Pembangkit Listrik

1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Uap yang terjadi dari hasil pemanasan boiler/ketel uap pada Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU) digunakan untuk memutar turbin yang kemudian oleh generator diubah menjadi energi listrik. Energi primer yang digunakan oleh PLTU adalah bahan bakar yang dapat berwujud padat, cair maupun gas. Batubara adalah wujud padat bahan bakar dan minyak merupakan wujud cairnya. Terkadang dalam satu PLTU dapat digunakan beberapa macam bahan bakar.

PLTU menggunakan siklus uap dan air dalam pembangkitannya. Mula-mula air dipompakan ke dalam pipa air yang mengelilingi ruang bakar ketel. Lalu bahan bakar dan udara yang sudah tercampur disemprotkan ke dalam ruang bakar dan dinyalakan, sehingga terjadi pembakaran yang mengubah bahan bakar menjadi energi panas/ kalor. Udara untuk pembakaran yang dihasilkan kipas tekan/force draf fan akan dipanasi dahulu oleh pemanas udara/heater. Setelah itu, energi panas akan dialirkan ke dalam air di pipa melalui proses radiasi, konduksi dan konveksi, sehingga air berubah menjadi uap bertekanan tinggi. Drum ketel akan berisi air di bagian bawah dan uap di bagian atasnya. Gas sisa setelah dialirkan ke air masih memiliki cukup banyak energi panas, tidak dibuang begitu saja melalui cerobong, tetapi akan digunakan kembali untuk memanasi Pemanas Lanjut ( Super Heater), Pemanas Ulang (Reheater), Economizer dan Pemanas Udara.

Dari drum ketel, uap akan dialirkan menuju turbin uap. Pada PLTU besar (di atas 150 MW), turbin yang digunakan ada 3 jenis yaitu turbin tekanan tinggi, menengah dan rendah. Sebelum ke turbin uap tekanan tinggi, uap dari ketel akan dialirkan menuju Pemanas Lanjut, hingga uap akan mengalami kenaikan suhu dan menjadi kering. Setelah keluar dari turbin tekanan tinggi, uap akan masuk ke dalam Pemanas Ulang yang akan menaikkan suhu uap sekali lagi dengan proses yang sama seperti di Pemanas Lanjut. Selanjutnya uap baru akan dialirkan ke dalam turbin tekanan menengah dan langsung dialirkan kembali ke turbin tekanan rendah. Energi gerak yang dihasilkan turbin tekanan tinggi, menengah dan rendah inilah yang akan diubah wujudnya dalam generator menjadi energi listrik.

Dari turbin tekanan rendah uap dialirkan ke kondensor untuk diembunkan menjadi air kembali. Pada kondensor diperlukan air pendingin dalam jumlah besar. Inilah yang menyebabkan banyak PLTU dibangun di daerah pantai atau sungai.

Ilustrasi siklus perubahan wujud energi pada PLTU:

Jika jumlah air pendingin tidak mencukupi, maka dapat digunakan cooling tower yang mempunyai siklus tertutup. Air dari kondensor dipompa ke tangki air/deareator untuk mendapat tambahan air akibat kebocoran dan juga diolah agar memenuhi mutu air ketel berkandungan NaCl, Cl,O2 dan derajat keasaman (pH). Setelah itu, air akan melalui Economizer untuk kembali dipanaskan dari energi gas sisa dan dipompakan kembali ke dalam ketel.

2. Pembangkit Listrik Tenaga Gas
Gas yang dihasilkan dalam ruang bakar pada pusat listrik tenaga gas (PLTG) akan menggerakkan turbin dan kemudian generator, yang akan mengubahnya menjadi energi listrik. Sama halnya dengan PLTU, bahan bakar PLTG bisa berwujud cair (BBM) maupun gas (gas alam). Penggunaan bahan bakar menentukan tingkat efisiensi pembakaran dan prosesnya.

Prinsip kerja PLTG adalah sebagai berikut, mulamula udara dimasukkan dalam kompresor dengan melalui air filter/penyaring udara agar partikel debu tidak ikut masuk dalam kompresor tersebut. Pada kompresor tekanan udara dinaikkan lalu dialirkan ke ruang bakar untuk dibakar bersama bahan bakar. Di sini, penggunaan bahan bakar menentukan apakah bisa langsung dibakar dengan udara atau tidak.

Ilustrasi siklus perubahan wujud energi pada PLTG:

Jika menggunakan BBG, gas bisa langsung dicampur dengan udara untuk dibakar. Tapi jika menggunakan BBM, harus dilakukan proses pengabutan dahulu pada burner baru dicampur udara dan dibakar. Pembakaran bahan bakar dan udara ini akan menghasilkan gas bersuhu dan bertekanan tinggi yang berenergi (enthalpy). Gas ini lalu disemprotkan ke turbin, hingga enthalpy gas diubah oleh turbin menjadi energi gerak yang memutar generator untuk menghasilkan listrik. Setelah melalui turbin sisa gas panas tersebut dibuang melalui cerobong/stack. Karena gas yang disemprotkan ke turbin bersuhu tinggi, maka pada saat yang sama dilakukan pendinginan turbin dengan udara pendingin dari lubang pada turbin. Untuk mencegah korosi turbin akibat gas bersuhu tinggi ini, maka bahan bakar yang digunakan tidak boleh mengandung logam Potasium, Vanadium dan Sodium yang melampaui 1 part per mill (ppm).

3. Pembangkit Listrik Tenaga Air

Air adalah sumber daya alam yang merupakan energi primer potensial untuk Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA), dengan jumlah cukup besar di Indonesia. Potensi tenaga air tersebut tersebar di seluruh Indonesia. Dengan pemanfaatan air sebagai energi primer, terjadi penghematan penggunaan bahan bakar minyak. Selain itu, PLTA juga memiliki keuntungan bagi pengembangan pariwisata, perikanan dan pertanian.

Pada dasarnya, energi listrik yang dihasilkan dari air, sangat tergantung pada volume aliran dan tingginya air yang dijatuhkan. Sumber air potensial didapat dari hasil pembelokkan arah arus air sungai di daerah pegunungan tinggi oleh sebuah bendungan/waduk yang memotong arah aliran sungai dan mengubah arah arus menuju PLTA. Dari cara membendung air, PLTA terbagi atas 2 jenis, yaitu: PLTA Run-Off River (Memotong Aliran Sungai) dan PLTA Kolam Tando.

Ilustrasi siklus perubahan wujud energi pada PLTA:

Kedua PLTA tersebut memiliki kesamaan, yaitu membendung aliran air sungai dan mengubah arahnya ke PLTA. Bedanya, pada PLTA Kolam Tando sebelum aliran air sampai ke PLTA, debit air ditampung dalam suatu kolam yang biasa disebut kolam tando. Sedangkan pada PLTA Run-Off River tidak. Kolam Tando ini berguna menjadi sumber cadangan air, ketika debit air sungai menurun akibat musim kemarau yang panjang.

Memang dari segi biaya pembangunan, PLTA Run-Off River akan menelan biaya yang lebih rendah daripada PLTA Kolam Tando karena PLTA Kolam Tando memerlukan waduk yang besar dan daerah genangan yang luas. Tetapi jika terdapat sungai yang mengalir keluar dari sebuah danau, danau ini dapat dipergunakan sebagai kolam tando alami, seperti pada PLTA Asahan di Danau Toba, Sumatra Utara.

Air yang terbendung dalam waduk akan dialirkan melalui saluran/terowongan tertutup/pipa pesat sampai ke turbin, dengan melalui katup pengaman di Intake dan katup pengatur turbin sebelum turbin. Pada saluran pipa pesat terdapat tabung peredam (surge tank), yang berfungsi sebagai pengaman tekanan yang tiba-tiba naik, saat katup pengatur ditutup.

Air mengenai sudu-sudu turbin yang merubah energi potensial air menjadi energi gerak/mekanik yang memutar roda turbin, yang pada gilirannya generator akan merubah energi gerak/mekanik tersebut menjadi energi listrik. Katup pengatur turbin akan mengatur banyaknya air yang akan dialirkan ke sudu-sudu turbin sesuai kebutuhan energi listrik yang akan dibangkitkan pada putaran turbin yang tertentu. Putaran turbin yang terlalu cepat dapat menimbulkan kerusakan pada turbin dan generator, dimana hal ini dapat terjadi pada saat beban listrik tiba-tiba lepas/ hilang. Untuk mengatasi putaran yang berlebihan maka katup pengatur turbin harus segera ditutup. Katup pengatur turbin yang tiba-tiba menutup akan mengakibatkan terjadinya goncangan tekanan arus balik air ke pipa pesat, dimana goncangan ini diredam dalam tabung peredam.

4. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi
Panas bumi merupakan sumber tenaga listrik untuk pembangkit Pusat Listrik Tenaga Panas (PLTP). Sesungguhnya, prinsip kerja PLTP sama saja dengan PLTU. Hanya saja uap yang digunakan adalah uap panas bumi yang berasal langsung dari perut bumi. Karena itu, PLTP biasanya dibangun di daerah pegunungan dekat gunung berapi. Biaya operasional PLTP juga lebih murah daripada PLTU, karena tidak perlu membeli bahan bakar, namun memerlukan biaya investasi yang besar terutama untuk biaya eksplorasi dan pengeboran perut bumi.

Ilustrasi siklus perubahan energi pada PLTP :

Uap panas bumi didapatkan dari suatu kantong uap di perut bumi. Tepatnya di atas lapisan batuan yang keras di atas magma dan mendapat air dari lapisan humus di bawah hutan penahan air hujan. Pengeboran dilakukan di atas permukaan bumi menuju kantong uap tersebut, hingga uap dalam kantong akan menyembur keluar. Semburan uap dialirkan ke turbin uap penggerak generator. Setelah menggerakkan turbin, uap akan diembunkan dalam kondensor menjadi air dan disuntikkan kembali ke dalam perut bumi menuju kantong uap. Jumlah kandungan uap dalam kantong uap ini terbatas, karenanya daya PLTP yang sudah maupun yang akan dibangun harus disesuaikan dengan perkiraan jumlah kandungan tersebut. Melihat siklus dari PLTP ini maka PLTP termasuk pada pusat pembangkit yang menggunakan energi terbarukan.

5. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel
Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD) berbahan bakar BBM (solar), biasanya digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik dalam jumlah beban kecil, terutama untuk daerah baru yang terpencil atau untuk listrik pedesaan. Di dalam perkembangannya PLTD dapat juga menggunakan bahan bakar gas (BBG).

Mesin diesel ini menggunakan ruang bakar dimana ledakan pada ruang bakar tersebut menggerak torak/piston yang kemudian pada poros engkol dirubah menjadi energi putar. Energi putar ini digunakan untuk memutar generator yang merubahnya menjadi energi listrik. Untuk meningkatkan efisiensi udara yang dicampur dengan bahan bakar dinaikkan tekanan dan temperaturnya dahulu pada turbo charger. turbo charger ini digerakkan oleh gas buang hasil pembakaran dari ruang bakar. Mesin diesel terdiri dari 2 macam mesin, yaitu mesin diesel 2 langkah dan 4 langkah. Perbedaannya terletak pada langkah penghasil tenaga dalam putaran toraknya. Pada mesin 2 langkah, tenaga akan dihasilkan pada tiap 2 langkah atau 1 kali putaran. Sedang pada mesin 4 langkah, tenaga akan dihasilkan pada tiap 4 langkah atau 2 putaran. Seharusnya mesin 2 langkah dapat menghasilkan daya 2 kali lebih besar dari mesin 4 langkah, namun karena proses pembilasan ruang bakar silindernya tidak sesempurna mesin 4 langkah, tenaga yang dihasilkan hanya sampai 1,8 kalinya saja.

Ilustrasi siklus perubahan energi pada PLTD :

Selain kedua jenis mesin di atas, mesin diesel yang digunakan di PLTD ada yang berputaran tinggi (high speed) dengan bentuk yang lebih kompak atau berputaran rendah (low speed) dengan bentuk yang lebih besar.