Cara Kerja PLTU atau Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Pembangkit listrik tenaga uap

Sumber Deutsch Welle

Apa itu PLTU? PLTU atau pembangkit listrik tenaga uap adalah sebuah sistem yang mengubah air menjadi uap bertekanan tinggi hasil proses pembakaran bahan bakar hingga menghasilkan energi listrik.

Indonesia sebagai negara kepulauan dengan penduduk yang tersebar ke berbagai penjuru negeri idealnya memiliki pembangkit listrik di setiap pulaunya. Salah satu pembangkit listrik yang sering banyak dibangun di pulau-pulau besar di Indonesia adalah PLTU atau singkatan dengan pembangkit listrik tenaga uap.

Meskipun tidak ramah lingkungan, PLTU masih dimanfaatkan hingga sampai saat ini. Namun, jangan kuatir karena teknologi pembangkit saat ini sudah berkembang dengan cepat sehingga banyak pembangkit listrik yang sudah ramah lingkungan.

Kemudian untuk batubara sebagai bahan baku pada PLTU juga sedang menuju kearah penggantian dengan biomassa. Sambil menunggu pergantian bahan bakar PLTU menuju biomassa, mari kita pelajari cara kerja dan komponen pada pembangkit listrik tenaga uap.

Daftar Isi

• Konversi Energi Batubara pada PLTU
• Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Uap
• 1.Komponen Utama PLTU
• 2.Komponen Pendukung PLTU
• Bagaimana Cara Kerja PLTU
• Berapa Efisiensi PLTU di Indonesia?
• Tren Pembangkit Listrik Tenaga Uap Masa Depan
• Kesimpulan

Konversi Energi Batubara pada PLTU

Mari kita ambil salah satu contoh PLTU dengan kapasitas besar yang dekat dengan Kota Jakarta yakni PLTU Suralaya. Energi listrik yang dihasilkan oleh PLTU Suralaya adalah sebesar 3400 MW. Kemudian kita anggap satu rumah memiliki rata-rata kebutuhan energi listrik sebesar 1300 watt. 

Apabila kita bagi, hasilnya satu PLTU Suralaya mampu mengalirkan energi listrik ke 2,6 juta rumah penduduk. Peran utama dari PLTU adalah pada material bahan baku yang digunakan yakni batubara. Satu kilogram batubara dapat terkonversi menjadi 30 juta joule energi atau setara dengan seribu baterai listrik 1.5 volt.

Sedangkan tugas dari PLTU adalah mengeluarkan energi dalam bentuk panas dari batubara dan menggunakannya untuk memutar mesin turbin dan melalui turbin dapat memutar generator untuk menghasilkan listrik. PLTU dapat menghasilkan energi listrik yang cukup besar karena mengkonversikan batubara dalam jumlah yang besar setiap waktunya.

Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Agar pembangkit listrik tenaga uap dapat bekerja secara optimal, maka perlu dukungan komponen yang saling berkesinambungan dalam satu sistem. Apabila membahas terkait komponen pada pembangkit listrik tenaga uap untuk mendukung cara kerjanya, maka terdapat komponen utama dan komponen pendukung.

1.Komponen Utama PLTU

Komponen utama pembangkit listrik tenaga uap merupakan aspek teknologi PLTU yang memiliki fungsi untuk mengubah bahan bakar batubara menjadi energi listrik.

a.Turbin Uap PLTU

Turbin uap pada PLTU

Sumber Power Engineering

Turbin uap PLTU memiliki fungsi untuk mengkonversi energi panas dan tekanan menjadi energi kinetik. Turbin uap dan generator tersambung melalui poros, sehingga putaran pada turbin juga memutar generator.

b.Boiler PLTU

Boiler PLTU Batubara

Sumber Alibaba

Boiler pada PLTU memiliki fungsi untuk mengubah air (feedwater) menjadi uap panas bertekanan tinggi yang mengalir melalui pipa-pipa. 

c.Kondensor PLTU

Kondensor PLTU Batubara

Sumber Power4you "Power from knowledge"

Kondensor PLTU memiliki fungsi untuk mengkondensasikan uap bekas dari uap yang telah memutar turbin. Uap bekas tersebut tentunya dapat dilakukan penyulingan atau kondensasi untuk mendapatkan air. Air yang didapatkan dari kondensor ditampung untuk dapat digunakan lagi pada boiler.

d.Generator Listrik

Generator listrik PLTU batubara

Sumber Siemens

Generator listrik memiliki fungsi untuk mengubah energi kinetik atau gerak menjadi energi listrik. Anda dapat mempelajari secara lebih lanjut pada cara kerja generator listrik.

2.Komponen Pendukung PLTU

Komponen pendukung PLTU adalah komponen yang memiliki fungsi agar aliran material dan pembuangan dapat berjalan lancar.

a.Coal Handling pada PLTU

Coal handling PLTU batubara

Sumber Architect Magazine

PLTU di Indonesia sebagian besar membangun PLTU di lepas pantai. Tujuannya untuk mempermudah dan menekan biaya distribusi material bahan baku yang berupa batubara. Komponen pada coal handling meliputi komponen teknologi sejak bongkar muat dari kapal hingga sampai ke gudang atau bunker.

b.Ash Handling pada PLTU

Ash handling PLTU batubara

Sumber Engineer Live

Selama beroperasi PLTU menghasilkan abu dan residu hasil pembakaran. Kemudian abu dan residu hasil pembakaran harus ditangani agar tidak menyebabkan masalah. Terdapat dua jenis abu residu pembakaran yakni abu jatuh (bottom ash) maupun abu terbang (fly ash). Ash handling memiliki fungsi sebagai alat untuk mengumpulkan abu tersebut.

c.Auxiliary Boiler (Boiler Bantu)

Boiler bantu PLTU batubara

Sumber AFRA Marine Tech

Pada PLTU terdapat boiler bantu yang memiliki fungsi untuk membantu proses starter (awalan) pada boiler pertama serta uap bantu (auxiliary steam). Boiler bantu berbeda dengan boiler utama yang menggunakan bahan bakar batubara, pada boiler ini menggunakan minyak (fuel oil) sebagai bahan bakar utamanya.

d.Chlorination Plant (Unit Chlorin) 

Chlorination plant PLTU batubara

Sumber LinkedIn

Pada PLTU terdapat chlorination plant yang memiliki fungsi untuk mensterilkan air laut ketika proses water intake. Tujuan dari proses sterilisasi ini untuk menanggulangi adanya pengerakan pada pipa-pipa kondensor akibat berkembangbiaknya mikroorganisme dari laut. Caranya dengan menghasilkan senyawa natrium hipoclorit (NaOCL).

e.Hidrogen Plant (Unit Hidrogen)

Hidrogen cooler generator

Sumber Energyen

Putaran generator listrik pada PLTU terjadi secara terus-menerus sehingga menyebabkan adanya friksi dan menimbulkan panas. Operator dapat meminimalisir panas pada generator listrik dengan memberikan pendinginan senyawa hidrogen (H2). Senyawa hidrogen selama ini disimpan pada unit hidrogen atau hidrogen plant.

f.Desalination Plant (Unit Desal)

Desalination plant PLTU

Sumber Aquatechtrade

Pembangkit listrik tenaga uap membutuhkan air sebagai bahan baku uap. PLTU mengambil langsung kebutuhan air tersebut dengan melakukan penyulingan (kombinasi evaorasi dan kondensasi) laut atau brine. Proses penyulingan air laut untuk kebutuhan bahan baku uap melalui desalination plant atau unit desal pada PLTU.

g.Reverse Osmosis (RO) 

Reverse osmosis PLTU

Sumber Caesarvery

Pada beberapa PLTU selain menggunakan desalination plant juga menggunakan teknologi terbaru untuk penyaringan air laut yakni menggunakan teknologi reverse osmosis. Reverse osmosis adalah teknologi untuk mengubah air laut menjadi air tawat dengan cara menyaring garam melalui membran semi permeable.

h.Demineralizer Plant 

Demineralizer plant PLTU

Sumber PLTU Paiton

Pada PLTU, air tawar juga harus bebas dari mineral karena konduktivitasnya masih tinggi dan dapat  menyebabkan terjadinya GGL induksi. Selain itu tujuannya agar pipa-pipa dan peralatan PLTU terhindar dari korosi. Proses menghilangkan mineral atau ion dapat melalui demineralizer plant atau unit demin.

Bagaimana Cara Kerja PLTU

Cara kerja PLTU

Sumber University Illinois

Pembangkit Listrik Tenaga Uap cara kerjanya dapat dijelaskan secara berurutan seperti halnya lantai produksi pada sebuah pabrik.Secara umum pembangkit listrik tenaga uap menerima inputan berupa material bahan baku berupa air dan batubara.

Kemudian output yang dihasilkan berupa energi listrik , uap hasil pembakaran dan residu. PLTU memanfaatkan tenaga uap sehingga kalor uap pada PLTU sangatlah berharga.

1.Mekanisme Material Handling PLTU

Pertama, bahan baku diangkut dengan mekanisme material handling untuk memindahkan dari tempat penyimpanan atau gudang ke bagian pembakaran. Mekanisme material handling bahan baku pada PLTU menyesuaikan jenis dari bahan baku tersebut apakah dalam bentuk cairan, padatan atau curah.

2.Mekanisme Pembakaran pada Boiler PLTU

Pada pembangkit listrik tenaga uap di Indonesia, mekanisme pembakaran tergolong sejak pembakaran melalui furnace hingga proses menghasilkan steam atau uap oleh boiler. Selain batubara, terdapat bahan lain seperti pasir, batu kapur dan oil fuel.

Pasir memiliki fungsi sebagai media transfer panas. Sedangkan batu kapur memiliki fungsi untuk menangkap gas berbahaya seperti belerang dioksida. Sedangkan oil fuel memiliki fungsi untuk mempermudah pengapian saat pembakaran awal.

Kemudian pada boiler, mekanisme panas dari proses pembakaran mengalir menuju pipa yang terisi air. Melalui perpindahan kalor secara induksi mampu memanaskan air sehingga berubah menjadi uap.

3.Mekanisme konversi energi uap menjadi gerak

Turbin pada pembangkit listrik tenaga uap memiliki fungsi untuk mengubah energi uap menjadi energi kinetik. Uap air panas dan bertekanan tinggi pada pipa-pipa boiler kemudian mengalir menuju turbin untuk mendorong semacam baling-baling hingga terjadi putaran.

Putaran pada turbin terjadi akibat kuatnya dorongan dari uap air yang memiliki tekanan tinggi akibat proses pembakaran. Uap tersebut kemudian dialirkan untuk didinginkan kembali menjadi air.

4.Menghasilkan listrik dari generator

Putaran pada turbin terhubung dengan generator listrik melalui sebuah poros. Seperti halnya cara kerja turbin generator hingga menghasilkan listrik, putaran dari energi kinetik pada generator listrik mampu menghasilkan energi listrik. Kemudian listrik hasil dari generator terhubung langsung ke instalasi listrik untuk selanjutnya dialirkan ke konsumen.

Namun beban energi listrik konsumen berubah-ubah atau naik turun menurut satuan waktu. Sehingga pada sistem distribusi listrik, kita mengenal istilah beban dasar dan beban puncak. Karena karakteristik pembangkit listrik tenaga uap memiliki respon yang rendah pada perubahan daya terhadap waktu, maka pembangkit listrik tenaga uap sebagian besar hanya memiliki fungsi untuk menyangga beban dasar. 

Beban dasar listrik adalah nilai minimum yang harus dipasok oleh pembangkit listrik secara konstan. Meskipun hanya beban dasar, generator pada sistem pembangkit listrik tenaga uap harus menghasilkan frekuensi yang singkron untuk memenuhi kebutuhan konsumen. Frekuensi singkron pada generator didapatkan dari mekanisme generator sinkron yang dilengkapi dengan governor. 

Berapa Efisiensi PLTU di Indonesia?

Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) di Indonesia memiliki rentang efisiensi antara 25 % hingga 50%. Semakin besar nilai efisiensi, maka semakin bagus dan optimal energi yang dihasilkan. Semakin maju teknologi, memiliki korelasi secara positif terhadap peningkatan efisiensi. Selama melakukan perhitungan efisiensi PLTU, terdapat berbagai cara pandang baik pada sisi energi maupun aspek mekanikal.

Perhitungan efisiensi PLTU di Indonesia merujuk pada efisiensi termal (perhitungan energi bahan baku material), efisiensi ketel/boiler (perhitungan gas, kandungan panas pada uap air, kerugian karbon akibat pembakaran kurang merata serta kerugian panas akibat kalor yang terlepas) dan efisiensi turbin (kerugian aspek mekanikal, kerugian throttling, kerugian energi kinetik serta kerugian akibat derajat kebasahan uap kalor).

Tren Pembangkit Listrik Tenaga Uap Masa Depan

Kedepannya setiap orang akan lebih peduli terhadap lingkungan sekitarnya, sehingga mereka juga peduli terhadap tren pembangkit listrik yang lebih ramah lingkungan.  Selama ini pembangkit listrik tenaga uap menggunakan bahan baku pembakaran berupa batubara yang bukan merupakan sebuah energi terbarukan.

Meskipun sudah terdapat beberapa penelitian terapan terkait manfaat biomassa untuk menggantikan batubara. Salah satu manfaat dari PLTU yakni penggunaan lahan yang tidak terlampau besar. Sebagai contoh, energi listrik dari satu PLTU setara dengan energi listrik 1000 turbin angin.

Perbedaannya, bahan baku yang digunakan turbin angin melimpah ruah dan didapatkan secara gratis. Berbeda dengan pengadaan batubara sebagai bahan baku PLTU yang membutuhkan biaya yang tidak sedikit.

Beberapa pembangkit listrik dengan energi terbaharukan yang pernah diulas oleh blog ini contohnya Pembangkit Listrik Tenaga Angin atau Bayu serta Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil Mikrohidro. Selain itu juga terdapat pembangkit listrik tenaga surya yang sudah banyak terinstal di Indonesia bagian timur. Investasi untuk energi terbaharukan memang akan mahal awalnya, namun untuk biaya operasional dan perawatannya lebih murah dari PLTU.

Sebagai negara yang berdaulat, arah kebijakan dan tren penerapan penggunaan energi terbaharukan pada pembangkit listrik harusnya dikoordinasikan dengan berbagai pihak. Berbagai pihak terkait dapat menilai bagaiman rencana strategis yang semestinya dilakukan.

Kesimpulan

Pada mekanisme cara kerja PLTU atau pembangkit listrik tenaga uap, kesimpulannya sistem tidak mengubah batubara menjadi listrik secara langsung. Namun  pembangkit listrik tenaga uap mengubah air menjadi uap bertekanan tinggi hasil proses pembakaran bahan bakar hingga menghasilkan energi listrik. Sehingga selain batubara juga memerlukan air sebagai bahan baku uap. Karena Indonesia negara kepulauan serta tidak semua pulau memiliki tambang batubara, pembangunan PLTU lebih efisien jika berada di tepian pantai.

Tujuannya agar terintegrasi dengan mekanisme bongkar muat (coal handling) serta mendapatkan suplai air yang melimpah. Komponen pada pembangkit listrik tenaga uap dibagi menjadi dua yakni komponen utama dan komponen pendukung. Komponen utama merupakan teknologi kunci sedangkan komponen pendukung merupakan komponen yang mendukung proses suplai material serta pembuangan.