrak - Unit turbin generator (TG-Units) pada
pembangkit listrik tenaga air merupakan mesin listrik
yang mengkonversi energi potensial, energi kinetik,
dan energi mekanik pada suatu sistem plta menjadi
energi listrik yang kemudian dapat digunakan untuk
memenuhi kebutuhan listrik.
Pada dasarnya, TG-Units memiliki nilai
efisiensi yang tinggi pada tiap unitnya. Nilai efisiensi
yang tinggi merupakan harapan dari suatu sistem
operasional plta. Efisiensi yang dimaksud ialah
memanfaatkan debit air yang mengalir pada runner
turbin air untuk menghasilkan energi listrik sesuai
dengan daya maksimum generator.
Perubahan beban yang ekstrim pada sistem
kelistrikan di PT. Vale Indonesia Tbk. memerlukan
sistem pengaman yang handal untuk mengatur
keseimbangan antara pembangkit dan beban.
Optimalisasi pengaturan beban dan pembangkit dapat
dilakukan dengan Load shedding.
Kata kunci : Efisiensi, TG-Units, Load Shedding.
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Indonesia merupakan salah satu negara
penghasil nikel terbesar di dunia, yang merupakan
penghasil devisa besar bagi negara. Salah satu
perusahaan besar di Indonesia yang melakukan
eksplorasi dan eksploitasi nikel adalah PT. VALE
INDONESIA Tbk yang di dulunya di kenal dengan
PT. INCO Tbk.. Salah satu prosedur yang sangat
penting dalam proses produksi nikel ini adalah
penyediaan tenaga listrik termasuk dengan sistem
transmisi dan distribusinya agar tenaga listrik dapat
tersalurkan sampai ke beban di pabrik.
Energi listrik dalam jumlah yang sangat besar
dibutuhkan oleh PT. VALE agar proses produksi
pengolahan nikel dapat berlangsung. Semua
peralatan yang ada dalam proses pengolahan bijih
nickel tersebut beroperasi dengan pemakaian daya
listrik yang sangat besar, dimana yang
membutuhkan daya paling besar adalah tungku
peleburan (furnace). Ada empat buah furnace yang
masing-masing bisa beroperasi dengan daya hingga
90 MW. Walaupun rata-rata total penggunaan daya
untuk furnace adalah sekitar 250 MW. Sedangkan
rata-rata daya yang dikonsumsi oleh peralatan-
peralatan lain (auxiliary) di plant site yaitu sekitar
50 MW. Artinya untuk plant site saja dibutuhkan
daya minimal 300 MW. Serta ditambah
penggunaan listrik untuk area di luar plant site
(mining area dan kota Sorowako), dan daya
sebanyak 10 MW yang dijual ke PLN. Sehingga
diperlukan total daya terpasang sekitar 400 MW
agar semuanya dapat berjalan dengan baik. Untuk
memenuhi semua itu PT. VALE harus dapat
menyediakan sistem kelistrikan yang kompleks
dibandingkan industri besar lainnya yang hanya
mengandalkan suplai listrik dari PLN. Oleh karena
itu, PT. VALE memiliki sistem kelistrikan yang
lengkap mulai dari pembangkitan, transmisi,
distribusi, hingga pemakaiannya.
Secara umum sistem kelistrikan pada PT.
VALE INDONESIA, Tbk terbagi tiga, yaitu sistem
pembangkitan, sistem transmisi dan sistem
distribusi. Sistem pembangkitan terbagi tiga
berdasarkan sumber energi yang digunakan untuk
menggerakkan turbin yaitu Pembangkit Listrik
Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga
Uap (PLTU), dan Pembangkit Listrik Tenaga
Diesel (PLTD). Sedangkan sistem distribusi yang
digunakan pada PT. VALE INDONESIA, Tbk
yaitu sitem distribusi 11 KV dan 33 KV dan sistem
transmisi 150 KV.
Gambar 1.1 Tiga PLTA di sungai Larona
2
1.2 Tujuan
Pembuatan laporan kerja praktek ini bertujuan
untuk mengetahui optimalisasi pengoperasian pada
plta bersusun dan pengaturan beban generator.
1.3 Batasan masalah
Pada laporan kerja praktek ini, dibatasi pada
pembahasan keandalan dan efisiensi TG-units
PLTA Larona, PLTA Balambano, dan PLTA
Karebbe serta sistem pengaturan beban generator.
II. DASAR TEORI
2.1 Turbin Air
Turbin adalah suatu alat penggerak di mana
energi fluida kerja diperlukan langsung untuk
memutar roda turbin (runner) dan menjadi tenaga
mekanis, yang selanjutnya dapat diubah menjadi
tenaga listrik untuk memenuhi kebutuhan industri
maupun rumah tangga. Bagian turbin yang berputar
disebut rotor dan bagian turbin yang diam disebut
stator. Untuk pemanfaatan energi air diperlukan
suatu bangunan yang khusus. Perbedaan antara
permukaan air diperoleh dengan membangun suatu
dam dimana ketinggian air akan bergantung pada
kondisi dan tempat. Pada sungai-sungai dataran
rendah, rumah turbin ditempatkan dekat dam,
sedangkan pada sungai-sungai dataran tinggi, maka
damnya memilki jarak tertentu dari rumah turbin
(power house). Air tiba ke turbin melalui saluran
yang dinamakan pipa penstock. Konversi energi
yang terjadi pada turbin adalah air mengalir dari
tempat yang lebih tinggi menuju ke tempat yang
lebih rendah. Dalam hal ini air ini memiliki energi
potensial, selanjutnya didalam pipa energi potensial
berubah menjadi energi kinetik. Didalam turbin
energi kinetik air diubah menjadi energi mekanik
dimana air memutar roda turbin. Kemudian melalui
shaft yang dikopel dengan generator energi
mekanik tadi diubah menjadi energi listrik.
Tabel 2.1 Perbandingan data Turbin
No Pembanding PLTA PLTA
BALAMBANO
PLTA KAREBBE
LARONA
1 Type
Vertical
Francis
Vertical
Francis
Vertical
Francis
2 Manufacturer Sulzer
General
Electric Andritz
3 Max. Head rate
150.3 m
(67 MW)
86.5 m
(68.5 MW)
76 m (65
MW)
4
Rating Net
Head
148 m
(65,4 MW)
84.5 m
(67.7 MW)
70.8 m (45
MW)
5 Min. Net Head
146.7 m
(65,4 MW)
83.5 m
(67.7 MW) -
6 Speed 272.7 Rpm 214.3 Rpm 200rpm
7 Run Way Speed 504 Rpm 386 Rpm 386 Rpm
8 Rate Flow 51 Cumens 92 Cumecs 98.41 cumens
2.2 Generator
Generator adalah suatu sistem yang
menghasilkan energi listrik dengan masukan tenaga
mekanik. Generator berfungsi untuk mengubah
energi mekanis (putaran shaft turbin yang di
teruskan ke rotor generator) menjadi energi listrik
pada stator generator setelah rotor mendapat energi
DC dari excitation system.
Tabel 2.2 Perbandingan data Generator
N
o Pembanding
PLTA LARONA PLTA
BALAMBAN
O
PLTA
KAREBBE LGS1 &
LGS2
LGS
3
1 Type Umbrella Umbrella
Ver. Sync.
Umbrell
a Ver.
Sync.
2 Manufacturer Andrit
z GE
General
Electric Andritz
3 Rated output 70 MW 68.5 MW 65 MW
4 Rated voltage 11 KV 11 KV 11 KV
5 Power Factor 0.85 0.8 0.85 0.85
6 Frequency 50 Hz 50 Hz 50 Hz
7 Rated Speed 272.7 rpm 214.28
rpm 200 Rpm
8 Poles 22 28 30
2.3 Beban Pembangkitan Pada Departemen
Utilities PT VALE INDONESIA Tbk.
Departemen Utilities mempunyai tugas utama
yaitu menyediakan atau menyuplai kebutuhan
energi listrik untuk operasi di Process Plant.
Energi listrik yang dihasilkan juga digunakan
untuk keperluan listrik pada fasilitas perusahaan
seperti perumahan karyawan serta digunakan untuk
pasokan listrik kebutuhan masyarakat sekitar area
penambangan. Selain itu ketersediaan steam (uap
panas), air dan udara bertekanan merupakan
tanggung jawab dari departemen ini.
Gambar 2.1 Sistem Kelistrikan Di Plant Site
3
2.4 Keandalan Turbin-Generator (TG-Units)
Pengertian keandalan TG-Units adalah
besarnya MW yang dihasilkan setiap meter kubik
air yang mengalir menuju runner setiap detik.
Sehingga satuan dari keandalan TG-units ialah
MW/M3/detik. Nilai keandalan untuk masing-
masing turbin pada tiap plta memiliki nilai yang
berbeda. PLTA Larona (1.22 MW/M3/detik),
PLTA Balambano (0.92 MW/M3/detik), dan
PLTA Karebbe (0.76 MW/M3/detik),
Besarnya nilai efisiensi TG-Units dapat diperoleh
melalui persamaan matematis berikut
(i) Menghitung Ketinggian
H = Rwl- Twl (1)
Dengan, H = ketinggian air (meter)
Rwl = reservoir water level
Twl = Tailrace water level
(ii) Daya Teoritis Turbin
Pteo = Q x H x (2)
Dengan, Pteo = daya teoritis (MW)
Q = Debit air (m3/s)
= berat jenis air = 9.8 KN / m³
(iii) Daya Output berdasarkan debit air yang
digunakan
Pq= K x Q (3)
Dengan, Pq = Daya output berdasarkan debit
air (MW)
K = nilai ketetapan (MW/M3/detik)
Q = Debit air (m3/s)
(iv) Keandalan TG-units berdasarkan debit air yang
digunakan. (MW/M3/detik)
Keandalan = Pq
Pout
(4)
(v) Effisiensi teoritis generator
ηteo =
maxP
Pteo (5)
(vi) Efisiensi TG units (%)
= %100
2
QKeandalan x
eoritisEfisiensit
(6)
III. ANALISA DAN PEMBAHASAN
3.1 Flowchart
Secara umum proses analisa optimasi
pembangkit pada saat beroperasi ditunjukkan pada
diagram alir di bawah ini. Dimulai dari
mengumpulkan data real time kemudian
menghitung nilai efisiensi dan keandalannya.
Setelah diperoleh data nilai efisiensi selanjutnya
dilakukan analisa apakah operasi pembangkit
sudah efisien dan optimal.
Gambar 3.1 Diagram Alir
3.2 Analisis Data
Pengambilan data pada berbagai ketinggian
reservoir dalam waktu yang berbeda, untuk mengetahui pengaruhnya pada kinerja turbin air. Dalam
hal ini efisiensi yang dihasilkan untuk menghasilkan
daya output ke generator. Data yang diambil adalah
pada PLTA Larona, PLTA Balambano, dan PLTA
Karebbe dari tanggal 24 Maret sampai 30 Maret 2012.
Namun, untuk lebih akurat maka data yang dianalisa
dikumpulkan setiap sekitar dua menit, dari pukul 10.30
AM sampai 10.50 AM di control room PLTA
Balambano.
Dengan menggunakan persamaan matematis maka
didapat hasil data perhitungan nilai efisiesi TG-Units
4
pada masing-masing pembangkit yang ditunjukkan pada
grafik sebagai berikut
Gambar 4.1 Grafik Hasil Perhitungan Data Efisiensi TG-
Units Pada PLTA Larona
Dari grafik dapat dilihat bahwa nilai efisiensi TG-
Units pada PLTA Larona berada pada penggunaan di
atas 50% ke atas. Nilai efisiensi terendah LGS2 yaitu
72.2% dan LGS3 menunjukkan 64.3%. Untuk nilai
efisiensi tertinggi LGS2 yaitu 89.6 % dan LGS3
menunjukkan nilai tertinggi 86.6 %.
Gambar 4.2 Grafik Hasil Perhitungan Data
Efisiensi TG-Units Pada PLTA Balambano
Dari grafik dapat dilihat bahwa nilai efisiensi
TG-Units pada PLTA Balambano khususnya unit
#1 berada pada operasi yang tidak seimbang antara
debit air dan daya. Nilai efisiensi terendah BGS1
yaitu 24.6 % dan BGS2 terendah pada 65.7 % .
Untuk nilai efisiensi tertinggi BGS1 yaitu 27.4 %
pada pukul dan BGS2 menunjukkan nilai tertinggi
84.4 %. Sangat jelas terlihat pada grafik di atas,
nilai efisiensi pada BGS1 sangat buruk yaitu rata-
rata pada 26.31 %.
Gambar 4.3 Grafik Hasil Perhitungan Data
Efisiensi TG-Units Pada PLTA Karebbe
Dari grafik dapat dilihat bahwa nilai efisiensi
TG-Units pada PLTA Karebbe, khususnya unit #2
memiliki nilai efisiensi yang tinggi. Pada waktu uji
ke empat Unit#2 KGS2 berhenti beroperasi
(shutdown) . Nilai efisiensi terendah KGS1 yaitu
81.5 % dan tertingi pada 84.2 %. Untuk nilai
efisiensi tertinggi KGS2 yaitu 86.9 % dan KGS2
menunjukkan nilai terendah 82.8 %. Sangat jelas
terlihat pada grafik di atas, nilai efisiensi pada
KGS1 sangat stabil rata-rata pada 83.13 %, berbeda
dengan unit KGS2 dengan nilai efisiensi yang terus
meningkat namun berhenti beroperasi dikarenakan
pergantian carbon brush.
Dalam pengoperasiannya TG-Units memiliki
beberapa indikator yang harus selalu diperhatikan
yaitu Capability, beban, frekuensi, putaran, suhu,
ketersediaan air, dan banyak faktor lainnya yang
harus selalu berada dalam kondisi aman agar tidak
mengaktifkan relay mencegah unit mengalami trip.
3.3 Hubungan Antara Beban Furnace dan
Pembangkit Hal terpenting dalam suatu sistem pembangkit
ialah adanya tersedianya daya listrik sesuai dengan
permintaan beban. Dalam sistem kelistrikan yang
terdapat pada PT. VALE INDONESIA Tbk. tidak
tergantung pada waktu seperti layaknya pada
Perusahan Listrik Negara (PLN) yang akan
mengalami kenaikan beban secara signifikan antara
pukul 17.00 – 22.00 dan pada kisaran jam tersebut
PLN akan mengalami kondisi beban puncak.
Berbeda dengan sistem kelistrikan di pabrik nikel
milik PT. VALE INDONESIA Tbk., operasi pabrik
dalam menghasilkan nikel matte tidak tergantung
pada waktu dan sewaktu-waktu beban dapat
dinaikkan atau diturunkan.
Berikut adalah tabel yang menunjukkan
hubungan antara beban dan pembangkit yang
dibedakan menjadi dua yaitu untuk beban furnace
dan auxiliary.
5
Sesuai dengan sistem interkoneksi yang terlihat
pada gambar single line diagram 150
kv,menunjukkan bahwa pembangkit yang
mensuplai beban pada furnace ialah KGS2, BGS2,
LGS2, LGS3,MDBG#2, dan MDBG#4.
Dikarenakan pasokan listrik dari hydro power tidak
mencukupi kebutuhan beban furnace, maka sebagai
cadangan untuk menambah pasokan daya maka
dinyalakan dua buah unit Mirrless Blackstone
Diesel Generator yaitu MDBG#2 dan MDBG#4
masing-masing 5.89 MW dan 5.92 MW.
Data pada tabel 4.3 menunjukkan
keseimbangan antara beban dan pembangkit
dimana daya pembangkit selalu lebih tinggi dari
kebutuhan beban.
Pada sisi beban furnace memiliki setpoint yang
berbeda-beda untuk tiap unit dan nilai setpoint
selalu berubah-ubah sesuai dengan kebutuhan
pabrik. Yang menjadi kendala utama bagi sisi
pembangkit ialah adanya perubahan daya aktif dan
daya reaktif yang sangat besar secara tiba-tiba
dalam hitungan sepersekian detik. Dari pengamatan
langsung pada man machine interface(MMI)
menunjukkan dalam 1 detik saja dapat terjadi
perubahan daya aktif sebesar 30 MW untuk satu
unit. Dalam kondisi normal selama melaksanakan
kerja praktek, FCE#1, FCE#3, dan FCE#4
beroperasi bersamaan dan apabila masing-masing
mengalami kenaikan daya atau penurunan daya
secara tiba-tiba dan setelah diakumulasikan dapat
mencapai kenaikan atau penurunan rata-rata 70
MW dalam satu detik. Dengan kondisi operasional
seperti inilah yang mengakibatkan unit pembangkit
maupun unit beban dapat trip dimana hal ini sangat
dihindari dalam sistem kelistrikan untuk
menunjang aktifitas pabrik.
3.4 Hubungan Antara Beban Auxiliary dan
Pembangkit
Selain beban furnace, unit pembangkit pada
PT. VALE INDONESIA Tbk. Memiliki beban
auxiliary. Berikut ini adalah tabel yang
menunjukkan hubungan antara beban dan
pembangkit sesuai dengan single line diagram
dimana unit #1 Balambano (BGS1) dan unit #1
Karebbe (KGS1) terhubung ke bus A22 untuk
beban auxiliary.
Tabel 5.18 Hubungan antara beban auxiliary dan
pembangkit
Beban auxiliary cenderung stabil dan konstan
sehingga tidak memerlukan perhatian lebih dalam
sistem pengaturan dan proteksinya.
Waktu
PEMBANGKIT BEBAN TOTAL
HYDRO THERMAL
FCE#1 FCE#4
KGS2 BGS2 LGS2 LGS3 MBDG#2 MBDG#4 SP Pa SP Pa BEBAN
PEMBKIT
10:31:38AM 17.44 33.61 40.95 10.54 5.89 5.92 70.40 64.40 61.00 44.80 109.20 114.35
10:33:14 AM 8.36 39.96 45.39 13.86 5.92 6.11 70.40 59.80 61.00 47.40 107.20 119.60
10:35:32 AM 11.49 57.16 51.32 16.14 5.92 5.97 70.40 73.60 61.00 64.20 137.80 148.00
10:36:54 AM 0.00 63.16 55.94 21.70 5.90 5.96 70.40 67.50 61.00 69.90 137.40 152.66
10:38:52 AM 0.00 48.61 49.20 13.15 5.74 6.26 70.40 57.70 61.00 65.00 122.70 122.96
10:42:24 AM 0.00 67.97 57.55 22.18 5.89 6.16 70.40 87.30 71.10 62.40 149.70 159.75
10:43:02 AM 0.00 52.24 53.83 15.51 5.82 6.12 70.40 68.00 75.10 61.50 129.50 133.52
10:45:44 AM 0.00 56.90 55.54 17.90 5.79 5.98 70.40 71.90 75.10 58.70 130.60 142.11
10:46:50 AM 0.00 61.45 54.88 17.02 5.85 6.10 70.40 74.60 75.10 58.20 132.80 145.30
10:49:00 AM 0.00 42.05 37.79 13.86 6.01 6.08 70.40 51.80 75.10 53.70 105.50 105.79
Waktu
MW
PEMBANGKIT BEBAN TOTAL
BGS1 KGS1 AUX. PLN BEBAN Pbgkt
10:31:38AM 3.42 26.52 9.10 10 19.10 29.94
10:33:14 AM 3.61 26.11 9.50 10 19.50 29.72
10:35:32 AM 3.36 26.38 9.70 10 19.70 29.74
10:36:54 AM 3.38 26.33 9.20 10 19.20 29.71
10:38:52 AM 3.54 26.36 9.30 10 19.30 29.90
10:42:24 AM 3.60 26.59 9.10 10 19.10 30.19
10:43:02 AM 3.47 26.70 8.90 10 18.90 30.17
10:45:44 AM 3.37 26.83 9.30 10 19.30 30.20
10:46:50 AM 3.23 27.10 9.20 10 19.20 30.33
10:49:00 AM 3.52 26.58 9.40 10 19.40 30.10
Tabel 3.4 Hubungan antara Beban Furnace Dan Pembangkit
6
3.5 Sistem Poteksi Load Shedding
Untuk lebih memahami cara kerja Load
shedding pada sistem kelistrikan PT. VALE
INDONESIA Tbk. Maka penulis mencoba
mensimulasikan ketika terjadi gangguan pada sisi
pembangkit dan beban.
Gambar 4.4 Tampilan Load shedding pada sisi
pembangkit.
Pada sisi pembangkit terdapat prioritas untuk
men-tripkan furnace, yaitu prioritas I dan prioritas
II. Ketika terjadi gangguan pada sisi generator yang
berindikator status “QUALIFY” hijau maka yang
menjadi prioritas pertama ialah prioritas I dan
ketika tidak terjadi trip maka prioritas II akan trip,
apabila sistem load shedding gagal maka akan
dilakukan tindak pengamanan secara manual.
Gambar 4.5 Tampilan Load shedding pada sisi
beban
Pada sisi beban juga berlaku sistem logic yang
sama tetapi hal ini difungsikan secara manual.
Ketika terjadi gangguan pada furnace, sistem load
shedding tidak dapat memerintahkan unit
pembangkit untuk ikut trip untuk menjaga agar
sistem pada sisi pembangkit tetap stabil dan
mencegah terjadinya blackout sistem.
Urutan prioritas trip pada pembangkit dan
beban berdasarkan pada nilai daya aktif pada
masing-masing sisi. Urutan akan otomatis berubah
dan mengikuti nilai beban dan nilai pembangkit
yang paling mendekati.
IV. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
1. Pengertian Efisiensi TG-Units adalah seberapa
besar persentase suatu pembangkit yang dalam
hal ini ialah turbin air dan generator pada
PLTA dimanfaatkan untuk menghasilkan daya
berbanding dengan kemampuan TG-Units
tersebut untuk menghasilkan daya maksimum.
2. Dalam pengoperasiannya TG-Units memiliki
beberapa indikator yang harus selalu
diperhatikan yaitu Capability, beban, frekuensi,
putaran, suhu, ketersediaan air, dan banyak
faktor lainnya yang harus selalu berada dalam
kondisi aman agar tidak mengaktifkan relay
mencegah unit mengalami trip.
3. Dengan mengatur pada water balance
ketersediaan daya mencapai sekitar 238 MW
sedangkan pada kondisi water unbalance daya
yang dapat dihasilkan dari hydro mencapai 286
MW.
4. Mekanisme water balance dilakukan pada saat
ketersediaan air terbatas, dan mekanisma water
unbalance dapat dilakukan pada saat air
melimpah.
4.2 Saran
1. Sistem kontrol otomatis sangat diperlukan
untuk mengatur optimalisasi pembangkit
hydro-termal yang berada di PT. VALE
INDONESIA.
2. TG-Units pada PLTA harus dapat dioperasikan
dengan maksimal dengan meningkatkan nilai
efisiensinya.
3. Sangat penting untuk seorang operator selalu
memperhatikan keseimbangan antara beban,
pembangkit, level air dan grafik capability,
agar unit beroperasi dengan aman dan optimal
dengan keandalan yang tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
[1] _. DAFTAR PUSTAKA
-Moedjiono, ” Catatan Kecil Hydro_1”. Hydro
Power Plant, Utilities Department. PT VALE
INDONESIA,Tbk
-Moedjiono, ”Catatan Kecil Bagian 2”. Hydro
Power Plant, Utilities Department. PT VALE
INDONESIA,Tbk
-HYDRO BALAMBANO OPERATION MANUAL
(Bano Manual)
-HYDRO LARONA OPERATION MANUAL
(Larona Manual)
7
BIOGRAFI
Deskiniel. Dilahirkan
di Langkea Raya, 22
Desember 1989,
menempuh
pendidikan dasar di
SDN Matompi,
kemudian dilanjutkan
di SMPS YPS
Singkole. Lalu dilanjutkan di SMAN 17
Makassar. Dan saat ini sedang menempuh
pendidikan Strata-1 di Universitas
Diponegoro Konsentrasi Ketenagaan.
Semarang, Juni 2012
Mengetahui dan Mengesahkan,
Dosen Pembimbing
Agung Warsito, Ir. DHET.
NIP. 19590105 198703 1 002