Pembangkit Listrik Tenaga Diesel

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) adalah merupakan salah satu pembangkit listrik yang menggunakan generator sinkron (Alternator) sebagai pengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-balik secara elektro magnetik. Energi mekanik berasal dari penggerak mula (Prime mover) yang memutar rotor, sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator. Prime mover merupakan alat yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. PLTD merupakan suatu instalasi pembangkit listrik yang terdiri dari suatu unit pembangkit (SPD) dan sarana pembangkitan. Mesin Diesel adalah penggerak utama untuk mendapatkan energi listrik yang kemudian dikeluarkan oleh Generator . Pada mesin Diesel Energi Bahan bakar diubah menjadi energi mekanik dengan proses pembakaran di dalam mesin itu sendiri. Mesin Diesel pada saat ini sudah banyak mengalami perkembangan dalam pemakaian untuk angkutan darat dan laut, kemudian pembangkitan dalam daya kecil dan menengah bahkan sampai daya besar sudah ada yang menggunakannya. Unit PLTD adalah kesatuan peralatan-peralatan utama dan alat-alat bantu serta perlengkapannya yang tersusun dalam hubungan kerja, membentuk sistem untuk mengubah energi yang terkandung didalam bahan bakar minyak menjadi tenaga mekanis dengan menggunakan mesin diesel sebagai penggerak utamanya dan seterusnya tenaga mekanis tersebut diubah oleh generator  menjadi tenaga listrik.  PLTD mempunyai ukuran mulai dari 40 kW sampai puluhan MW. Jika perkembangan pemakaian tenaga listrik telah melebihi 100 MW, penyediaan listrik yang menggunakan PLTD tidak lagi ekonomis sehingga harus di bangun pusat listrik lain. Untuk melayani beban PLTD dengan kapasitas di atas 100 MW akan tidak ekonomis karena unitnya menjadi banyak, mengingat unit PLTD yang terbesar di pasaran sekitar 12,5 MW.  Unit-unit pembangkit diesel di pasaran umumnya mempunyai putaran (untuk frekuensi 50 Hertz) dari 300 putaran per menit sampai dengan 1.500 putaran per menit (ppm). Dengan memperhatikan buku petunjuk pabrik, mesin-mesin yang mempunyai nilai ppm rendah, sampai dengan 500 ppm, dapat menggunakan bahan bakar minyak (BBM) kualitas No. 2 yaitu Intermediate Diesel Oil (IDO) dan kualitas No. 3 yaitu Marine Fuel Oil (MFO).  Jika memakai MFO harus di panaskan terlebih dahulu agar tercapai viskositas yang cukup rendah. Apabila menggunakan IDO, maka tidak perlu pemanansan terlebih dahulu.

Jenis-jenis mesin diesel

a.    Mesin diesel 2 langkah

Mesin diesel 2 langkah adalah mesin yang setiap langkahnya terjadi satu kali langkah bertenaga dengan dorongan gas hasil ledakan/pembakaran. Secara teoritis mesin 2 Langkah dengan dimensi dan jumlah putaran per detik yang sama seperti pada mesin 4 langkah, maka mesin 2 langkah ini akan menghasilkan daya 2 kali lebih besar. Namun dalam praktik, angka 2 kali lebih besar untuk daya yang di dapat pada mesin diesel 2 langkah tidak tercapai (hanya sekitar 1,8 kali). Hal ini disebabkan karena pembilasan ruang bakar silinder mesin diesel 2 langkah tidak sebersih pada mesin diesel 4 langkah sehingga proses pembakarannya tidak sempurna seperti pada mesin diesel 4 langkah. Maka efisiensi mesin 2 langkah ini tidak sebaik efisiensi pada mesin diesel 4 langkah.Pada pemakaian bensinnya pun lebih boraos dibanding mesin diesel 4 langkah. Mesin 2 langkah ini biasanya lebih cocok digunakan pada keperluan yang memerlukan penghematan ruangan, seperti pada lokomotif kereta api atau pada kapal laut.

Adapun Cara kerja dari mesin diesel 2 langkah ini adalah sebagai berikut.

1.    Langkah 1A Charging

Pada permulaan gerakan, piston akan bergerak keatas sedangkan P dan E dalamkeadaan terbuka. Udara bertekanan darikarter akan masuk ke silinder dan meniupsisa gas pembakaran melalui E.

2.    Langkah 1B Compression

Piston akan bergerak ke atas, P dan E dalamkeadaan tertutup oleh dinding piston. Udara bersih yang berada dalam silinder akandimampatkan. Kemudian bahan bakar disemprotkan dan akan terjadi ledakan.

3.    Langkah 2A Combustion

Piston akan bergerak ke bawah dengandorongan gas yang diledakkan

4.    Langkah 2B Exhaust

Pada bagian akhir gerakan, piston akan bergerak ke bawah dimana E sudahterbuka sehingga gas hasil pembakaranmulai keluar karena efek dari aktifitas pemompaan.

b.   Mesin diesel 4 langkah

Mesin diesel 4 langkah merupakan mesin yang setiap 4 langkah terjadi satu kali langkah bertenaga dengan dorongan gas hasil pembakaran/ledakan. Atau dengan kata lain prinsip kerja mesin diesel 4 langkah adalah proses kerja mesin untuk menghasilkan 1 kali pembakaran (usaha/kerja) torak bergerak 4 kali. Gerakan torak yang menghasilkan kerja atau usaha berlangsung secara berurutan dan terus menerus maka kegiatan untu menghasilkan kerja/usaha tersebut disebut siklus. Proses pembakaran pada mesin diesel 4 langkah lebih sempurna daripada mesin 2 langkah, karena pada proses pembilasan ruang bakar di silinder mesinnya bersih. Pada mesin diesel 4 langkah pemakaian bahan bakarnya lebih hemat dan masalah ruangan pun tidak menjadi soal.

Cara kerja mesin diesel 4 langkah adalah sebagai berikut:

1.    Langkah Isap

Pada langkah ini piston bergerak dariTMA ( Titik Mati Atas ) ke TMB (Titik Mati Bawah ). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbukayang menyebabkan ruang di dalam silinder menjadi vakum, sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara.

2.    Langkah Kompresi

Pada langkah ini piston bergerak dari TMB menuju TMA dan kedua katuptertutup. Karena udara yang berada didalam silinder didesak terus oleh piston, menyebabkan terjadi kenaikantekanan dan temperatur, sehinggaudara di dalam silinder menjadi sangat panas. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA, bahan bakar di semprotkan ke ruang bakar oleh injector yang berbentuk kabut.

3.    Langkah Usaha

Pada langkah ini kedua katup masihtertutup, akibat semprotan bahan bakar di ruang bakar akanmenyebabkan terjadi ledakan pembakaran yang akan meningkatkansuhu dan tekanan di ruang bakar.Tekanan yang besar tersebut akanmendorong piston ke bawah yangmenyebkan terjadi gaya aksial. Gaya aksial ini dirubah dan diteruskanoleh poros engkol menjadi gaya radial (putar).

4.    Langkah Buang

Pada langkah ini, gaya yang masihterjadi di flywhell akan menaikkankembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buangterbuka sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dariruang silinder menuju exhaustmanifold. Begitu seterusnya sehingga terjadi siklus pergerakan pistonyang tidak berhenti. Siklus ini tidak akan berhenti selama faktor yangmendukung siklus tersebut tidak ada yang terputus.

 Prinsip kerja PLTD

Bahan bakar didalam tangki penyimpanan bahan bakar dipompakan kedalam tanki penyimpanan sementara namun sebelumnya disaring terlebih dahulu. Kemudian disimpan didalam tangki penyimpanan sementara (daily tank). Jika bahan bakar adalah bahan bakar minyak (BBM) maka bahan bakar dari daily tank dipompakan ke Pengabut (nozzel), disini bahan bakar dinaikan temperaturnya hingga manjadi kabut. Sedangkan jika bahan bakar adalah bahan bakar gas (BBG) maka dari dari daily tank dipompakan ke convertion kit (pengatur tekanan gas) untuk diatur tekanannya.

Menggunakan kompresor udara bersih dimasukan kedalam tangki udara start melalui saluran masuk (intake manifold) kemudian dialirkan ke turbocharger. Didalam turbocharger tekanan dan temperatur udara dinaikan terlebih dahulu. Udara yang dialirkan pada umumnya sebesar 500 psi dengan suhu mencapai ±600°C.

Udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi dimasukan kedalam ruang bakar (combustion chamber).Bahan bakar dari convertion kit (untuk BBG) atau nozzel (untuk BBM) kemudian diinjeksikan kedalam ruang bakar (combustion chamber).

Dalam mesin diesel terjadi penyalaan sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni yang dimanfaatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi (35 – 50 atm), 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 enyala secara otomatis yang menimbulkan ledakan bahan bakar.

Ledakan pada ruang bakar tersebut menggerak torak/piston yang kemudian pada poros engkol dirubah menjadi energi mekanis. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akandiubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi.

Poros engkol mesin diesel digunakan untuk menggerakan poros rotor generator. Oleh generator energi mekanis ini dirubah menjadi energi listrik sehingga terjadi gaya geral listrik (ggl).

Tegangan yang dihasilkan generator dinaikan tegangannya menggunakan trafo step up agar energi listrik yang dihasilkan sampai kebeban.Prinsip kerja trafo berdasarkan hukum ampere dan hukum faraday yaitu arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu sisi kumparan pada trafo dialiri arus bolak-balik maka timbul garis gaya magnet berubah-ubah pada kumparan terjadi induksi. Kumparan sekunder satu inti dengan kumparan primer akan menerima garis gaya magnet dari primer yang besarnya berubah-ubah pula, maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung kumparan terdapat beda tegangan.

Menggunakan saluran transmisi energi listrik dihasilkan dikirim kebeban. Disisi beban tegangan listrik diturunkan kembali menggunakan trafo step down (jumlah lilitan sisi primer lebih banyak dari jumlah lilitan sisi sekunder).

Bagian - Bagian PLTD

Bagian-bagian dari Pembangkit Listrik Tenaga Diesel, yaitu :

1.        Tangki penyimpanan bahan bakar

sebagai penyimpan bahan bakar yang digunakan sebagai bahan bakar pembangkit listrik tenaga diesel tersebut.

2.        Penyaring bahan bakar

sebagai saringan bahan bakar yang sebelum masuk dalam tangki penyimpanan bahan bakar.

3.        Tangki penyimpanan bahan bakar sementara (bahan bakar yang disaring)

sebagai penyimpan bahan bakar yang setelah disaring melalui penyaring bahan bakar.

4.        Pengabut

yaitu jika bahan yang dipakai adalah BBM maka bahan bakar tersebut dipompa ke pengabut (nozzel), disini bahan bakar akan dinaikan temperaturnya hingga  menjadi kabut. Jika memakai bahan bakar gas (BBG) maka dari daily tank dipompakan ke convertion kit (pengatur tekanan gas) untuk diatur tekananya.

5.        Mesin diesel

sebagai penggerak mula (primer mover). Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator.

Kelas Satuan Pembangkit Diesel dapat dibedakan menjadi berikut ini.

1.      Kelas 1 :  Kapasitas 50 Kw   PLTD bakal

2.      Kelas 2 :  Kapasitas 100 Kw

3.      Kelas 3 :  Kapasitas 250 Kw  PLTD kecil

4.      Kelas 4 :  Kapasitas 500 Kw

5.      Kelas 5 :  Kapasitas 750 Kw

6.      Kelas 6 :  Kapasitas 1000 Kw

7.      Kelas 7 :  Kapasitas 2500 Kw

8.      Kelas 8 :  Kapasitas 4000 Kw PLTD sedang

9.      Kelas 9 :  Kapasitas 6000 Kw

10.  Kelas 10 : Kapasitas 8000 Kw

11.  Kelas 11 : Kapasitas 12000 Kw PLTD besar

6.        Turbo charger

untuk menaikan tekanan dan temperatur udara .

7.        Penyaring gas pembuangan

penyering sebelum di tempatkan pada tempat pembuangan gas.

8.        Tempat pembuangan gas (bahan bakar yang disaring)

adalah hasil dari penyaring bahan bakar yang telah dibuang.

9.        Generator

sebagai perubah energi mekanis menjadi energi listrik sehingga akan terjadi gaya gerak listrik.

10.    Trafo

untuk menaikan tegangan yang dihasilkan oleh generator agar energi listrik yang dihasilkan sampai ke beban, yaitu menggunakan tarfo step up. Jika pada salah satu sisi kumparan pada trafo dialiri arus bolak-balik maka timbul garis gaya magnet berubah-ubah pada kumparan terjadi induksi. Kumparan sekunder satu inti dengan kumparan primer akan menerima garis gaya magnet dari primer yang besarnya berubah-ubah pula, maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung kumparan terdapat beda tegangan.

 11.    Saluran transmisi

sebagai penyealur dari alat tersebut (PLTD) ke rumah-rumah  penduduk.

Kelebihan dan Kelemahan PLTD

1)   Kelebihan PLTD

§  Sistem bahan bakar sederhana.

§  Bisa ditempatkandekat dengan pusat beban.

§  Bisa distart dengan mudah dan cepat dan dibebani dalam waktu singkat.

§  Tidak memerlukan air pendingin yang banyak.

§  Dimensi PLTD lebih kecil dibanding PLTU untuk kapasitas yang sama.

§  Cara pengoprasian mudah dan memerlukan operator yang sedikit.

§  Effisiensi termal PLTD lebih besar dibanding PLTU untuk kapasitas yang sama

§  Dapat beroperasi sepanjang waktu selama masih tersediannya bahan bakar.

§  Dalam operasinya tidak bergantung pada alam sepertihalnya PLTA.

§  Investasi awal pembangunan PLTD relatif murah dibanding pembangkit listrik lain.

2)   Kelemahan PLTD

§  Ongkos bahan bakarnya (solar) tergolong mahal dan bergantung dengan perubahan harga minyak dunia yang cenderung meningkat dari tahun ketahun.

§  Menimbulkan polusi udara yang ditimbulkan dari pembakaran bahan bakar konvensional yang kadangkurangsempurna.

§  Memerlukan pemeliharaan rutin.

§  Sistem operasi tidak efisien bahkan tergolong boros pada kondisi beban rendah.

§  Biaya pelumas tinggi.

§  Tidak bisa dibebani overload padawaktu yang panjang.

§  Kapasitas PLTD kecil.

Sumber : http://bersamabelajaruntuktahu.blogspot.co.id/2011/08/pembangkit-listrik-tenaga-diesel.html