Pembangkit Listrik Tenaga Diesel

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL (PLTD)

Sistem pembangkitan listrik tenaga diesel menggunakan generator dengan sistem penggerak tenaga diesel atau yang biasa dikenal dengan sebutan Genset (Generator Set).

Ada dua komponen utama dalam genset :

1. Prime mover atau penggerak mula, dalam hal ini mesin diesel / engine.

2. Generator.

1. PrimeMover/ Penggerak Mula

Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Pada mesin diesel/engine terjadi penyalaan sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni yang dimampatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi (± 30 arm), sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar sehingga akan menyala secara otomatis.

Pada mesin diesel penambahan panas atau energi senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan. Pada mesin diesel, piston melakukan 2 langkah pendek menuju kepala silinder pada setiap langkah daya.

Langkah ke atas yang pertama merupakan langkah pemasukan dan penghisapan, di sini udara dan bahan bakar masuk sedangkan poros engkol berputar ke bawah.

Langkah kedua merupakan langkah kompresi, poros engkol terus berputar menyebabkan torak naik dan menekan bahan bakar sehingga terjadi pembakaran. Kedua proses ini (1 dan 2) termasuk proses pembakaran.

Langkah ketiga merupakan langkah ekspansi dan kerja, di sini kedua katup yaitu katup isap dan buang tertutup sedangkan poros engkol terus berputar dan menarik kembali torak ke bawah.

Langkah keempat merupakan langkah pembuangan, disini katup buang terbuka dan menyebabkan gas akibat sisa pembakaran terbuang keluar. Gas dapat keluar karena pada proses keempat ini torak kembali bergerak naik ke atas dan menyebabkan gas dapat keluar. Kedua proses terakhir ini (3 dan 4) termasuk proses pembuangan.

Setelah keempat proses tersebut, maka proses berikutnya akan mengulang kembali proses yang pertama, dimana udara dan bahan bakar masuk kembali.

Gambar cara kerja mesin

Berdasarkan kecepatan proses diatas maka mesin diesel dapat digolongkan menjadi 3 bagian,

1. Diesel kecepatan rendah (n < 400 rpm) 2. Diesel kecepatan menengah (400 - 1000 rpm) 3. Diesel kecepatan tinggi (n >1000 rpm)

Komponen - komponen dalam mesin diesel / engine adalah :

Sistem Starting

Sistem starting adalah proses untuk menghidupkan / menjalankan mesin diesel. Ada 3 macam sistem starting yaitu :

Sistem Start Manual

Sistem start ini dipakai untuk mesin diesel dengan daya yang relatif kecil yaitu < 30 PK. Cara untuk menghidupkan mesin diesel pada sistem ini adalah dengan menggunakan penggerak engkol start pada poros engkol atau poros hubung yang akan digerakkan oleh tenaga manusia. Jadi sistem start ini sangat bergantung pada faktor manusia sebagai operatornya. Sistem Start Elektrik Sistem ini dipakai oleh mesin diesel yang memiliki daya sedang yaitu < 500 PK. Sistem ini menggunakan motor DC dengan suplay listrik dari baterai / accu 12 atau 24 volt untuk menstart diesel. Saat start, motor DC mendapat suplay listrik dari baterai atau accu, dan menghasilkan torsi yang dipakai untuk menggerakkan diesel sampai mencapai putaran tertentu. Baterai atau accu yang dipakai harus dapat dipakai untuk menstart sehanyak 6 kali tanpa diisi kembali, karena arus start yang dibutuhkan motor DC cukup besar maka juga dipakai dinamo yang berfungsi sebagai generator DC. Pengisian ulang baterai atau accu digunakan alat bantu berupa battery charger dan pengaman tegangan. Pada saat diesel bekerja maka suplai dari battery charger didapat dari generator. Fungsi dari pengaman tegangan adalah untuk memonitor tegangan battery atau accu. Sehingga apabila tegangan dari battery atau accu sudah meneapai 12 / 24 volt, yang merupakan tegangan standarnya, maka hubungan antara battery charger dengan baterai atau accu akan diputus oleh pengaman tegangan. Sistem Start Kompresi Sistem start ini dipakai oleh diesel yang memiliki daya besar yaitu >500 PK. Sistem ini memakai motor dengan udara bertekanan tinggi untuk start dari mesin diesel. Cara kerjanya yaitu dengan menyimpan udara ke dalam suatu botol udara. Kemudian udara tersebut dikompresi sehingga menjadi udara panas dan bahan bakar solar dimasukkan ke dalam Fuel Injection Pump serta disemprotkan lewat nozzle dengan tekanan tinggi. Akibatnya akan terjadi pengkabutan dan pembakaran di ruang bakar. Pada saat tekanan di dalam tabung turun sampai batas minimum yang ditentukan maka kompresor akan secara otomatis menaikkan tekanan udara di dalam tabung hingga tekanan dalam tabung mencukupi dan siap dipakai untuk melakukan starting mesin diesel.

b. Sistem Bahan Bakar

Sistem bahan bakar meliputi :

Tangki penyimpanan bahan bakar

Alat ini mempunyai fungsi untuk menyimpan bahan bakar yang akan digunakan oleh PLTD.

Pompa pemindah bahan bakar

Alat ini dibutuhkan untuk pemindahan bahan bakar dari ujung perantara ke tangki penyimpanan dan dari tangki penyimpanan ke mesin.

Alat penyaring bahan bakar

Alat ini digunakan untuk menjamin kebersihan bahan bakar yang masuk ke dalam mesin.

Alat pemanas dan sambungan pipa

Alat ini diperlukan untuk daerah-daerah yang mempunyai temperatur rendah yang dapat mengganggu aliran bahan bakar.

c. Sistem udara dan gas buang

Pada sistem pembakaran bahan bakar diperlukan udara, begitu pula pada sistem pendinginan juga dibutuhkan udara. Udara yang dibutuhkan masuk melalui kisi-kisi pada bagian bawah dinding ruang pembangkit. Yang digunakan untuk menangkap debu serta kotoran dari udara yang akan diserap oleh diesel, sehingga pembakaran yang akan terjadi akan memakai udara yang bersih dan dapat menghasilkan daya maksimal. Hasil sisa dari pembakaran bahan bakar adalah berupa gas buang monoksida yang bersifat mencemari udara. Oleh karena itu pembuangan gas buang ini harus dilakukan dengan baik dan terisolasi.

d. Sistem Pendingin

Sistem pendinginan pada mesin diesel dan generator harus diperhatikan dengan seksama karena merupakan hal yang sangat penting untuk menunjang kinerja dari genset dan juga akan menentukan kualitas dari sistem pembangkit. Secara umum fungsi dari sistem pendingin terdiri dari 3 macam, yaitu :

pendinginan oli, bertujuan untuk mengontrol temperatur oli, sehingga viskositas dari oli dapat terjaga pada kondisi yang tetap dapat menghasilkan pelumasan yang efektif.

pendinginan mesin, bertujuan untuk menjaga temperatur yang dapat diterima oleh komponen-komponen mesin.

pendinginan udara, bertujuan untuk menaikkan densitas udara yang masuk ke silinder sehingga tenaga output dari diesel dapat meningkat serta juga memelihara temperatur dari katup pengeluaran udara.

e. Sistem Pelumasan

Sistem pelumasan sangat berguna untuk mengurangi panas dan juga aus yang diakibatkan dari gesekan antara bagian-bagian mesin. Oleh karena itu lifetime dan efisiensi dari diesel juga sangat ditentukan oleh sistem pelumasan. Cara pelumasan yaitu dengan jalan mensirkulasikan oli/minyak dari tangki (yang disaring terlebih dahulu oleh oil filter. Untuk menghilangkan kandungan garam) menuju ke dalam sistem ter tutup pada mesin-mesin yang akan dilumasi. Minyak pelumas yang telah menyerap panas akan didinginkan terlebih dahulu di dalam oil cooler dengan air pendingin untuk menghilangkan air bekas proses pendingin.

Proses pemanasan dan juga untuk mencairkan biasanya digunakan lube oil heater, sehingga dapat masuk pada celah mesin yang kecil. Dari oil cooler minyak pelumas disirkulasikan lagi ke bagian yang membutuhkan pelumasan dan akhirnya ditampung dalam carter.

2. Generator

Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh energi mekanis dari prime mover. Generator arus bolak-balik (AC) dikenal dengan sebutan alternator. Generator sebagai sistem cadangan listrik atau "off-grid" diharapkan dapat mensuplai tenaga listrik pada saat terjadi gangguan, dimana suplai tersebut digunakan untuk beban prioritas.

Generator terdiri dari sisi tetap atau stator dan sisi yang berputar atau rotor. Stator generator AC adalah tempat terbentuknya ggl induksi dan rotor adalah medan magnet yang berputar. Untuk memutar rotor diperlukan penggerak. Di pusat pembangkit listrik, generator digerakkan mesin diesel dan turbin.

Generator terpasang satu poros dengan motor diesel, yang biasanya menggunakan Generator sinkron (alternator) pada pembangkitan. Generator sinkron terdiri dari dua bagian utama yaitu: sistem medan magnet dan jangkar. Generator ini kapasitasnya besar, medan magnetnya berputar karena terletak pada rotor.

Konstruksi generator AC adalah sebagai berikut:

Rangka stator

Terbuat dari besi tuang, rangka stator merupakan rumah dari bagian-bagian generator yang lain.

Stator

Stator memiliki alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat GGL induksi.

Rotor

Rotor adalah bagian yang berputar, pada bagian ini terdapat kutub-kutub magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikat-sikat.

Cincin geser

Terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor.

Generator penguat

Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus.

Pada umumnya generator AC ini dibuat sedemikian rupa, sehingga lilitan tempat terjadinya GGL induksi tidak bergerak, sedangkan kutub-kutub akan menimbulkan medan magnet berputar. Generator itu disebut dengan generator berkutub dalam, dapat dilihat pada gambar berikut.

Keuntungan generator kutub dalam bahwa untuk mengambil arus tidak dibutuhkan cincin geser dan sikat arang. Karena lilitan-lilitan tempat terjadinya GGL itu tidak berputar. Generator sinkron sangat cocok untuk mesin-mesin dengan tegangan tinggi dan arus yang besar.

Secara umum kutub magnet generator sinkron dibedakan atas:

Kutub magnet dengan bagian kutub yang menonjol (salient pole).

Konstruksi seperti ini digunakan untuk putaran rendah, dengan jumlah kutub yang banyak. Diameter rotornya besar dan berporos pendek.

Kutub magnet dengan bagian kutub yang tidak menonjol (non salient pole). Konstruksi seperti ini digunakan untuk putaran tinggi (1500 rpm atau 3000 rpm), dengan jumlah kutub yang sedikit. Kira-kira 2/3 dari seluruh permukaan rotor dibuat alur-alur untuk tempat lilitan penguat. Yang 1/3 bagian lagi merupakan bagian yang utuh, yang berfungsi sebagai inti kutub.

Cara Kerja Generator

Prinsip kerja dari generator sesuai dengan hukum Lens, yaitu arus listrik yang diberikan pada stator akan menimbulkan momen elektromagnetik yang bersifat melawan putaran rotor sehingga menimbulkan EMF pada kumparan rotor. Tegangan EMF ini akan menghasilkan suatu arus jangkar. Jadi diesel sebagai prime mover akan

memutar rotor generator, kemudian rotor diberi eksitasi agar menimbulkan medan magnet yang berpotongan dengan konduktor pada stator dan menghasilkan tegangan pada stator. Karena ada dua kutub yang berbeda, utara dan selatan, maka tegangan yang dihasilkan pada stator adalah tegangan bolak-balik. Besarnya tegangan yang dibangkitkan memenuhi persamaan:

Ef = 4,44 f Φf N Kw

Dimana:

Ef = Ggl yang dibangkitkan (volt)

Kw= faktor lilitsn

f = frekuensi (hertz)

Φ = fluks medan magnet Nc = jumlah lilitan

N = jumlah kumparan dalam tiap pasa

Generator AC bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik. Generator AC terdiri dari stator yang merupakan elemen diam dan rotor yang merupakan elemen berputar dan terdiri dari belitan-belitan medan. Pada generator AC jangkamya diam sedangkan medan utamanya berputar.

PERHITUNGAN BIAYA LISTRIK

Biaya penggunaan energi listrik Cikarang Listrindo

Dengan mengambil sampel pembayaran yang dilakukan pada bulan Juni, maka dapat dihitung rincian pembayaran atas penggunaan energi listrik menggunakan sumber dari Cikarang Listrindo.

Konsumsi listrik selama 1 bulan (Juni 2009) : 635.240 kWh

Pemakaian kVAR : 8.077 kVAR

Biaya beban : Rp 45.816,99 /kVA

Tarif Pemakaian per kWh : Rp 854,09

Tarif Pemakaian kVARh (biaya sesuai ketentuan CL) : Rp 2.143,22

Maka:

Biaya pemakaian kWh

Dibayarkan atas pemakaian daya aktif oleh PT OMI sebesar

635.240 kWh xRp 854,09 = Rp 542.552.131,6

Biaya Pemakaian kVARh

Adalah pemakaian daya reaktif, ini adalah daya yang terbuang akibat adannya peralatan listrik yang bersifat reaktansi dan merupakan rugi daya.

Dikenakan biaya pemakaian kVARh bila L – 0,62 x M >0,

dimana :

M = kWh bulanan sebagai hasil pembacaan meter kWh dalam jangka waktu penagihan terkait,

L = kVARh bulanan sebagai hasil pembacaan meter kVARh dalam jangka waktu penagihan terkait

Jadi:

L – 0,62 x M = 8.077 - 0,62 x 635.240 = -385772

Karena tidak lebih besar dari 0 maka tidak dikenakan biaya.

Biaya beban

Total biaya beban yang harus dibayarkan adalah biaya beban per kVA dikalikan besar kapasitas terpasang.

Pada bulan Juni dilakukan penurunan kapasitas terpasang pada H-1 pembayaran, hal ini dilakukan karena penggunaan energi listrik tertinggi selama ini masih jauh dibawah nilai kapasitas terpasang. Sehingga biaya beban dapat dikurangi dengan menurunkan besar kapasitas terpasang.

Selama 29 hari dari 30 hari pemakaian (kapasitas masih 2150 kVA):

2150 kVA x Rp 45.816,99 x 29/30 = Rp 95222978

Hari ke 30 dari pemakaian (kapasitas 1800 kVA):

1800 kVA x Rp 45.816,99 x 1/30 = Rp 2749019

Total biaya beban:

Rp 97.971.997

Dengan adanya penurunan kapasitas terpasang dapat mengurangi pengeluaran biaya beban tiap bulannya sebanyak (2150 – 1800) kVA x 45.616,99 = Rp 15.965.947

Penurunan kapasitas ini tidak dikenakan biaya karena tidak dilakukan penggantian peralatan atau instalasi.

Jadi total tagihan pemakaian 1 bulan adalah

Biaya pemakaian kWh + Biaya Pemakaian kVARh + Biaya beban = Rp 542.552.131,6 + 0 + Rp 97.971.997 = Rp 640.524.129

Sehingga biaya seluruhnya jika dihitung dalam pemakaian kWh adalah

(Rp 640.524.129)/(635240 kWh)=Rp 1.008,31/kWh

Biaya penggunaan energi listrik generator set

Saat ini genset yang ada di PT OMI digunakan sebagai cadangan bila terjadi pemadaman dari CL. Untuk mengetahui perbandingan menggunakan genset sebagai sumber energi listrik utama maupun sebagai cadangan maka perlu dihitung biaya tetap dan tidak tetap.

Biaya tetap yaitu biaya operator ( sebanyak 7 orang).

Biaya tidak tetap meliputi penggunaan bahan bakar dan biaya perawatan genset

Genset yang ada di PT OMI yaitu 2 genset kapasitas 400kW (medium speed), 1 kapasitas 400kW (high speed) dan 2 genset kapasitas 600kW (medium speed).

Karena penggunaan sampel yang diambil adalah bulan Juni 2009, dapat ditentukan kWh maksimumnya adalah 1600kWh pada gambar konsumsi harian. Genset yang digunakan adalah 2 @ 400kW genset medium speed dan 2 @ 600 kW genset high speed.

Untuk perbulan(sumber utama):

Pelumas, bahan bakar 1 bulan, perawatan, overhoule (2 tahun 1x tiap genset), biaya penyusutan.,operator.

Biaya perawatan

Perawatan yang dimasukkan selama satu bulan meliputi overhaul dan perawatan pencegahan

Over houl

Over houl dilakukan setiap 2 tahun dengan biaya tiap genset Rp 300.000.000. overhoul diikutkan dalam biaya pemakaian perbulan untuk mengetahui biaya berdasarkan kWh yang dikonsumsi dalam bulan bersangkutan.

Untuk biaya 5 genset diperhitungkan perbulannya:

(5 x Rp 300.000.000)/(24 bulan)=Rp 62.500.000

Perawatan pencegahan

Biaya ini meliputi perawatan, chemical, spare parts, water dianggarkan setiap bulannya sebesar Rp 36.500.000.

Total untuk biaya perawatan:

Rp 99.000.000.

Biaya konsumsi bahan bakar

Pemakaian bahan bakar rata-rata setiap bulannya sebanyak 220.000 liter.

Harga bahan bakar non-subsidi diketahui sebesar Rp 5.500/liter.

Sehingga biaya yang harus dikeluarkan dalam 1 bulan untuk bahan bakar saja adalah Rp 1.210.000.000

Biaya konsumsi oli

Oli yang digunakan adalah oli meditran SAE 40 untuk mesin dan oli Turbo generator T 68 untuk pelumas bearing , turbo charge dan generator.

Masing-masing pemakaian tiap bulan adalah 14 drum oli meditran SAE 40 dan 1 drum oli Turbo generator T 68.

Biaya yang harus dikeluarkan untuk pemakaian oli adalah

1 drum = 209 liter

Harga per sepuluh liter meditran= Rp 143.000

Harga per 5 liter turbo = Rp 170.000

(14 x 209/10 x Rp 143.000) + (209/5 x Rp 170.000) = Rp

Rp 41.841.800 + Rp 7.106.000 = Rp 48.947.800

Biaya tenaga kerja

Tenaga kerja yang dibutuhkan sebanyak 7 orang dengan gaji Rp 1.500.000.

Jadi total pengeluaran untuk teknisi sebesar Rp 10.500.000

Total pengeluaran menggunakan genset (Biaya perawatan + Biaya konsumsi bahan bakar + Biaya konsumsi oli + Biaya tenaga kerja) adalah

Total pengeluaran:

Rp 99.000.000 + Rp 1.210.000.000 + Rp 48.947.800 + Rp 10.500.000 =

Rp 1.368.447.800 /bulan

Untuk hitungan pemakaian tiap kWh dengan konsumsi yang diumpamakan sebesar 635240 kWh dalam bulan ini adalah

Rp 2.152,222/ kWh

variabel yang mempengaruhi besarnya perbedaan dengan hitungan adalah tergantung penggunaan genset antara kapasitas tersedia dengan beban yang ada.

Genset sebagai cadangan:

Perhitungan yang dilakukan adalah biaya yang dikeluarkan sesuai kebutuhan. Perhitungan operasi genset dilakukan untuk per 2 jam, dengan memperhitungkan kemampuan masing-masing genset untuk mensuplai beban yang ada. Kemudian dibagikan per kWh daya keluaran.

Untuk menjaga kestabilan kerja dan usia pakai yang lama, maka penggunaan genset kurang dari 100%. Kerja genset dibatasi terhadap daya maksimum yang mampu dibebankan (genset high speed kerjanya hanya 75% dari kapasitas daya maksimum, medium speed 85% dari kapasitas daya maksimum). Pertimbangan ini dilakukan untuk menghindari jika terjadi peningkatan beban yang tidak diperhitungkan sebelumnya.

Adapun hal yang diperhitungkan dalam operasi genset sebagai suplai cadangan hanya bahan bakar dan operator karena pemakaian hanya 2 jam sehingga tidak ada over houl dan penggantian spare parts.

Kapasitas genset:

High speed : 400 kW x 75% = 300 kW

Medium speed : 400 kW x 85% = 340 kW

Medium speed : 600 kW x 85% = 510 kW

Konsumsi bahan bakar per 2 jam :

High speed (400kW) : 150 liter

Medium speed (400 kW) : 170 liter

Medium speed (600 kW) : 200 liter

Penggunaan generator high speed sebagai cadangan dari seluruh genset, dikarenakn genset ini meskipun bisa cepat beroperasi namun kestabilannya lebih rendah dibandingkan genset jenis medium speed.

biaya per kWh bahan bakar adalah

(konsumsi bahan bakar [High speed (400kW) + 2 @ Medium speed (400 kW) + 2 @ Medium speed (600 kW)])/(kapasitas genset*2 jam)

([150l+2(170l)+2(200l) ] x Rp5.500)/([300kW+2(340kW)+2(510kW) ]x2 jam)= (Rp 4.895.000 )/(2020 x 2jam)=Rp 1211,634/kWh

Biaya operator tetap dihitung dalam 1 bulan, namun untuk memasukkan ke dalam pengeluaran operasional genset maka diperhitungkan perjam.

7xRp1.500.000/(720 jam)=Rp 14.583,33 /jam

Dalam kWh menjadi

(Rp 14.583,33)/(2020 kWh)=Rp 7,219472 /kWh

Jadi selama 2 jam pemakaian genset biaya per kWh yang harus dikeluarkan sebesar Rp 1.218,583/kWh

KESIMPULAN DAN SARAN

KESIMPULAN

Dari uraian perhitungan dan perbandingan yang telah dilakukan antara kedua jenis suplai energi listrik maka dapat ditarik beberapa kesimpulan antara lain :

Dipandang dari sudut ekonomis maka suplai energi listrik dari Cikarang Listrindo jauh lebih murah dibandingkan penggunaan genset. Biaya penggunaan energi listrik dari Cikarang Listrindo sebesar Rp 1.008,31/kWh sebagai suplai utama, biaya penggunaan genset sebagai suplai utama sebesar Rp 2.152,222/kWh dan biaya penggunaan genset sebagai cadangan sebesar Rp 1.218,583/kWh. Sehingga sumber listrik Cikarang Listrindo dipertimbangkan sebagai suplai utama dan genset sebagai suplai cadangan.

Meskipun penggunaan genset sebagai suplai lebih mahal, namun PT OMI masih memerlukan genset sebagai cadangan jika terjadi pemadaman dari Cikarang Listrindo baik karena gangguan maupun perawatan yang dilakukan pihak Cikarang Listrindo.

Posted in: Electric