Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p�ISSN: 2541-0849

e-ISSN: 2548-1398

Vol. 7, No. 9, September 2022

 

ANALISIS PERHITUNGAN EFISIENSI MESIN TURBIN PADA SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA) DI PT. INDONESIA POWER UNIT PEMBANGKIT PLTA WADUK CIRATA

 

Supian Sauri, Romadhoni Syahputra, Aziz Yulianto, La Ode Muhammad Yusuf, Wahyu Yanuar Rizky, Muhammad Hisyam Ramadhan

Universitas Diponogoro dan Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Indonesia

Email: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

 

Abstrak

Efisiensi turbin merupakan suatu ukuran unjuk kerja atau performa dari mesin turbin untuk menghasilkan suatu daya dimana perbandingannya daya yang dihasilkan dengan kinerja mesin turbin. Beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi turbin yaitu besarnya debit air yang mengalir, massa jenis air, pengaruh percepatan gravitasi bumi, dan ketinggian jatuh air (head). Penelitian dilakukan di PLTA Waduk Cirata, data yang diambil secara langsung sesuai dengan keadaan dilapangan yaitu data kondisi pembangkitan meliputi unit yang beroperasi, daya yang dihasilkan, besarnya debit air, produksi kWh, tagangan trafo, temperature trafo, elevasi waduk, elevasi intake, delta H, elevasi tailrace,spill way atau hollow jet, dan total bahan bakar solar. Nilai efisiensi rata-rata mesin turbin unit 1 tertinggi di bulan Juli 2021 sebesar 92.5 % , sedangkan untuk mesin unit 2 nilai efisiensi rata-rata tertinggidi bulan April 2021 sebesar 90.9%. Nilai efisiensi rata- rata mesin turbin unit 1 terendah dibulan Januari 2021 sebesar 72.4% dan untuk unit 2 dibulan November 2021 sebesar 68.1%. Total nilai rata-rata efisiensi mesin turbin ditahun 2021 dari bulan Januari-Desember 2021 diperoleh nilai rata-rata efisiensi adalah unit 1 sebesar 83.3% dan unit 2 sebesar 84.8%.

 

Kata Kunci: Efisiensi, PLTA, Mesin Turbin, PLTA Wonogiri.

 

Abstract

Turbine efficiency is a measure of the performance or performance of a turbine engine to produce a power where the resulting power is compared to the performance of the turbine engine. Some factors that affect the efficiency of the turbine are the magnitude of the flowing water discharge, the density of water, the influence of the earth's gravitational acceleration, and the height of the water fall (head). The research was conducted at the Cirata Reservoir Hydropower Plant, the data taken directly according to the conditions in the field, namely data on generation conditions including operating units, power generated, amount of water discharge, kWh production, transformer tagangan, transformer temperature, reservoir elevation, intake elevation, delta H, tailrace elevation, spill way or hollow jet , and total diesel fuel. The average efficiency value of unit 1 turbine engines was highest in July 2021 at 92.5%, while for unit 2 engines the highest average efficiency value in April 2021 was 90.9%. The average efficiency value of the turbine engine unit 1 was the lowest in January 2021 at 72.4% and for unit 2 in November 2021 at 68.1%. The total average value of turbine engine efficiency in 2021 from January-December 2021 obtained the average efficiency value was unit 1 of 83.3% and unit 2 of 84.8%.

 

Keywords: Efficiency, Hydropower, Turbine Engine, Wonogiri Hydropower Plant.

 

Pendahuluan

Indonesia merupakan suatu negara yang memiliki banyak potensi untuk pengembangan pembangkit tenaga listrik terutama untuk potensi Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). PLTA merupakan pembangkit yang prosesnya menggunakan energi air, sumber utama yaitu air. Ketersedian air yang sangatlah banyak dan melimpah di Indonesia sangat bagus untuk berdirinya suatu pembangkit listrik tenaga air (PLTA). Karena dinegara Indonesia ini 70% terdiri atas air dan 30% terdiri atas dataran.

Pengembangan pembangkit listrik tenaga air sangatlah banyak tersebar dibeberapa daerah di Indonesia, salah satunya yaitu PLTA Cirata. PLTA Cirata menghasilkan energi listrik dengan kapasitas terpasang adalah 12,4 MW (2 x 6,2 MW) sebagai tenaga penggerak yaitu turbin air. Turbin air bertipe turbin kaplan (turbin reaksi) yang berfungsi untuk mengerakan generator untuk menghasilkan energi listrik.����������� Turbin dan generatorterhubunglangsung antara poros turbin dan poros generator dihubungkan oleh kopling flens. Untuk pemasangannya sumbu turbin dengan sumbu generator harus segaris atau akurat bertujuan agar mengurangi getaran pada turbin selama generator berputar.

Proses pembangkitan tenaga listrik seperti di PLTA Wonogiri juga memanfaatkan tenaga air. Terjaminnya ketersediaan air dan intensitas aliran air untuk kebutuhan turbin/pembangkit merupakan salah satu ukuran untuk menentukan keunggulan pembangkit tersebut. Dengan mempertahankan ketersediaan air maka menjamin suatu pembangkit terus-menerus akan menghasilkan pasokan listrik dalam kurun waktu tertentu, selama ketersedian air dan intensitas aliran air memenuhi syarat untuk pembangkitan.

Pada turbin kaplan itu sendiri ada beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya suatu efisiensi turbin atau ujuk kerja turbin seperti tingginnya air yang jatuh, besarnya debit air yang dialirkan, sudut sudu pengarah dan sudut sudu jalan. Untuk mendapatkan efisiensi yang besar pada turbin maka yang harus diketahui adalah perubahan sudut sudu pengarah karena pada saat pengoperasian sudut sudu pengarah akan mengikuti sudut sudu jalan maka aliran air akan masuk ke pipa dan disalurkan ke seluruh sudu jalan untuk memutar turbin secara maksimal dan konstan.

 

 

 

Metode Penelitian

Penyusunan Peneltian ini berdasarkan proses observasi pada saat pengambilan data di PT Indonesia Power Sub Unit PLTA Cirata pada tanggal 19 Maret 2021 sampai dengan 13 April 2021. Studi kepustakaan dilakukan di perpustakaan Sub Unit PLTA Cirata, Data mekanik, manual book, dan log sheet didapat dari Control Room Sub Unit PLTA Cirata dan diperoleh dari beberapa jurnal-jurnal, buku- buku, dan referensi terpecaya lainnya.

Data penelitian yang diambil berupa data laporan tiap hari kondisi pembangkitan PLTA Cirata selama 1 (satu) Tahun ditahun 2021. Berikut kemungkinan data-data lapangan yang akan diambil untuk penelitian tugas akhir sebagai berikut: Kapasitas daya yang terpasang, Kapasitas daya yang dihasilkan, Besarnya debit air yang digunakan, Unit yang beroperasi, Tinggi elevasi waduk, Tinggi elevasi intake, Besarnya delta H, dan Tinggi Elevasi Tailrace.

 

Hasil Dan Pembahasan

Perhitungan Nilai Efesiensi Turbin dan Hasil Analisis

Berikut data-data total dan rata-rata kondisi pembangkitan PLTA Cirata yang digunakan untuk menghitung nilai efisiensi rata-rata mesin turbin unit 1 dan unit 2 tiap bulannya dimulai dari bulan Januari 2021 s/d Desember 2021.

 

Tabel 1

Total dan Rata-Rata Pembangkitan Bulan Januari-Desember 2021.

Bulan

Elevasi Waduk (m)

Elevasi Intake (m)

Elevasi Tailrace (m)

Debit Air (Q) (m3/s)

Ke-

Unit 1

Unit 2

Unit 1

Unit 2

Unit 1

Unit 2

Unit 1

Unit 2

1

132.0307

131.7667

131.37143

131.4161

109.7557

109.8522

31.73

33.24

2

134.3336842

134.333684

133.831579

133.83158

110.922105

110.922105

28.53684211

28.53684211

3

135.3448387

135.3448387

134.616452

134.616452

109.98

109.98

26.91612903

26.91612903

4

135.92792

135.89167

135.60708

135.608

110.11917

110.038

25.529167

25.723333

5

135.98792

135.93583

135.78625

135.73958

109.76458

109.81625

25.266667

25.866667

6

134.98615

134.959

134.82846

134.864

109.75769

109.62867

22.6

25.94

7

132.91389

133.5375

132.67889

133.37857

109.69222

109.59607

24.466667

26.385714

8

131.040476

131.149167

130.980476

131.105833

109.39

109.46917

26.471429

29.833333

9

129.41222

129.25571

129.32667

129.19429

109.35444

109.33

24.055556

24.3

10

0

0

0

0

0

0

0

0

11

135.31333

130.476

135.47

130.046

110.834

109.362

20.266667

22.9

12

133.1041935

133.1041935

132.8641935

132.864194

111.3566452

111.3566452

32.49354839

32.493548

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bulan

Beban (MW)

Tegangan (KV)

Produksi Kwh

Delta H (m)

Ke-

Unit 1

Unit 2

Unit 1

Unit 2

Unit 1

Unit 2

Unit 1

Unit 2

1

4.866429

6.000167

19.028571

21.61667

117.175

142.3186

0.507

0.347

2

5.647368421

5.71052632

20.5368421

20.536842

130.108947

133.891579

0.642631579

0.651052632

3

5.374193548

5.374193548

20.7451613

20.7451613

128.62871

128.0280645

0.730967742

0.730967742

4

5.4458333

5.86

20.679167

20.646667

131.76917

138.19433

0.2895833

0.2823333

5

5.5333333

5.4333333

20.525

20.508333

137.17833

132.87792

0.2020833

0.1966667

6

4.7846154

5.5066667

20.492308

20.53

116.89231

134.16533

0.1515385

0.0956667

7

5.1

5.5821429

20.394444

20.396429

127.18167

137.1125

0.2333333

0.1578571

8

4.89047619

5.45

20.4285714

20.425

121.59

130.3175

0.0614286

0.0433333

9

3.8222222

4.2142857

20.4

20.4

96.792778

115.32857

0.0866667

0.07

10

0

0

0

0

0

0

0

0

11

3.6666667

3.16

20.5

20.34

87.376667

77.364

1.51

0.43

12

5.529032258

5.632258065

20.5

20.5

128.3380645

131.7522581

0.725483871

0.7254839

 

Berdasarkan hasil perhitungan nilai efisiensi mesin turbin unit 1 dan unit 2 dari bulan Januari-Desember 2021 diperoleh nilai rata-rata sebagai berikut:

 

Tabel 2

Nilai Efisiensi Mesin Turbin Unit 1 dan Unit 2 Ditahun 2021

 

 

Bulan

Unit 1

Unit 2

Nilai Efisiensi (%)

Nilai Efisiensi (%)

Januari

72.4

85.4179

Februari

88.1451

89.1309

Maret

82.69827

82.69827

April

85.5586941

90.9104

Mei

84.53879

82.6816

Juni

86.1676

85.8388

Juli

92.53227

90.7712

Agustus

87.3143

86.154558

September

81.179

89.0878

Oktober

0

0

November

74.9364

68.07552

Desember

80.73

82.23722

TOTAL

916.2004241

933.004168

Jumlah Bulan

11

11

RATA-RATA

83.29094765

84.81856073

 

Jadi, pada perhitungan besarnya nilai efisiensi mesin turbin dibulan Januari- Desember 2021 pada pembangkit unit 1 dan unit 2 PLTA Cirata diperoleh nilai rata-rata efisiensi/unjuk kerja turbin melebihi dari >50% maka ditahun 2021 ini unjuk kerja mesin turbin dalam keadaan baik dan optimal dengan nilai rata-rata pertahun unit 1= 83.3% dan unit 2= 84.82%. Semakin besar nilai tinggi (Head), debit air dan efisiensi turbin maka semakin besar beban atau daya kWh yang�� dihasilkan dan kinerja turbin maksimal. Sebaliknya, jika semakin kecil nilai tinggi (head), debit air, dan efisiensi turbin maka semakin kecil juga daya yang dihasilkan. Maka memenuhi persamaan pada rumus Daya Turbin (Pt) = 𝜌 .g .Q. H. ɳT.

Sedangkan untuk mencari nilai efisiensi turbin yaitu perbandingannya daya yang dihasilkan�� �dengan�� �kinerja�� �mesin�� �turbin

dirumuskan dengan persamaan rumus Efisiensi

Turbin (ɳ ) =�� �𝑃𝑡����������������� . Nilai suatu efisiensi

T������������������������������� 𝜌 .g .Q.H

Turbin di PLTA Cirata juga dipengaruhi oleh pola operasi untuk menghasilkan daya yang maksimum atau tidaknya, karena di PLTA Cirata mempunyai 2 (dua) unit pembangkit yang pola operasinya berbeda-beda. Dengan besarnya nilai debit air dan tinggi head yang tinggi hanya diperoleh beban yang kecil maka nilai efisiensi akan bernilai kecil. Hal tersebut terjadi karena adanya ganguan dari dalam seperti ganguan mesin stop/tidak beroperasi dan ganguan dari luar seperti dari jaringan sehingga pembangkit tidak beroperasi dan mesin dalam keadaan standby(siaga). Untuk delta H yang terukur akan mempengaruhi besar kecilnya kinerja dari turbin karena delta H semakin tinggi akan menyebabkan kavitasi. Jika kavitasi terjadi maka bagian turbin blades dan casing akan menimbulkan lubang-lubang kecil bahkan menyebabkan korosi sehingga menurunkan kinerja dari turbin. kavitasi yaitu terjadinya penurunan tekanan pada aliran fluida yang mengakibatkan tekanan fluida berada dibawah tekanan uap jenuh sehingga menimbulkan gelembung-gelembung air yang diakibatkan zat cair yang menguap.

 

Gambar 1

Kurva Garis Nilai Efisiensi Mesin Unit 1 dan Unit 2 Pada Tahun 2021.

 

Untuk menjaga mesin turbin tetap efisien dalam proses pembangkitan maka pihak PLTA Cirata setiap tahunnya melakukan pemeliharaan rutin tahunan atau yang disebut (Annual Inspection). Pemeliharan tahunan dilakukan secara keseluruhan baik pada mesin (unit 1) dan mesin (unit 2). Pemeliharaan mesin tidak bisa beroperasi sehingga dilakukannya pemeliharaan tahunan.

Perhitungan NCF (Net Capacity Factor)

Perhitungan total nilai NCF (Net Capacity Factor)dan CF (Capacity Factor) pada pembangkit Unit 1 dan Unit 2 dari bulan Januari-Desember 2021 selama 1 (satu) tahun adalah sebagai berikut:

Diket:

Total Prdk.Bruto (Unit 1) = 26.275,565 MWh Daya Mampu Netto (Unit 1) = 6,2 MW Period Hours (Unit 1)����������������� = 8.760 Jam Total Prdk.Bruto (Unit 2) = 30.894,26 MWh Daya Mampu Netto (Unit 2) = 6,2 MW Period Hours (Unit 2)��������� = 8.760 Jam Total Prdk.Bruto (MWh) = 26.275,565 + 30.894,26 = 57.169,825 MWh

Pemakaian Sendiri (Ps)���������������� =242,723 MWh Produksi Netto (MWh)= 57.169,825�242,723

= 56.927,102 MWh

Daya Mampu Netto (MW)

= DMN (Unit 1) + DMN (Unit 2)

= 6,2 MW + 6,2 MW

= 12,4 MW

 

Kesimpulan

Berdasarkan hasil perhitungan NCF(Net Capacity Factor) dan CF(Capacity Factor)pada pembangkit unit 1 dan unit 2 PLTA Wonogiri selama 1 (satu) tahun dari bulan Januari-Desember 2021 diperoleh hasil nilai CF(Capacity Factor) (Unit 1 = 48.38% dan Unit 2 = 56.88%) dan nilai NCF(Net Capacity Factor) sebesar 52.63%. Kinerja pembangkit dihitung berdasarkan DKP-IKP 2007:1 tentang Prosedur Tetap Deklarasi Kondisi Pembangkit dan Indeks Kinerja Pembangkit PT. PLN (Persero). Setelah melakukan analisa diperoleh nilai CF(Capacity Factor) dan nilai NCF(Net Capacity Factor) jarum jam serta menggunakan sudu jalan yaitu spiral casing (rumah siput). Nilai efisiensi rata-rata mesin turbin unit 1 tertinggi di bulan Juli 2021 sebesar 92.5%, sedangkan untuk mesin unit 2 nilai efisiensi rata-rata paling besar terdapat pada bulan April 2021 sebesar 90.9%. Nilai efisiensi rata- rata mesin turbin unit 1 terendah dibulan Januari 2021 sebesar 72.4% dan untuk unit 2 dibulan November 2021 sebesar 68.1%. Sedangkan untuk bulan Oktober nilai efisiensi sebesar 0 % dikarenakan tidak beroperasinya mesin turbin sebab air diwaduk gajah mungkur mengalami kekeringan akibat musim kemarau yang panjang sehingga elevasi waduk tidak mencukupi standard untuk pembangkitan dan debit air tidak mencukupi untuk memutar mesin turbin. Dari hasil nilai rata-rata efisiensi mesin turbin ditahun 2021 dari bulan Januari-Desember 2021 diperoleh rata-rata nilai efisiensi >50% yang menandakan bahwa mesin turbin bekerja dengan baik dan efisien. Nilai CF (Capacity Factor) dan nilai NCF (Net Capacity Factor) diatas standar nilai tahunan yakni antara 30-50% yang berarti memenuhi standar nilai tahunan. Dapat dikatakan bahwa Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Cirata handal dalam hal proses operasi dan produksi energi listrik.

 

 

BIBLIOGRAFI

 

Dewantoro, Yusuf Herambang. 2010. Unjuk Kerja Turbin Air Mikrohidro Aliran Silang Terhadap Variasi Sudut Sudu Jalan (Runner) Pada Debit Konstan Untuk PLTMH. Prosiding Seminar Nasional dan Teknologi. Teknik Mesin Politeknik Negri Semarang.

 

Havendri, Adly. 2009. Perancangan Dan Realisasi Model Prototipe Turbin Air Type Screw (Archimedean Turbine) Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Dengan Head Rendah Di Indonesia. Laboratorium Konversi Energi. Teknik Mesin Universitas Andalas.

 

Lukanto, D. 2008. Diklat Kuliah Bangunan Tenaga Air. Surabaya: ITS.

 

Marsudi, Ir. Djiteng 2006. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Graha Ilmu : Yogyakarta.

 

Muliawan, Arief. 2016. Analisis Daya Dan Efisiensi Turbin Air Kinetis Akibat Perubahan Putaran Runner. Jurnal Of Saintek. Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi Bontang.

 

Rahman, Hajar Hardiyanti. Maddaiya, Marwan. 2015. Evaluasi Kinerja Pembangkit Pada Pusat Listrik Bilibili 19,5 MW. Laporan Tugas Akhir. Teknik Mesin Politeknik Negri Ujung Pandang Makassar.

 

Sasongko, Erry Thriana. 2008. Pengaruh Laju Alirann Massa Terhadap Daya Turbin Air Francis Pada Sub Unit PLTA Jelok Semarang. Jurnal Teknologi Vol.1, No.1. Teknik Mesin Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Yogyakarta.

 

Sitong, 2017. Desain Pembangkit Listrik Tenaga Air Kapasitas 5 KW Desa Siabu Kabupaten Kampar Riau. Jurnal FTEKNIK Vol.4 No.1. Teknik Elektro Universitas Riau.

 

Triono, M. 2012. Pemodelan Turbin Cross- Flow Untuk Diaplikasikan Pada Sumber Dengan Tinggi Jatuh Dan Debit Kecil. Jurnal Neutrino Vol.4, No.2. Malang : Fakultas Saintek, UIN Maliki.

 

Wijianto., Effendy M. 2010. Aplikasi Respone Getaran Untuk Menganalisis Fenomena Kavitasi Pada Instalasi Pompa Sentrifugal. Jurnal Penelitian Sains dan Teknologi Vol.11, No.2.

 

Anonymous. Makalah Turbin Air. Diakses pada website:

http://erepo.unud.ac.id/9830/3

/f6b97aedaa888fd98bec9cbc1252db12.pdf, ���pada tanggal 3 April 2018, pada pukul

20.50 wib.

 

Fadillah, Faqih. Makalah Turbin Air. Diakses pada websitehttps://www.scribd.com/doc/3 12188826/Turbin-Air, Pada tanggal 3 April 2018, pada pukul 20.40 wib.

Purnomo,������� Ady.��������������� Debit�� Air������ Turbi�������������� Dan Kecepatan.�� Diakses���������������������� pada��� website: https://dokumen.tips/download/link/debit- air-turbin-dan-kecepatan-spesifik, �� Pada tanggal 3 April 2018, pada pukul 21.05 wib.

 

Copyright holder:

Supian, Romadhoni, Aziz Yulianto, La Ode Muhammad Yusuf, Wahyu Yanuar Rizky, Muhammad Hisyam Ramadhan (2022)

 

First publication right:

Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia

 

This article is licensed under: