STUDI PENENTUAN KAPASITAS MOTOR LISTRIK UNTUK PENDINGIN DAN PENGGERAK POMPA AIR HIGH PRESSURE PENGISI BOILER UNTUK MELAYANI KEBUTUHAN AIR PADA PLTGU BLOK III (PLTG 3x112 MW & PLTU 189 MW) UNIT PEMBANGKITAN GRESIK Oleh : ADITASA PRATAMA NRP : 2205100019
Dosen Pembimbing : Ir. Teguh Yuwono Ir. Syariffuddin M, M.Eng
LATAR BELAKANG • Penggunaan motor induksi berkapasitas besar banyak digunakan dalam proses pembangkitan energi listrik. • Sehingga diperlukan daya listrik yang sangat besar, yang berakibat biaya yang dikeluarkan juga ikut besar. • Oleh karena itu diperlukan usaha untuk menekan besar daya listrik yang digunakan dengan meningkatkan efisiensi dari motor induksi tersebut. • Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi motor induksi adalah pemilihan besar kapasitas motor induksi yang tepat. 22
PERMASALAHAN (1) 1. Di mana peran dan penggunaaan motor listrik jenis induksi pada proses pembangkitan listrik di PLTGU blok III Unit Pembangkitan Gresik? 2. Bagaimana melakukan perhitungan agar bisa didapatkan nilai efisiensi dan kapasitas yang tepat pada motor induksi untuk penggerak pompa air high pressure pengisi boiler pada PLTGU? 3. Bagaimana melakukan perhitungan untuk mendapatkan kapasitas motor induksi untuk pendingin pada PLTGU?
33
PERMASALAH (2) 4. Bagaimana
perbandingan nilai efisiensi motor induksi untuk penggerak pompa air high pressure pengisi boiler pada PLTGU blok III Unit Pembangkitan Gresik dengan motor induksi untuk penggerak pompa air high pressure pengisi boiler pada pembangkit listrik tenaga panas matahari (Solar Thermal Power System) di Cambridge, Massachusetts, Amerika Serikat?
44
TEORI PENUNJANG => A. Efisiensi motor lisrik (1) Motor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik untuk melayani beban tertentu. Pada proses ini, kehilangan energi ditunjukkan dalam Gambar 1.
Gambar 1 Losses Motor [2]
55
TEORI PENUNJANG => A. Efisiensi motor lisrik (2)
Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah: 1.Usia. 2.Kapasitas. 3.Kecepatan. 4.Jenis. 5.Suhu. 6.Beban 66
TEORI PENUNJANG => A. Efisiensi motor lisrik (4)
Gambar 2 Efisiensi Motor sebagai fungsi dari % efisiensi beban penuh [2]
77
TEORI PENUNJANG => B. Menghitung kinerja pompa (1)
Daya batang torak pompa Ps=
Daya hidrolik hp Efisiensi pompa ?pump
atau Efisiensi pompa ?pump = Gambar 3 Sistim Pemompaan dalam sebuah Industri
88
Daya hidrolik . Daya batang torak pompa
TEORI PENUNJANG => B. Menghitung kinerja pompa (2)
Daya hidrolik hp = Q (m3/detik ) x (hd – hs dalam m) x ? (kg/m3) x g (m/detik2) / 1000 Dimana: Q = debit aliran Hd = head pembuangan Hs = head penghisapan ? = massa jenis fluida G = percepatan gravitasi
Gambar 4 Pompa Sentrifugal
99
Head (dalam feet) = Tekanan (psi) x 2,31 Specific gravity
KEGIATAN USAHA PT PJB UP GRESIK (1) Kegiatan inti dari PT PJB UP Gresik dalam memproduksi tenaga listrik. Dengan total daya terpasang 2280 MW, UP Gresik mampu memproduksi energi listrik sebesar 10.859 GWh per tahun yang disalurkan melalui saluran transmisi tegangan tinggi 150 KV dan tegangan ekstra tinggi 500KV. Jenis Pembangkitan
Unit
PLTU Gresik 1 PLTU Gresik 2 PLTU Gresik 3 PLTU Gresik 4 PLTU Gresik PLTG Gresik 1 PLTG Gresik 2 PLTG Gilitimur 1 PLTG Gilitimur 2 PLTG Gresik
1 2 3 4 1 2 1 2
Daya Terpasang 1x100 MW 1x100 MW 1x200 MW 1x200 MW 600 MW 1x20,1 MW 1x20,1 MW 1x20,1 MW 1x20,1 MW 80,4 MW
Bahan Bakar MFO/Gas MFO/Gas MFO/Gas MFO/Gas
Mulai Beropersi 31-08-1981 14-11-1981 15-03-1988 01-07-1988
HSD/Gas HSD/Gas HSD HSD
07-06-1978 09-06-1978 22-10-1999 04-11-1999
Tabel 1 Pembangkitan PT PJB UP Gresik
10 10
KEGIATAN USAHA PT PJB UP GRESIK (2)
GT 11,12,13 ST 10 GT 21, 22, 23 ST 20 PLTGU Gresik GT 31, 32, (c/c) Blok 3 33 ST 30 PLTGU Gresik Total UP Gresik PLTGU Gresik (c/c) Blok 1 PLTGU Gresik (c/c) Blok 2
3x112 MW 1x189 MW 3x112 MW 1x189 MW 3x112 MW
HSD/Gas HSD/Gas
Gas
10-041993 05-081993 30-111993
1x189 MW 1.575 MW 2.255 MW
Tabel 1 Pembangkitan PT PJB UP Gresik (lanjutan)
11 11
SPESIFIKASI TEKNIS PLTGU GRESIK (1)
• PLTGU blok 1 dan 2 => - HSD /High Speed Diesel Oil (Rp 3232,85/kWh) - Gas alam (Rp 1206,98/kWh) • PLTGU blok 3 => - Gas alam (Rp 1206,98/kWh)
12 12
SPESIFIKASI TEKNIS PLTGU GRESIK (2)
Spesifikasi umum PLTGU Gresik untuk setiap blok pembangkit adalah: a. Turbin : 4 Unit • Turbin gas : 3 Unit • Turbin uap : 1 Unit b. HRSG : 3 unit c. Generator : 4 Unit • Turbin gas : 3 x 112MW • Turbin uap : 1 x 189MW
13 13
PROSES DI TURBIN GAS
Gambar 5 Diagram ilustratif proses pada turbin gas
14 14
PROSES DI HRSG (HEAT RECOVER STEAM GENERATOR)
Gambar 6 Proses di HRSG
15 15
PROSES DI TURBIN UAP
Gambar 7 Steam Turbine
16 16
PROSES KESELURUHAN DI PLTGU
Gambar 8 Proses keseluruhan di PLTGU
17 17
PROSES UTAMA PLTGU GRESIK
Gambar 9 konfigurasi 3.3.1 pada PLTGU Gresik
18 18
BIAYA OPERASIONAL (1)
Total biaya operasional per tahun = Rp 2.390.939.233 => • Biaya bahan bakar (gas alam)=> Rp 2.201.437.700 (92%) • Biaya energi listrik untuk motor => Rp 189.501.533 (8%)
19 19
BIAYA OPERASIONAL (2) PARAMETER
WAKTU
BIAYA
OPERASI
( Jenis Kegiatan Proses )
( Menit )
VOLUME ( Kwh , Kg , SCF )
SATUAN
TOTAL
BIAYA
BIAYA
( Rupiah )
( Rupiah )
START GT. OPEN CYCLE. I. Biaya Energi Listrik : 1. Pony Motor
1155
1.733
1206,98
2091092,85
2. Stating Motor
1155
27.913
1206,98
33689829,25
3. Auxiliary Control Oil Pump
1848
924
1206,98
1115249,52
4. Auxiliary Lub. Oil Pump
1848
2.310
1206,98
2788123,8
5. Motor Lain-lain
1848
931
1206,98
1123698,38
Tabel 2 Biaya operasional
20 20
BIAYA OPERASIONAL (3) II. Biaya Bahan Bakar
6636
5.556
59,7
2.201.437.700
6636
2.986
1206,98
3.604.284
2. LP & HP BCP
6636
0.784
1206,98
13.015.469
3. LP & HP BFP
6636
107.835
1206,98
130.154.689
4. Motor-Motor Valve
6636
1.590
1206,98
1.919.099
Gas : START HRSG C/C To ST. I. Biaya Energi Listrik : 1. Motor Hydrolik Damper
Biaya total
2.390.939.233 Tabel 2 Biaya operasional (lanjutan)
21 21
Perhitungan dan Analisis => A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (1) Untuk mencari kapasitas dari motor High Pressure Boiler Feed Pump (HP BFP), maka digunakan data pada saat PLTGU beroperasi pada beban 100%:
Pressure input Pressure output Flow (Debit air) Differential Pressure Differential Head
2% Safety factor 22 22
= = = = = = = = = =
2,5 kg/cm2 111 kg/cm2 186261 kg/h = 183,261 m3/h 111 kg/cm2 - 2,5 kg/cm2 108,5 kg/cm2 10 x Differential Pressure / SG 10 x 108,5 kg/cm2 / 1 m 1085 m 1085 m x 0,05 54,25 m
Perhitungan dan Analisis => A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (2) Required Differential Head
= 1085 m + 54,25 m = 1139,25m
Water Horse Power (WHP) atau daya output motor High Pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) : WHP = (rho x g x Q x H / (1000 x 3600)) kW = 1000 x 9,8 x 186,261 x 1139,25
(1000 x 3600) = 578 kW
23 23
Perhitungan dan Analisis => A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (3) Setelah diketahui besar daya output motor, dicari besar daya input motor dengan menggunakan cara di bawah dengan data pada masukan motor HP BFP pada saat PLTGU bekerja pada beban penuh atau 100% : I = 84 Ampere V = 6 kV= 6000 V Pf = 0,88 lagging Daya input motor pada saat PLTGU bekerja pada beban penuh:
Pin 3 V1 I1 Cos1 = 6000 * 84 * 0,88 = 768.199,1742
Watt = 770 kW
24 24
Perhitungan dan Analisis => A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (4)
Setelah daya input dan daya output didapat, bisa diketahui efisiensi dari motor HP BFP, yaitu: Efisiensi motor HP BFP = Pout / Pin = 576kW / 770kW = 0,748 = 75%
25 25
Perhitungan dan Analisis => A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (5) Tabel 3 data masukan motor HP BFP tiap pembebanan Pembebanan 100% 75% 50%
pressure in (kg/cm2) out ((kg/cm2) 2,5 111 2,5 113,9 2,5 120
flow (kg/m3) 186,261 133,463 112,095
Tabel 4 Daya output HP BFP tiap pembebanan i (kg/m3) 1000 1000 1000 26 26
g (m/s2) 9,8 9,8 9,8
Q (m3/jam) 186,261 133,463 112,095
H (m) 1139,25 1169,7 1233,75
WHP (kW) 578 425 377
Perhitungan dan Analisis => A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (6)
Tabel 5 daya input motor HP BFP tiap pembebanan Pin (kW) 770 566 501
27 27
kWh untuk setiap persen pembebanan 7,68199 7,53540 10,01327
Percent full load motor 85% 63% 56%
Perhitungan dan Analisis => A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (7)
Gambar 10 Hubungan daya input motor HP BHP terhadap debit air 28 28
Perhitungan dan Analisis => A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (8)
Gambar 11 hubungan daya input motor HP BHP terhadap pembebanan 29 29
Perhitungan dan Analisis => B. Condensate Extraction Pump / CEP (1) Tabel 6 data masukan motor CEP tiap pembebanan Pembebanan 100% 75% 50%
pressure in (kg/cm2) out (kg/cm2) 0,956 13,07 0,965 13,7 0,971 14,7
flow (kg/m3) 685,66 566,33 482,33
Tabel 7 Daya output HP BHP tiap pembebanan i (kg/m3) g (m/s2) Q (m3/jam) 1000 9,8 697,67 1000 9,8 566,33 1000 9,8 482,33
30 30
H (m) 127,197 133,7113 144,1542
WHP (kW) 242 207 190
Perhitungan dan Analisis => B. Condensate Extraction Pump / CEP (2) Tabel 8 daya input motor CEP tiap pembebanan
Pin (kW) 323 275 253
31 31
kWh untuk setiap persen pembebanan 3,22098890 3,66470353 5,04739085
Percent full load motor 81% 69% 63%
Perhitungan dan Analisis => B. Condensate Extraction Pump / CEP (3)
Gambar 12 Hubungan daya input motor CEP terhadap debit air 32 32
Perhitungan dan Analisis => B. Condensate Extraction Pump / CEP (4)
Gambar 13 Hubungan daya input motor HP BHP terhadap pembebanan 33 33
Kesimpulan (1) 1. Dalam proses pembangkitan listrik di PLTGU Gresik blok III, motor listrik jenis induksi memiliki banyak peran. Beberapa peran motor induksi dalam proses pembangkitan listrik, yaitu: • Sebagai pemutar turbin gas sampai putaran 2100 rpm (starting motor 1450 kW dan pony motor 90 kW). • Penggerak pompa pengisi boiler (motor High Pressure Boiler Feed Pump atau motor HP BFP 900 kW dan motor Low Pressure Boiler Feed Pump atau motor LP BFP 75 kW) • Penggerak pompa yang memindahkan air dari HP drum ke HP evaporator (motor High Pressure Circulating Water Pump atau motor HP BCWP) • Penggerak pompa yang memindahkan air dari LP drum ke LP evaporator (motor Low Pressure Circulating Water Pump atau motor LP BCWP). • Penggerak pompa yang memindahkan air dari kondenser ke preheater (motor Condensate Extraction Pump atau motor CEP 400 kW). 34 34
Kesimpulan (2) 2. Motor HP BHP yang sekarang digunakan di PLTGU Gresik Blok III memiliki efisiensi sebesar 75% yang hampir mencapai efisiensi maksimum. Hal ini ditunjukkan pada tabel 9 di kolom percent full load motor, bahwa besar kerja motor untuk beban 75% sampai 100% berada pada 63% sampai 85% percent full load motor. Sedangkan beban rata-rata pada PLTGU adalah 80% sampai 90%. Menurut teori, motor mencapai efisiensi tertinggi pada saat percent full load motor berada pada 75%. Sehingga tidak perlu dilakukan pergantian motor dengan motor dengan kapasitas yang lebih kecil atau yang lebih besar. 3. Motor CEP yang sekarang digunakan di PLTGU Gresik Blok III sudah memenuhi standar dalam penentuan kapasitas motor listrik, yaitu motor bekerja pada beban 75%. Hal ini biasa dilihat di tabel 12. Percent full load motor pada beban 75% dan 100%, yaitu 69% dan 81%. 35 35
Kesimpulan (3) 4. Efisiensi motor listrik jenis induksi untuk pengerak pompa High pressure pengisi boiler pada PLTGU blok III Unit Pembangkitan Gresik memiliki nilai efisiensi yang lebih tinggi yaitu, 75% dibandingkan efisiensi motor induksi untuk penggerak pompa pengisi boiler di pembangkit listrik tenaga panas matahari (Solar Thermal Power System) di Cambridge, Massachusetts, Amerika Serikat yang sebesar 70%6.
36 36
SARAN(1) 1. Penerapan perhitungan yang digunakan pada tugas akhir ini, selain bisa menghitung besar kapasitas motor High pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) dan motor Condensate Extraction Pump (CEP), tetapi bisa juga digunakan untuk menghitung besar kapasitas motor lain yang memiliki fungsi yang sama seperti motor HP BHP dan motor CEP atau motor yang berfungsi memindahkan air. Salah satu contohnya adalah motor untuk sirkulasi air atau motor Circulating Water Pump (CWP).
37 37
SARAN(2) 2. Untuk mencapai efisiensi maksimum pada motor High pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) dan motor Condensate Extraction Pump (CEP), pembebanan pada PLTGU sebaiknya terus beroperasi di atas pembebanan 75%. Sebab pada saat pembebanan berada pada 50%, efisiensi motor High pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) dan Condensate Extraction Pump (CEP) sangat rendah. Hal ini bisa dilihat pada tabel 5 dan tabel 8. pada kolom kwh setiap persen pembebanan dan pada baris ketiga atau pada pembebanan 50%, besarnya kwh setiap persen pembebanan jauh di atas besarnya kwh setiap persen pembebanan pada saat pembebanan ada pada 75% dan 100%. 38 38
SARAN(3) 3. PLN sebagai penyedia energi listrik yang dibutuhkan oleh masyarakat banyak, semestinya diprioritaskan dalam mendapatkan bahan bakar gas dari pada minyak, karena dengan bahan bakar gas mampu menghasilkan daya output yang lebih baik dan pemeliharaan peralatanpun lebih mudah. Selain itu harga gas lebih murah dibanding dengan harga minyak untuk menghasilkan daya yang sama, jadi bahan bakar gas lebih efisien dari pada minyak.
39 39
DAFTAR PUSTAKA 1. Soebagio, “Diktat Kuliah Mesin Arus Bolak-Balik,” Surabaya, 2008. 2. Motor Listrik,
3. Pompa dan Sistem Pemompaan, 4. Mitsubishi, Fatec Panduan Interver. 5. Fitzgerald, A. E. dkk, “Electric Machinery Third Edition,” McGraw-Hill Book Company, New York, 1971. 6. Lin, Cyntia, “Feasibility of Using Power Steering Pumps in Small-Scale Solar Thermal Electric Power System”. Thesis Jurusan Teknik Mesin Massachusetts Institute of Technology, Massachusetts, Amerika Serikat 2008. 40 40
TERIMA KASIH
41 41
TEORI PENUNJANG => A. Efisiensi motor lisrik Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah: 1.Usia. Motor baru lebih efisien. 2.Kapasitas. Sebagaimana pada hampir kebanyakan peralatan, efisiensi motor meningkat dengan laju kapasitasnya. 3.Kecepatan. Motor dengan kecepatan yang lebih tinggi biasanya lebih efisien. 4.Jenis. Sebagai contoh, motor kandang tupai biasanya lebih efisien daripada motor cincin geser 5.Suhu. Motor yang didinginkan oleh fan dan tertutup total (TEFC) lebih efisien daripada motor screen protected dripproof (SPDP) 42 42
TEORI PENUNJANG => A. Efisiensi motor lisrik 6. Beban, seperti yang dijelaskan dibawah Terdapat hubungan yang jelas antara efisiensi motor dan beban. Pabrik motor membuat rancangan motor untuk beroperasi pada beban 50-100% dan akan paling efisien pada beban 75%. Tetapi, jika beban turun dibawah 50% efisiensi turun dengan cepat seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Mengoperasikan motor dibawah laju beban 50% memiliki dampak pada faktor dayanya. Efisiensi motor yang tinggi dan faktor daya yang mendekati 1 sangat diinginkan untuk operasi yang efisien dan untuk menjaga biaya rendah untuk seluruh pabrik, tidak hanya untuk motor. Untuk alasan ini maka dalam mengkaji kinerja motor akan bermanfaat bila menentukan beban dan efisiensinya
43 43
SPESIFIKASI TEKNIS PLTGU GRESIK
Kapasitas total Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Gresik dapat mencapai 1575 MW. PLTGU Gresik blok 1 dan blok 2 dapat menggunakan dua macam bahan bakar yaitu HSD (High Speed Diesel Oil) yang dipasok oleh PERTAMINA dan gas alam yang dipasok langsung dari lapangan gas milik MKS dan KODECO yang disalurkan melalui pipa bawah laut dari wilayah Madura utara. Kedua bahan bakar ini digunakan secara bergantian sesuai dengan tingkat ketersediaan bahan bakar. Sedangkan PLTGU Gresik blok 3 didesain hanya dapat menggunakan bahan bakar gas alam saja yang dipasok oleh pemasok yang sama dengan blok 1 dan blok 2.
44 44
