NAMA: IMAM BAIHAQIJURUSAN: TEKNIK ELEKTROMATA UJIAN: PEMBANGKIT DAYA LISTRIKDOSEN: P.SUTOKO dan Ir. SAIFUL AFFANDIE TANGGAL: 27 DESEMBER 2013

RESUME PUSAT PEMBANGKIT DAN OPERASI EKONOMISNYA, SERTA PERMASALAHAN-PERMASALAHANNYA

Fungsi dari pusat pembangkit adalah untuk mengkonversikan sumber daya energi primer menjadi energi listrik. Pusat pembangkit listrik konvensional mencangkup:

Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU). Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA). Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG). Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP). Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).

A. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU).PLTU memakai bahan bakar minyak, gas alam, atau batubara dipakai untuk membangkitkan panas dan uap pada boiler. Uap tersebut kemudian dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron. Setelah melewai turbin, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap bertekanan dan bertempratur rendah. Panas yang disadap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler. Sisa panas yang dibuang oleh kondensor mencapai setengah jumlah panas semula yang masuk. Hal ini mengakibatkan efisien termodinamika suatu turbin uap bernilai kecil dari 50%. Turbin uap yang modern mempunyai temperatur boiler sekitar 500 sampai 600 derajat celcius dan temperatur kondensor antara 20 sampai 30 derajat celcius. Permasalahan pada PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap)a. Proses start lama b. Membutuhkan lahan yang luasc. Membutuhkan air pendingin yang cukup banyak sehingga biasanya ditempatkan di daerah yang dekat dengan sumber air yang melimpahd. Investasi awal mahale. Pembangunan lamaf. Emisi gas buang tidak ramah lingkungan

B. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)Seperti juga pada PLTD, PLTG atau turbin gas merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan bakar berupa minyak atau gas alam dibakar di dalam ruang pembakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan baker disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas hasil pembakaran ini berfungsi sebagai fluida kerja yang memutar roda turbin bersudu yang terkopel dengan generator sinkron. Generator sinkron kemudian mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Berbeda dengan pada PLTD, pada PLTG tidak terdapat bagian mesin yang bergerak Translasi (bolak-balik) karena itu ia merupakan mesin yang bebas dari getaran. meskipun temperatur turbin gas (1000 derajat celcius) jauh lebih tinggi daripada temperatur turbin uap (530 derajat celcius), namun efisien konversi termalnya hanya mencapai 20% - 30%. karena biaya modal yang rendah, serta biaya bahan bakar yang tinggi, maka PLTG berfungsi memikul beban puncak.

Permasalahan pada PLTGU (Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap)a. Emisi gas buang tidak ramah lingkunganb. Membutuhkan lahan yang luasc. Proses pembangunan lamad. Spare parts mahale. Daya yang dihasilkan rendah

C. Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD)Pada reactor air tekan (pressurized water reactor) terdapat dua rangkaian yang seolah-olah terpisah. Pada rangkaian pertama bahan baker uranium-235 yang diperkaya dan tersusun dalam pipa-pipa berkelompok, tersudut untuk menghasilkan panas dalam reactor. Karena air dalam bejana penuh, maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan air menjadi panas dan bertekanan. Air panas yang bertekanan tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu generator uap yang terbuat dari baja. Generator uap menghasilkan uap yang memutar turbin dan proses selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsung pada turbin uap PLTU.Keuntungan reactor air tekan yang mempunyai dua rangkaian ini terletak pada pemisahan rangkaian pertama yang merupakan reactor radioaktif dari proses konversi turbin uap yang berlangsung pada rangkaian kedua. Dengan demikian, uap yang masuk ke dalam turbin dan kondensor merupakan uap bersih yang tidak tercemar radioaktif. PLTN yang mempunyai biaya modal tinggi dan biaya bahan baker rendah itu seyogyanya beroprasi untuk beban dasar (7000-8000 jam pertahun).Permasalahan pada PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Diesel)a. Menggunakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui (BBM) sehingga biaya bahan bakar mahal dan tidak efisien

D. Pusat Tenaga Listrik Air (PLTA)Penggunaan tenaga air mungkin merupakan konversi energi tertua yang pernah dikenal manusia. perbedaan veritikal antara batas asa dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetik yang kemudian mendesak sudu-sudu turbin. Bergantung pada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton Francis KalpanKarena tidak menggunakan bahan bakar, biaya operasi PLTA sangat rendah, namun hal ini dibarengi dengan biaya investasi yang sangat tinggi untuk kontruksi pekerjaan sipilnya.Bergantung pada ketersediaan sumber energi air, PLTA dapat berfungsi untuk memikul beban puncak ataupun beban dasar. Sebagai sumberdaya energi yang dapat pulih, sumber potensi tenaga air sangat menarik untuk dikembangkan. Tetapi pemanfaatanya secara luas sangat dibatasi oleh kondisi geografis setempat dan permasalahan lokasi yang biasanya jauh dari opusat beban. Dari 77 863 MW potensi tenaga air terbesar diseluruh Indonesia, sampai dengan periode pelita IV ini baru sekitar 2000 MW saja yang telah dimanfaatkan.Dengan memperhatikan bahwa setiap pusat pembangkit mempunyai perbedaan yang cukup berarti dilihat dari aspek biaya modal, biaya operasi, maupun efisiensinya, maka seorang insinyur listrik harus mampu memilih alternatif susunan gabungan pembangkit (generation-mix) yang paling ekonomis untuk dioperasikan. Mengingat beban bervariasi secara ekstrem dari saat ke saat dan brsamaan dengan itu penyediaan (supply) sistem pembangkit diharapkan selalu mencukupi kebutuhan beban yang berfluktuasi tadi, maka terdapat interelasi antara parameter ekonomis pusat-pusat pembangkit dengan dinamika beban. susunan kapasitas terpasang pembangkit PLN menurut jenisnya untuk keadaaan akhir pelita IV (1988/89) Susunan Kapasitas Terpasang Pembangkit PLN Menurut Jenisnya untuk Keadaan Akhir Pelita IV (19988/89)Permasalahan pada PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air)a. Biaya investasi yang diperlukan untuk membangun bendungan besar dan mahalb. Membutuhkan lahan yang luas dan waktu yang lama untuk pembangunan konstruksic. Kapasitas pembangkit tergantung pada jumlah debit air yang tersedia.

E. Pembangkit Listrik Tenaga Surya Perlu dipahami, kebutuhan energi global dalam 30 tahun ke depan akan meningkat dua kali lipat per tahunnya. Pada 40 tahun mendatang, kebutuhan meningkat lagi menjadi tiga kali lipat atau setara dengan energi 20 miliar ton minyak bumi. Memang selama ini menurut Energy Information Administration (EIA) memperkirakan pemakaian energi hingga tahun 2025 masih didominasi bahan bakar fosil, yakni minyak bumi, gas alam, dan batubara. Permasalahannya yaitu menurut data Departemen ESDM juga menyebutkan, cadangan minyak bumi di Indonesia hanya cukup untuk 18 tahun kedepan, sedangkan gas bumi masih bisa mencukupi hingga 61 tahun lagi. Kemudian cadangan batubara diperkirakan habis dalam waktu 147 tahun lagi.Salah satu langkah konkrit PLN yang akan diwujudkan hingga tahun 2009 adalah dengan membangun proyek PLTU 10.000 MW. Mungkin beberapa alasan memilih solusi ini karena selama ini kebutuhan listrik Negara 30 % disumbang oleh PLTU Suralaya yang berbahan baku batubara dan seperti yang dikemukakan diatas bahwa cadangan batubara nasional cukup tinggi. Permasalahannya adalah sumber utama penghasil emisi karbondioksida secara global, yaitu pembangkit listrik bertenaga batubara. Pembangkit listrik ini membuang energi dua kali lipat dari energi yang dihasilkan. Semisal, energi yang digunakan 100 unit, sementara energi yang dihasilkan 35 unit. Maka, energi yang terbuang adalah 65 unit! Setiap 1000 megawatt yang dihasilkan dari pembangkit listrik bertenaga batubara akan mengemisikan 5,6 juta ton karbondioksida per tahun yang merupakan salah satu gas rumah kaca penyebab global warming.Sebagai salah satu solusi masalah energi diatas yaitu energi matahari atau tenaga surya. Energi matahari yang dipancarkan ke planet bumi adalah 15.000 kali lebih besar dibandingkan dengan penggunaan energi global dan 100 kali lebih besar dibandingkan dengan cadangan batubara, gas, dan minyak bumi. Permasalahan energi matahari ini mungkin sedikit banyak mirip dengan energi nuklir. Sebenarnya secara teknologi bangsa Indonesia sudah mampu mengelolanya. Bahkan teknologi mutakhir telah mampu mengubah 10-20 % pancaran sinar matahari menjadi tenaga surya. Secara teoritis untuk mencukupi kebutuhan energi global, penempatan peralatan tersebut hanya memerlukan kurang dari satu persen permukaan bumi, bukankah suatu hal yang efisien.Pemanfaatan energi matahari selama ini baru digunakan sebagai pemanas air di rumah-rumah mewah maupun hotel, itupun masih produk impor. Padahal, di negara-negara Eropa utara yang relatif miskin sinar matahari, justru banyak memanfaatkan energi matahari sebagai energi terbaharukan, ramah lingkungan, dan murah.Permasalahan pada PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya)a. Tergantung pada sinar mataharib. Membutuhkan perawatan rutin untuk pembersihan Solar Cell dari debu dan kotoran

F. Pembangkit Listrik Tenaga Angin Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.

Indonesia, negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu 80.791,42 Km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembanglit listrik tenaga angin, namun sayang potensi ini nampaknya belum dilirik oleh pemerintah. Sungguh ironis, disaat Indonesia menjadi tuan rumah konfrensi dunia mengenai pemanasan global di Nusa Dua, Bali pada akhir tahun 2007, pemerintah justru akan membangun pembangkit listrik berbahan bakar batubara yang merupakan penyebab nomor 1 pemanasan global.Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan yang paling berkembang saat ini. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy Association), sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts, menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Amerika, Spanyol dan China merupakan negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin.

Di tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800 kilowatt. Di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas masing-masing 80 kilowatt (kW) sudah dibangun.Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-masing satu unit. Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada tahun 2025.Permasalahan pada PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Angin)a. Biaya investasi mahalb. Perlu penempatan lokasi dengan kekuatan angin yang kencang dan konsisten

G. Pembangkit Listrik Tenaga NuklirEnergi nuklir akan dikembangkan di Indonesia. Menurut Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) Purnomo Yusgiantoro berdasarkan roadmap pengembangan yang disiapkan pemerintah Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) mulai dibangun tahun 2016. Sedang tahun 2017 diharapkan mulai bisa beroperasi. Energi nuklir merupakan bagian dari pengembangan energi baru dan terbarukan dalam kebijakan energi di Indonesia. Batubara merupakan bahan bakar utama pembangkit listrik di Indonesia. Selain itu juga dikembangkan energi baru dan terbarukan termasuk energi nuklir. Indonesia memiliki cadangan mineral radioaktif yang tersebar diberbagai lokasi. Di kawasan Kayan, Kalimantan Barat, misalnya, saat ini terdapat cadangan sekitar 24,110 ton yang bisa untuk memproduksi 3 GWh selama 11 tahun. Cadangan lainnya tersebar di Sumatera, Sulawesi serta Papua.

Peran energi nuklir diperkirakan akan sangat penting bersama sumber energi baru dan terbarukan lainnya dalam menjamin pasokan dan keamanan energi listrik di Indonesia. Sebagaimana terjadi diberbagai negara lain pengembangan energi nuklir umumnya diiringi dengan menurunnya kontribusi bahan bakar lain untuk pembangkit listrik.Perkembangan energi nuklir untuk pembangkit listrik mengalami perkembangan yang cepat dalam beberapa tahun belakangan. Saat ini sedikitnya terdapat sekitar 426 PLTN yang dioperasikan diberbagai negara. Amerika, Jepang dan Korea merupakan negara yang membangun PLTN dalam jumlah besar. Selain itu PLTN juga dikembangkan oleh India, China, Brasil, dan Finlandia.Permasalahan pada PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)a. Resiko kecelakaan Nuklir. (kecelakaan Nuklir terbesar adalh kecelakaan Nuklir Chernobyl yang tidak mempunyai Containment Building)b. Limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan bisa bertahan hingga ribuan tahun

Masalah Utama dalam Pembangkitan Tenaga Listrik :Proses pembangkitan tenaga listrik dalam prinsipnya merupakan konversi energi primer menjadi energi mekanik penggerak generator yang selanjutnya energi mekanik ini dikonversi oleh generator menjadi tenaga listrik. Proses demikian menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut: 1. Penyediaan energi primer. Energi primer untuk pusat listrik termal adalah bahan bakar. Penyediaan bahan bakar meliputi : pengadaan, transfortasi dan penyimpangan, terutama yang memerlukan perhatian terhadap resiko kebakaran. 2. Penyediaan air pendingin Masalah penyediaan air pendingin timbul pada pusat termal seperti PLTU dan PLTD. PLTU dan PLTD dengan daya terpasang di atas 25 MW banyak yang dibangun di daerah pantai karena membutuhkan air pendingin dengan jumlah yang besar sehingga pusat listrik ini dapat menggunakan air laut sebagai pendingin. Untuk unit-unit PLTD yang kecil, di bawah 3 MW, pendinginnya dapat menggunakan udara dengan menggunakan radiator. 3. Masalah limbah PLTU batubara menghasilkan limbah berupa abu batu bara dengan asap yang mengandung gas SO2, CO2 dan NOx. Semua PLTU mempunyai limbah bahan kimia dari air ketel (blow down). PLTD dan PLTG mempunyai limbah berupa minyak pelumas. PLTA tidak menghasilkan limbah, malah limbah dari masyarakat yang masuk kesungai penggerak PLTA sering menimbulkan gangguan pada PLTA. 4. Masalah kebisingan Pemeliharaan peralatan diperlukan untuk : - Mempertahankan efisiensi - Mempertahankan keandalan - Mempertahankan umur ekonomis 5. Bagian-bagian peralatan yang memerlukan pemeliharaan terutama adalah: - Bagian-bagian yang bergeser: seperti : bantalan, cincin pengisap (piston ring) dan engsel-engsel. - Bagian-bagian yang mempertemukan zat-zat dengan suhu yang berbeda seperti : penukar panas (heat exchanger) dan ketel uap - Kontak-kontak listrik dalam sakelar serta klem-klem penyambung listrik. 6. Gangguan dan kerusakan Gangguan adalah peristiwa yang menyebabkan Pemutusan Tenaga (PMT) membuka (trip) diluar kehendak operator sehingga terjadi pemutusan pasokan tenaga listrik. Gangguan esungguhnya adalah peristiwa hubung singkat yang penyebabnya kebanyakan petir, dan tanaman. Gangguan dapat juga disebabkan karena kerusakan alat, sebaliknya gangguan ( misalnya yang disebabkan petir) yang terjadi berkali-kali akhirnya mengakibatkan alat ( misalnya transformator ) menjadi rusak.

7. Pengembangan pembangkit Pada umumnya, pusat lstrik yang berdiri sendiri maupun yang ada dalam sistem interkoneksi memerlukan pengembangan. Hal ini disebabkan karena beban yang dihadapi terus bertambah sedangkan di pihak lain pihak unit pembangkit yang ada menjadi semakin tua dan perlu dikeluarkan dari operasi. 8. Perkembangan teknologi pembangkit Perkembangan teknologi pembangkit umumnya mengarah pada perbaikan efisiensi dan penemuan teknik konversi energi yang baru dan penemuan bahan bakar baru. Perkembangan ini meliputi segi perangkat keras (hardware) seperti komputerisasi dan juga meliputi segi perangkat lunak ( software) seperti pengembangan model-model matematika untuk optimasi.