Teknik Peningkatan Efisiensi Siklus Rankine
Pembangkit listrik tenaga uap masih menjadi tulang punggung dari total pembangkitan listrik di Asia Pasifik. Oleh karena itu, bahkan peningkatan kecil dalam bentuk efisiensi dapat memiliki dampak luar biasa pada penghematan bahan bakar dan juga pengurangan emisi gas rumah kaca.
Oleh karena itu, tidak boleh melewatkan kesempatan untuk menemukan cara dan metode untuk meningkatkan efisiensi siklus pembangkit listrik tenaga uap.
Ide di balik setiap perbaikan atau modifikasi adalah untuk meningkatkan efisiensi termal pembangkit listrik. Dengan demikian, teknik peningkatan efisiensi termal adalah:
Dengan menurunkan suhu rata-rata di mana panas dibuang dari fluida kerja (uap) di kondensor. (Menurunkan Tekanan Kondensor)
Dengan meningkatkan suhu uap yang masuk ke turbin
Menurunkan Tekanan Kondensor
Uap meninggalkan turbin dan memasuki kondensor sebagai campuran jenuh sesuai dengan tekanan uap yang sesuai di kondensor. Menurunkan tekanan kondensor selalu membantu dalam memberikan lebih banyak pekerjaan bersih di turbin karena ekspansi uap di turbin menjadi mungkin lebih besar.
Dengan bantuan diagram T-s, efek penurunan tekanan kondensor terhadap kinerja siklus dapat dilihat dan dipahami.
Efek Positif Menurunkan Tekanan Kondensor
Untuk mendapatkan keuntungan dari efisiensi yang lebih tinggi, Siklus Rankine harus beroperasi pada tekanan kondensor yang lebih rendah, biasanya di bawah atmosfer. Namun, batas untuk tekanan kondensor yang lebih rendah ditentukan oleh suhu air pendingin yang sesuai dengan tekanan jenuh daerah tersebut.
Dalam diagram T-s di atas, dapat dengan mudah dilihat bahwa area yang berwarna adalah peningkatan output kerja bersih akibat penurunan tekanan kondensor dari P4 ke P4’.
Efek Negatif Menurunkan Tekanan Kondensor
Efek menurunkan tekanan kondensor tidak datang tanpa efek samping. Berikut adalah efek negatif dari menurunkan tekanan kondensor:
Penambahan input panas di ketel akibat penurunan suhu re-sirkulasi kondensat (efek tekanan kondensor yang lebih rendah)
Dengan tekanan kondensor yang lebih rendah, kemungkinan peningkatan kandungan uap air di tahap ekspansi akhir turbin meningkat. Penurunan fraksi kering uap di tahap-tahap akhir turbin tidak diinginkan karena mengakibatkan sedikit penurunan efisiensi dan erosi bilah turbin.
Efek Neto Menurunkan Tekanan Kondensor
Efek neto secara keseluruhan lebih condong ke sisi positif, karena peningkatan kebutuhan input panas di ketel hanya sedikit, tetapi peningkatan output kerja bersih lebih besar akibat penurunan tekanan kondensor. Selain itu, fraksi kering uap di tahap-tahap akhir turbin tidak diperbolehkan turun lebih dari 10-12%.
Pemanasan Uap ke Suhu yang Lebih Tinggi
Pemanasan uap super adalah fenomena di mana panas ditransfer ke uap untuk memanaskan uap ke suhu yang lebih tinggi dengan menjaga tekanan konstan di ketel.
Area yang berwarna dalam diagram T-s di atas jelas menunjukkan peningkatan kerja bersih (3-3’-4’-4) akibat peningkatan suhu uap superpanas.
Input panas tambahan dalam bentuk energi, meninggalkan siklus sebagai kerja, yaitu peningkatan output kerja melebihi input panas tambahan dan penolakan panas. Efisiensi termal siklus Rankine meningkat akibat peningkatan suhu uap.
Efek Positif Meningkatkan Suhu Uap
Efek yang diinginkan dari peningkatan suhu uap adalah bahwa ia tidak memungkinkan persen kelembaban tahap akhir uap meningkat. Efek ini dapat dengan mudah dilihat pada diagram T-s (Gambar:2) di atas.
Efek Negatif Meningkatkan Suhu Uap
Meningkatkan suhu uap menghasilkan peningkatan kecil dalam input panas. Ada batas sampai mana uap dapat dipanaskan super dan digunakan dalam siklus pembangkitan. Faktor-faktor pembatas ini berkaitan dengan kekuatan logam pada suhu tinggi dan kelayakan ekonomis.
Saat ini, pada unit pembangkit listrik superkritikal, suhu uap di inlet turbin sekitar 620oC. Keputusan untuk peningkatan suhu uap lebih lanjut hanya dapat diambil setelah melakukan evaluasi metallurgi dan evaluasi implikasi biaya.
Efek Neto Meningkatkan Suhu Uap
Dari diagram T-s (Gambar:2), efek neto dari peningkatan suhu lebih condong ke sisi positif, karena keuntungan dari output kerja bersih melebihi peningkatan input panas dan peningkatan penolakan panas yang sedikit. Jadi, selalu menguntungkan untuk meningkatkan suhu uap setelah mengevaluasi keandalan dan kelayakan ekonomis.
Meningkatkan Tekanan Ketel dengan Parameter Sub-Kritis
Cara alternatif untuk meningkatkan efisiensi siklus Rankine adalah dengan meningkatkan tekanan operasi ketel, dan dengan demikian berkaitan dengan suhu di mana penguapan terjadi di ketel. Dengan demikian, efisiensi termal siklus meningkat.
Dengan bantuan diagram T-s, efek peningkatan tekanan ketel terhadap kinerja siklus dapat dilihat dan dipahami dengan jelas.
Karena peningkatan tekanan ketel, siklus Rankine bergeser sedikit ke kiri seperti yang ditunjukkan dalam Gambar:3 pada diagram T-s, dan berikut ini dapat disimpulkan dari itu:
Peningkatan substansial dalam kerja bersih, seperti yang ditunjukkan dalam area berwarna merah muda pada gambar di atas.
Karena siklus bergeser sedikit ke kiri, ada penurunan dalam kerja bersih selama ekspansi uap di turbin. (seperti yang ditunjukkan dalam gambar:3 di atas yang berwarna abu-abu.
Pengurangan dalam penolakan panas ke air pendingin di kondensor.
Dengan demikian, efek neto adalah peningkatan signifikan dalam efisiensi termal siklus akibat langkah-langkah ini.
Meningkatkan Tekanan Ketel dengan Parameter Super-Kritis
Untuk meningkatkan efisiensi termal siklus Rankine, tekanan super-kritis digunakan dalam generator uap yang digunakan saat ini. Ketika generator uap beroperasi di atas 22,06 MPa, maka generator uap tersebut disebut generator uap super-kritis dan pembangkit listrik tersebut disebut pembangkit listrik super-kritis. Karena tekanan operasi yang lebih tinggi, pembangkit-pembangkit ini dikenal memberikan efisiensi yang lebih tinggi.
Siklus Rankine Re-Heat
Siklus Rankine Re-Heat adalah untuk mengambil keuntungan dari peningkatan efisiensi siklus pada tekanan ketel yang lebih tinggi tanpa mengorbankan kandungan uap air pada tahap-tahap akhir turbin.
Efisiensi siklus yang lebih tinggi mungkin dengan siklus re-heat, dan ini tanpa mengorbankan fraksi kering, hal ini mungkin dengan memperluas uap di turbin dalam dua tahap dengan memanaskannya kembali di antara kedua tahap. Re-heat adalah cara yang praktis untuk menangani masalah kelembaban berlebih di tahap-tahap akhir turbin.
Cara Teoretis Mengurangi Kelembaban Tahap Akhir
