PEMAKAIAN HYDROGEN COOLING SYSTEM PADA GENERATOR TJNIT1 PLTU TAMBAK LOROK PT INDONESIA POWER UBP SEMARANG
BambangWinardi
Abstrek Synchronousgeneratoris an ac generatorwhich performs in constant frequency. Synchronousgeneratorin a power station, e.g. Unit I PLTU Tambak Lorok, PT Indonesia Power, GenerationBusinessUnit (UBP) Semaranghas to supply the load in long period without rests.Regardingto perform this operation,generatorwill suffer a heat which comes from energydissipationas a result of resistanceofrotor and statorwindings. The heatis very for which it can causethe decreasingofgcnerator performance.Ifthe amount disadvantageous of hcat is too cxcessive, it can causc the damage of generator winding. For this reatnn, a cooling system is required in the gcnerator for avoiding any casespreviously mentioned.One ofcooling systemsis that useshydrogengas.The advantageofthe hydrogengas is that it can bind any heatanywhereit flows. Kate kuncl: Cooler System,generator,hydrogen
Untuk pemenuhan kebutuhan lishik , maka dibangunlah banyak pembangkit lisfik di Indonesi4 salah satu diantaranya adalah PT. IndonesiaPowerUBP. Semarangyang memiliki dua jenis pembangkitan energi listrik yaitu PLTU dan PLTGU. Generator sebagai mesin penghasil energi listrik di pembangkit harus dapat beroperasikontinyu dalam jangka waktu yang relatif lama. Untuk mendukung kinerja generator dalam operasinyadari kondisi panas dan meningkatkan efisiensi generator maka diperlukan suatu sistem pendingin yang handal. Salahsatusistempendinginyang dipakai adalah menggunakansistempendinginangas Hidrogan seperti yang digunakan di Generator unit I PLTU TambakLorok PT.IndonesiaPowerUBP Semarang. Tujuan penulisan ini adalah, peftama, mengetahuiprosespembangkitanenergi listrik di PT. IndonesiaPowerUBP Semarangtepatnya di PLTU Tambak Lorok. Kedu4 mempelajari pendingin generalor sistem dengan menggunakangas Hidrogen di PT. Indonesia Power UBP Semarang tepatnya di PLTU TambakLorok.
Energi listrik yang dihasilkanpadaproses PLTU berasal dari air laut yang sebelumnya sudahdiprosesmenjadi air mumi (desalination) dipanaskan pada ketel uap (steam generator) dengan menggunakan burner. Pada proses pemanasandigunakanbahanbakar berupasolar untuk tahap start up dan residu untuk operasi normal. Pemanasanair tersebut menghasilkan uap panasyang kemudian dialirkan ke heater. Padaheater uap panas tersebut dipanaskanlagi agaruap yang dihasilkan benar-benarkering dan bertekanan tinggi. Kemudian uap tersebut digunakan untuk memutar sudu-sudu pada turbin. Rotor generator yang dikopel dengan turbin akan ikut berputar sehingga dapat menghasilkanenergi listrik, Dengan bantuan penguat (exciter), tegangan listrik yang naikkan oleh generator dihasilkan di transformer yang kemudian disalurkan ke konsumen.
Teknik Universitas Diponegoro (Undip) SemarangJl. Prof, Sudharto, S.H. TembalangSemarang50275
46
lltinardi, PemakaianHydrogenCooling SystemPada Generator lJ
dihasilkanboiler drum masih berupauap basah, dan untuk mendapatkanuap yang betul-betul kering, uap yang berasal dari boiler drum perlu dipanaskanlagi padasuperheater.
Gambar l. Diagram alir PLTU Boiler atau ketel uap adalah suatu alat yang digunakanuntuk memproduksiuap dengan tekanan dan temperatur tertentu. Uap yang dihasilkan digunakan untuk menggerakkan turbin uap sehinggadari turbin uap tersebutakan didapatkan energi mekanis. Adapun boiler sendiri mempunyai alat-alat bantu seperti berikut, pertamaforce drafi /an ( FD Fan), adalahalat yang digunakanuntuk memasukkan udara luar kedalam furnace (ruang bakar) sebagaiudarapembakaran. Kedu4 air preheat coil, adalahsuatu alat yang dipergunakanunhtk memanaskanudara pembakaran dengan menggunakan media peman:B air panas yang diambilkan dari deaerator storage tank. Ketig4 Air Heater, adalah suatu alat yang digunakan untuk memanaskanudara pembakarandengan media pemanaskalor gas bekas yang akan dibuang ke cerobong. Keempat, air register, adalah suatu alat yang digunakanuntuk mengaturbesarkecilnya udara pembakaran sesuai dengan yang diinginkan sehinggabanyak udara yang masuk ke ruang bakar sebanding dengan banyaknya bahan bakar yang disemprotkan. Kelima, economicer,adalahalat yang digunakanuntuk memanaskanair pengisi ketel dengan media pemanasenergi kalor yang terkandungdidalam gasbekas.Sehinggadidapatkanair pengisiketel yang suhunya tidak jauh berbedadengan air yang terdapat pada boiler drun, serta untuk menaikkanefisiensiboiler. Keenam, boiler drum/steamdrum, adalah alat yang digunakanuntuk memisahkanleader air dan uap. Ketujuh, super heater, Uap yang
Kedelapan, desuper heater merupakan spray water yang digunakan untuk mengatur temperaturuap yang dialirkan ke turbin. Alat sudah dibuat sedemikian rupa sehingga bila temperatur uap melebihi ketentuan, maka desuper heater ini akan menyemprotkanair yang berasal dari discharge boiler feed pump sampai temperaturnya normal kembali. Kesembilan, soot blower merupakan alat pembersihpipa didalamboiler yangdiakibatkan menempelnya sisa-sisa pembakaran, dengan mediapembersihauxiliary steam. Kesepuluh, igniter merupakan alat pembakaran yang menggunakan bahan bakar solar, dan pembakaran ini merupakan pembakaranawal sebelum pembakaranmain burner dengan bahan bakar utzma fuel oil. Kesebelas, burner adalah alat pembakaran denganmenggunakanbahan bakar residu atau awal dinilai fuel oil No. 6. Setelahpembakaran cukup, selanjutrryapembakarandiganti dengan main burneryangdipasangpadafrontboiler. Keduabelas, boiler feed punp (BFP) merupakanpompa pengisi air boiler. Pompa tenebut memompakandeaerator storage tank ke boiler. Sedangkanalat-alatbantupadaturbin adalah sebagai berikut, pertama condenser dibuat dari sejumlahpipa-pipakecil yang mana air laut sebagaimediapendingindapatmengalir melaluipipa-pipatersebut.Sedangkanuapbekas yang keluardari turbin akan memasukisela-sela pipa condensersehinggaterjadilah perpindahan panasdari uap ke air laut yang selanjuhyaakan terjadi pengembunandan kondensasiuap. Uap yang sudah berubah menjadi air didalam condenserditampungdidalamhot well. Kedu4 condensate pump,setelah air kondensasiterkumpul pada hot well, maka air tersebut dipompakan oleh condensatepump ke deaerator tank denganmelalui heater. Ketiga, low pressure heater, alat ini berguna untuk memanaskanair kondensateyang berasaldari hot well, sebelum dimasukkan ke deaerator tank. Keempal auxiliary cooling water pump, pompa ini berfungsi unuk mensirkulasikanair pendinginyangdibutuhkanuntuk mendinginkan minyak pelumas dan gas hidrogen. Air
48 Jurnal Tronsmisi, Jilid 9, Nomor I, Juni 2007. hlm. 46-5I
pendingin yang disirkulasikanoleh pompa ini didinginkan lagi oleh air laut didalam auxiliary cooling water heat exchanger, Kelim4 high pressure heater, alat ini berguna untuk memanaskan air pengisiketel yang berasaldari deaerator storage tank, yang selanjutnyaakan dikirim ke ketellewateconomicer. Keenam, deaerator adalah alat yang berfungsiuntuk membuang02 dan gas-gaslain yang terkandung dalam air kondensat, disamping itu juga berfungsi sebagai alat pemanasair kondensat.Ketujuh, air ejector adalah suatu alat yang dikonstruksikan dari sebuah nozzle sehingga bila dialiri uap akan dapat menarik udara dan gas-gasyang tidak dapat mengembundidalam condensersehingga condenser akan menjadi vacuum. Dengan adanya kevakuman pada condensermaka akan dapatmenaikkanefisiensidari turbin. Pada generator terdapat sistem exitasi generator, yaitu satu sistem yang menyediakan sumber daya unfuk penguatankumparan medan generator.Sistemexitasi pada generatorPLTU Semarang tidak menggunakan exiter seperti generator kuno, tapi dalam mendapatkan sumberarus exitasi diperolehdari terminal ont put generator itu sendiri melalui sistem yang terdiri dari komponen-komponen statis, sehingga dinamakan exitasi statis. Jika gmerator belum menghasilkanteganganyaitu sewaktu unit start up, arus exitasinya diambilkandari battery(accu). Komponandari sistemexitasi statisterdiri dari: pertam4 Trafo Exitasi, power potensial transformer bersama-samareaktor linear akan memberikandaya exitasi medangenerator pada waktu beban kosong. Sedangkan saturable current transformer yang dihubungkan seri dengan sisi netral generator berfrrngsi untuk memberikandaya exitasi tambatranpada waktu generatordibebanidan memberikandayaexitasi padawaktu terjadi gangguanhubungansingkat. Kedua power rectifier (penyearahdaya) terdiri dari rangkaian-rangkaian jembatandioda yang dihubungkan untuk memperoleh penyearahangelombang penuh. Input untuk pmyearahini didapatdari outputtrafo exitasi. Frekuensi eleknis yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan kecepatan putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian elektromagnet dengan suplai arus DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada
mesin dengan frekuensi elektrik pada stator adalah:
t't --
f,r'P
r2o
yangmana: fe : frekuensilistrik (Hz) nr: kecepatanputar rotor = kecepatanmedan magnet(rpm) p : jumlah kutub magnet Mesin didesain untuk beroperasisecara kontinyu, menghantarkandaya dari terminal armatur / jangkar sehingga perlu ketentuan mengenaipemeliharaankemumiandan tekanan hidrogen dan persediaanair pendingin serta minyak pelumas. Detektor suhu dan peralatan lain terpasang didalamnya atau terhubung dengan mesin untuk pengukuran temperatur lilitan dan hidrogensertakemumiandantekanan hidrogentersebut.
Gembsr 2. Kostruksi inti stator dengan peges(spring-bar). Pegas pada inti stator berfungsi untuk meredamvibrasi magnetiktangensialdan radial dad inti stator sehingga menghasilkanvibrasi yang rendah dan operasi yang tidak berisik. Ujung shield yang berada pada bearing generatoryang dibaut pada ujung dari frame stator. Frame stator juga menyediakantempat untuk pendingin gas. Semua ujung shield, pendingin secara teliti diberi perapat (seal) untuk mencegahterjadinyakebocoranhidrogen dari generator.Inti stator dibuat dari segmensegmen yang dikuatkan /disatukan diisolasi silikon berkualitas tinggi untuk mendapatkan lossesyangminimum. Kipas-kipaspada rotor membatuventilasi gashidrogenpadagenerator.Sirkulasialirangas hidrogen seperti ditunjukkan garnbar 3.3. Hidrogendipaksaoleh kipasmenujucelahudara dan juga mengalir ke sekitar inti stator. Penyusunanaliran gas dari dalam dan luar secarabergantianpada inti stator menghasilkan pendinginanyang seragamdari inti dan lilitan stator sehinggadapat terhindar dari pemanasan
lltinardi, PemakaianHydrogenCooling SystemPada Generator {)
lokal yang berlebih dan menurunkanstess / tekanan yang disebabkan karena adanya perbedaansuhu.
Gembar 3. Kipas untuk sirkulesi hidrogen
Gambar 4. Sistemventilasiuntuk gencrator denganpendinginhidrogen
:'. lH** .,"o 3.
allJutc8
t.
c$tr. rEmi
5.
PLIG
tAI ..
Gambar 5. konstruksirotor generator berpendinginhidrogen Agar lebih aman dan efisien dalam penggunaan hidrogen sebagai pendingin generatordiperlukanpengisiangasdalamcasing generator. Oleh karena itu shaft seal / perapat poros diperlukur pada setiap ujung generator dimana rotor memanjang hingga ke casing. Sebualseal/ perapattipe radial oil film / lapisan minyak radialdiperlukanuntuk tujuan ini. Shoft seal padapada tiap ujung generator terdiri dari seal housing yang terdiri atas
sepiuang segmen cincin perunggu. Segmensegmentersebutdiletakkanberlawanansisi dari dinding housing dan berdiri konsentrik pada poros dengan pegas pengikat. Cincin yang memiliki diameter tertentu yang hanya sekian milimeter lebih besar dengan poros bebas mengambangsecararadial tetapi dijaga untuk tidak berputar bersama poros dengan pema;anganterkunci sisi atas pada housing. Housingini dibaut denganshield / pelindung pada casing generator. Minyal dari seal-oil contol unit pada tekanansekitar 4,5 psi diatas tekanan hidrogen di dalam generator yang disuplai ke seal housing. Minyak kemudian dilewatkan secararadial melalui ruang antara cincin-cincindan secaraaksial sepanjangposos dalam kedua arah. Aliran minyak ini adalah lapisan sangat tipis dari minyak antara permukaan poros dan permukaan cincin yang sebenarnya merupakan perapat hidrogen di dalamcasing. Penyaring minyak merupakan unit kertas yang dilipat tipe cartridge yang melewatkan salah satu atau dua sisi dari unit filter untuk penyaringan. Tiap filter diukur untuk secara kontinyu dapat menangani semua permintaan dari minyakperapatI seal-oil. Pengaturtekanan differensial disediakan untuk mengontrol tekanan minyak perapatpada perapat poros. Katup pengaturan didalam regulator tekanan digerakkan oleh diafragma. Koneksi bagianataske diafragmadisalurkanke seal drain enlargementdan melakukan sansing tekanan gas pada casing generator. Koneksi bawah diafragma disambungkan ke saluran suplai seal-oil pada shafi-seal dan melakukan sensingtekanan minyak yang disuplai ke shafi seal. Kemudian disesuaikan, regulator akan menjaga takanan differensial minyak durgan hidrogen4,5 psi. Flowmeter disediakanuntuk mandapatkan pembacaan seketika dari aliran total minyak perapat (seal-oil ). Meter ukur tekanan differensialdan dua sakalartekanandifferensial diletakkanpadapapanmeterukur. Instrumenini mendeteksitekanan seal-oil pada perapat yang berhubungan dengan tekanan gas di dalam casing. Saklar dihubungkan secara elektrik untuk menggerakkan kedua pompa seal-oil darurat dc yang berlokasi pada tangki minyak dan pada papan pemberitahuan(anntmciator) pada lemari pengatur hidrogen pada low
50 Jurnal Trunsmisi,Jilid 9, Nomor I, Juni 2007,hln. 46-51
differential pressure. Katup disediakan untuk pengaturandanpengujiansaklarini. Minyak perapat(seal-oit) sisi udara dan minyak bearing generatormengalir menuju ke ruang penampungan yang menyatu dibawah casing generator. Ruang penampungan ini didesain sebagai perluasan saluran bearing (bearing drain enlarganent),yangmenyediakan areapermukaanluas ufituk menampungminyak sebelumdikembalikan ke tangki minyak utam melalui proses perputaran (looping). Bearing drain enlargementini disirkulasikanke bagian atap.Tambahanuntuk aliran yang naturaldalam saluran ventilasi, sebuah tempat pembuangan (exhauster)disediakanuntuk menjagatekanan negatif yang kecil didalam erlargement Setiap peristiwakegagalandalam suplai miyak perapat poros, hidrogen akan mengalir dari generator masuk ke bearing drain enlargement dm diventilasikanke bagian atap. Perapt loop cair menyediakan penghalang untuk mencegah hidrogen masuk ke tangki minyak pelumasan utama. Dua buatr ruang penampungan yang dinamakan seal drain enlargement disediakan untuk menghilangkangas hidrogen yang masuk dari minyak yang mengalir dari cincin perapat sisi hidrogen. Salatr satu dari perluasan (enlargement) ini disusun pada tiap ujung perisai (shield) dan keduanyamengalir melalui saluran umum menuju float trap. Float trap diperlukanuntuk mencegahkehilanganhidrogen dengansaluranminyak saat dioperasikanpada tekanan hidrogen yang ditinggi.kan, mengalir menuju bearing drain enlargement dimana penampungan selanjutnya terjadi sebelum minyak dikembalikanke tangki minyak utama. PEMBAHASAN Langkah-langkatr dalam pengujian ini adalah sebagai berikut pertam4 menaikkan tekanandi dalamcasingmencapai15 sampai30 psi. Menjaga tekanan pada saat semua yang generator terhubung seperti tangki penyimpanan,pipa pipa gasyant terhubung,dan juga pipa saluranseaVperapat sedangdiuji. Keduq melapisi/menutupi semua persambungan dengansabuncair, liserin dan air sehinggasetiap terjadi kebocoranakan timbul gelembung-gelembung udara. Ketig4 sesegera mungkin bila terjadi kebocoranditutup / dihentikan,menutupsaluran udarakemudianmencatattekanannva.
Keempat setelah mesin dilakukan pengujuan untuk beberapa jam, kemudian menghitungjumlah kebocorandari perubahan tekananudar4 menggunakan rumus:
dimana: L kebocoran grs (cubic feet per day) untuk tekanan gas generator rata-rata (M) dalam casing. Jika pengujian dilakukan dengan udara maka L menunjukkankebocoranudara. H durasipengujim (hour) V volume dari gassistem(cubicfeet) Br&Bz : tekanan barometrik awal dan akhir (inchesof mercury) M1&M2= tekanan gas generator awal dan (inches of mercury) aV,Jrir Tr&Tz : suhu gas generatorawal dan akhir( degree C ) Keterangan : cubic feet per day - tekanan barometrik daxi 30 inches of mercurydan suhugas25oC Adapun final testing dengan hidrogen adalah pertam4 setelah casing diisi dengan gas hidrogen, mengulangi tes kebocoran dengan menggunakan instrumen portable pembaca persenhidrogendi udara. Kedua, menaikkan tekanan hidrogen hingga mencapai2 psi atau 55 inchesdari air kemudian uji aksesoris hidrogen dan pipa koneksinyadari kebocoran. Ketig4 menghitung nilai kebocoran hidrogendari casingmenggunakanrumus: Lh = 3,38 La dimana: : ekivalen gas Lh kebocoran hidrogen pada tes tekanandan kemurnian98 persen(cubicfeet per day) : kebocoran gas, dengan udara La didalam generator ( cubic feet per day ) KESIMPULAN Pertama adalah Sistem pendinginan pada generator PT. Indonesi Power unit I menggunakangas hidrogen yang disirkulasikan didalam casing generator. Kedua" Proses
wtrrara\ remokaian Hydrogen Cooling Systempada Generator Jl
sirkulasi gas hidrogen sebanding dengan q11t1*1 rotor generator karena sirkulasi - ias dilakukan dengan bantuan fcipas yirg t-"?*3p dibagianujung lilitan rotor generztor stst eKsrtasi
"Hydrogen leakage and purity formulas,GEl-26599D',, Manual Book pLTU Unit l&2 pT. Indonesia PowerUBp Semarang. "Gas leakage test,GEK_27190., M*u"l Book pLTU Unit t&2 pT. Indonesiapower UBp Semarang. "Lmn hydrogen_cooled turbine_ generator electrical and mechanical feaures, GEI-5394,', Manual Book PLTU Unit l&2 pT. Indonesia PowerUBp Semarang. ........., "Shaft sealing system,GEK_|3\JLA,, Manual BJok pLTU Unit tAZ pf. Indonesiapower UBp Semarang. "Operation lWn hydrogen_coold turbine generator, GEI_Sjg47D.
Manuali'ook pLTU unit r&i pr]
Indonesiapower UBp Semarang. www.indonesiapower.co.id www.Elektro-indonesia. co.id
