Combined Cycle Gas Turbine

Tulisan terkait pembangkit listrik pada sistem gasifikasi, tugas dari mata kuliah multi disiplin di ITB, yang kubuat untuk kawan-kawan di luar jurusan Teknik Fisika terkait pembangkit listrik CCGT, semoga bermanfaat🙂

 

Dalam sistem gasifikasi, kita menggunakan gas sebagai bahan bakar proses pembangkitan listrik, dan kira-kira begini lah proses pembangkitan listrik yang menggunakan gas sebagai bahan bakar berlangsung.

 

Sistem Pembangkit Listrik – Siklus Brayton (Turbin Gas)

 

Image

 

Siklus Brayton adalah siklus pembangkit energi listrik dengan menggunakan udara. Udara dihisap masuk oleh kompresor, lalu kemudian dialirkan menuju combustion chamber. Di combustion chamber, udara akan bercampur dengan gas hasil biomassa yang dibakar, sehingga energi pada udara bertambah (dalam bentuk energi panas/entalpi). Udara panas inilah yang kemudian akan digunakan untuk memutar turbin gas, yang kemudian akan memutar generator listrik.

 

Siklus Brayton, atau sering juga disebut open cycle gas turbine, merupakan siklus yang sederhana (karena hanya memiliki 3 komponen utama, kompresor, combustion chamber dan turbin). Selain itu, peralatan yang dibutuhkan juga tidak berat dan ukurannya kecil.

 

Namun, siklus ini juga memiliki kekurangan. Salah satunya adalah sensitivitasnya yang tinggi, dimana efisiensi siklus ini sangat bergantung pada efisiensi tiap komponen dalam siklus (efisiensi kompresor, turbin dan perpindahan kalor pada combustion chamber), karena perubahan efisiensi komponen sejauh beberapa persen punya pengaruh signifikan pada siklus ini. Selain itu, perubahan pada kondisi udara (seperti tekanan atmosfir) juga akan berpengaruh pada efisiensi, karena udara yang digunakan dalam siklus ini diambil dari lingkungan, dan debit udara yang diambil pun lumayan banyak. Selain itu, umumnya komponen dari siklus ini pun tergolong mahal jika dibandingkan dengan komponen siklus lain.

 

Ada beberapa cara untuk meningkatkan efisiensi dari Siklus Brayton, seperti meningkatkan rasio tekanan, regenerasi kalor (panas) gas keluaran turbin, memanfaatkan panas yang keluar untuk menghangatkan ruangan dalam sistem Combined Heat and Power (CHP), atau menggabungkan Siklus Brayton dan Siklus Rankine dengan metode cogeneration atau Combined Cycle Gas Turbine (CCGT). Pada metode cogeneration, gas panas keluaran dari turbin masuk ke heat exchanger untuk disalurkan kalornya ke tempat lain, yaitu air pada siklus rankine.

 

Sistem Pembangkit Listrik – Siklus Rankine (Turbin Uap)

 

 Image

 

Siklus tambahan pada metode cogeneration adalah siklus rankine, siklus yang menggunakan uap untuk memutar turbin yang dihubungkan dengan generator listrik (steam turbine). Uap diputar dalam siklus itu, dimana awalnya air dipompa hingga mencapai tekanan tertentu, kemudian air dialirkan melewati boiler sehingga terjadi penguapan hingga ke fasa superheated steam, kemudian superheated steam itulah yang akan digunakan untuk memutar turbin, yang kemudian akan memutar generator dan juga menghasilkan listrik. Output dari turbin ini kemudian akan masuk ke condenser untuk dikondensasikan menjadi air, untuk kemudian diputarkan lagi.

 

Dengan adanya siklus ini, efisiensi dari siklus Brayton yang (kalau tidak salah) berada di kisaran 30-35% dapat meningkat hingga ke efisiensi 50-60% (pernah baca tapi lupa datanya dari mana, bagi yang membutuhkan info untuk referensi silahkan googling sendiri, semoga sudah meningkat, hehe). Namun, efisiensi yang tinggi tersebut umumnya ditemukan pada pembangkit listrik dengan output yang besar, yang berada dalam kisaran 100-130 MW, karena kalau kalor yang dihasilkan sedikit, heat loss yang terjadi akan berpengaruh secara signifikan terhadap siklus.

 

Integrasi Sistem Pembangkit Listrik dengan PLN

 

Hasil listrik keluaran dari Steam Turbine dan Gas Turbine adalah Alternating Current (AC). Untuk mensinergikannya, kita perlu menyamakan fasa dan frekuensi listriknya (agar sinkronisasi atau penggabungan energi listrik berjalan dengan baik, dan interferensi gelombang listrik koheren sempurna, sebagaimana yang perlu dilakukan untuk menggabungkan 2 buah gelombang), dan juga harus menyamakan potensial antara kedua sumber (agar saat penggabungan listrik tidak terjadi back voltage, yang memungkinkan mengalirnya arus listrik dari satu sumber listrik ke sumber listrik yang lain, bukan mengalir ke komponen yang kita inginkan).

 

Untuk mengurangi masalah berupa penyamaan frekuensi, kita dapat mengubah listrik AC menjadi DC dengan menggunakan inverter, setidaknya pada listrik DC kita tidak perlu mempermasalahkan fasa dan frekuensi. Inverter juga dapat dimanfaatkan untuk menyamakan potensial kedua sumber listrik untuk mempermudah sinkronisasi. Setelah itu, baru energi listrik yang ada dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari.

 

Ada 2 metode untuk menggunakan energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik biomassa ini. Yang pertama adalah menggunakan listrik PLN, listrik gas turbine dan listrik rankine turbine secara sendiri-sendiri. Dengan metode ini, sama saja dengan kita memiliki 3 sumber listrik yang berbeda, yang dapat dimanfaatkan secara terpisah. Keuntungan metode ini adalah kita tidak perlu mempermasalahkan penggabungan energi listrik yang dihasilkan, jadi memang jauh lebih mudah. Hanya saja jika dikaitkan dengan instrumentasi, jumlah instrument yang dibutuhkan untuk mengamati kondisi sistem akan lebih banyak, yang berarti biaya untuk memasang dan me-maintenance sistem akan lebih mahal.

 

Metode kedua adalah mensinkronkan semua energi listrik yang ada, baik itu dari PLN, maupun dari yang dihasilkan gas turbine dan steam turbine. Salah satu metode sinkronisasinya adalah dengan menggunakan inverter sebelum menggabungkannya. Namun hal ini tergolong sulit untuk dilakukan (dibutuhkan control dalam penggabungan energi listrik agar tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan. Salah satu cara menyiasati ini adalah dengan menggunakan “Hybrid System Controller” seperti Sunny Island 5048 dibawah, dari gambar pada manual petunjuk Sunny Island 5048.

 

 Image

 

Hybrid system controller dapat mempermudah kita dalam mengurus masalah penggabungan energi listrik, karena controller ini mampu me-manage sistem dan generator listrik. Controller ini juga dapat mengoptimasi performa sistem, serta mengawasi dan mengendalikan sistem secara remote.

 

Metode hybrid ini terinspirasi dari Sistem Hibrid energi Terbarukan, bagi yang berminat silahkan lihat aplikasinya pada artikelku yang lain: https://sangpencariilmu.wordpress.com/2013/10/27/sistem-hibrid-energi-terbarukan/

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s