Pembangkitan Tenaga Termal

Definisi Kilang Tenaga Panas

Kilang tenaga panas didefinisikan sebagai fasilitas yang menghasilkan listrik dengan menggunakan energi panas, terutama dari pembakaran batu bara, untuk menghasilkan uap yang menggerakkan turbin.

Teori Stesen Kuasa Panas

Teori stesen kuasa panas adalah sederhana. Fasilitas ini menggunakan turbin uap yang terhubung ke alternator untuk menghasilkan listrik. Uap tersebut dihasilkan dalam ketel bertekanan tinggi.

Secara umum di India, batu bara bituminus, batu bara coklat, dan gambut digunakan sebagai bahan bakar untuk ketel. Batu bara bituminus yang digunakan sebagai bahan bakar ketel memiliki kandungan zat mudah terbakar antara 8 hingga 33% dan kandungan abu 5 hingga 16%. Untuk meningkatkan efisiensi termal, batu bara digunakan dalam bentuk serbuk di ketel.

Dalam kilang tenaga panas batu bara, uap dihasilkan pada tekanan tinggi di dalam ketel uap akibat pembakaran bahan bakar (batu bara bubuk) di tungku ketel. Uap ini kemudian dipanaskan lebih lanjut di superheater.

Uap superheated ini kemudian memasuki turbin dan memutar bilah-bilah turbin. Turbin secara mekanis dikaitkan dengan alternator sehingga rotor akan berputar seiring dengan putaran bilah turbin.

Ketika uap memasuki turbin, tekanannya turun dengan cepat, menyebabkan volume uap bertambah.Setelah memberikan energi ke rotor turbin, uap melewati bilah-bilah turbin dan masuk ke kondensor.Di dalam kondensor, air dingin disirkulasikan dengan bantuan pompa yang mengkondensasi uap basah bertekanan rendah.

Air yang telah dikondensasi ini kemudian disuplai ke pemanas air bertekanan rendah di mana uap bertekanan rendah meningkatkan suhu air umpan ini; kemudian dipanaskan kembali pada tekanan tinggi.Untuk memahami lebih baik, mari kita uraikan langkah-langkah operasi stesen kuasa panas:

• Pertama, batu bara bubuk dibakar di dalam tungku ketel uap.

• Uap bertekanan tinggi dihasilkan di dalam ketel.

• Uap ini kemudian dilewatkan melalui superheater, di mana dipanaskan lebih lanjut.

• Uap superheated ini kemudian dimasukkan ke dalam turbin dengan kecepatan tinggi.

• Di dalam turbin, gaya uap ini memutar bilah-bilah turbin, yang berarti di sini energi potensial uap bertekanan tinggi dikonversi menjadi energi mekanik.

Rajah Garis Kilang Kuasa

Setelah memutar bilah-bilah turbin, uap kehilangan tekanan tingginya, keluar dari bilah-bilah turbin, dan masuk ke dalam kondensor.Di dalam kondensor, air dingin disirkulasikan dengan bantuan pompa yang mengkondensasi uap basah bertekanan rendah.

Air yang telah dikondensasi ini kemudian disuplai ke pemanas air bertekanan rendah di mana uap bertekanan rendah meningkatkan suhu air umpan ini, kemudian dipanaskan kembali di pemanas bertekanan tinggi di mana uap bertekanan tinggi digunakan untuk pemanasan.Turbin di stesen kuasa panas berfungsi sebagai penggerak utama alternator.

Tinjauan Kilang Tenaga Panas

Stesen Tenaga Panas biasa beroperasi pada siklus yang ditunjukkan di bawah ini.

Cairan kerja adalah air dan uap. Ini disebut siklus air umpan dan uap. Siklus Termodinamik ideal yang paling dekat dengan operasi stesen tenaga panas adalah siklus Rankine.

Dalam ketel uap, air dipanaskan dengan membakar bahan bakar di udara di dalam tungku, dan fungsi ketel adalah untuk menghasilkan uap superheated kering pada suhu yang diperlukan. Uap yang dihasilkan digunakan untuk menggerakkan turbin uap.

Turbin ini dikaitkan dengan generator sinkron (biasanya alternator sinkron tiga fasa), yang menghasilkan energi listrik.

Uap buangan dari turbin dibiarkan menguap menjadi air di dalam kondensor turbin, yang menciptakan hisapan pada tekanan sangat rendah dan memungkinkan ekspansi uap di dalam turbin hingga tekanan sangat rendah.

Keuntungan utama dari operasi kondensasi adalah peningkatan jumlah energi yang diekstrak per kg uap dan dengan demikian meningkatkan efisiensi, serta kondensat yang disuplai ke ketel kembali mengurangi jumlah air umpan segar.

Kondensat bersama dengan beberapa air umpan segar kembali disuplai ke dalam ketel oleh pompa (yang disebut pompa umpan ketel).

Di dalam kondensor, uap dikondensasi dengan air pendingin. Air pendingin didaur ulang melalui menara pendingin. Ini merupakan sirkuit air pendingin.

Udara lingkungan dibiarkan masuk ke dalam ketel setelah penyaringan debu. Selain itu, gas asap keluar dari ketel dan dibuang ke atmosfer melalui cerobong. Ini merupakan sirkuit udara dan gas asap.

Aliran udara dan juga tekanan statis di dalam ketel uap (yang disebut draf) dipertahankan oleh dua kipas yang disebut kipas draf paksa (FD) dan kipas draf terinduksi (ID).Skema total stesen tenaga panas biasa beserta sirkuit-sirkuit yang berbeda digambarkan di bawah ini.

Di dalam ketel, terdapat berbagai penukar panas, yaitu Ekonomiser, Evaporator (tidak ditunjukkan dalam gambar di atas, dasarnya adalah pipa air, yaitu sirkuit downcomer riser), Superheater (kadang-kadang Reheater, pemanas udara juga ada).

Di dalam Ekonomiser, air umpan dipanaskan dengan cukup banyak oleh panas sisa gas asap.Drum Ketel mempertahankan kepala untuk sirkulasi alami campuran dua fase (uap + air) melalui pipa air.Terdapat juga Superheater yang mengambil panas dari gas asap dan meningkatkan suhu uap sesuai kebutuhan.

Efisiensi Stesen Kuasa Panas atau Kilang

Efisiensi keseluruhan stesen kuasa uap didefinisikan sebagai rasio setara panas output listrik terhadap panas pembakaran batu bara. Efisiensi keseluruhan stesen kuasa panas atau kilang berkisar antara 20% hingga 26% dan tergantung pada kapasitas kilang.

Kelebihan Stesen Kuasa Panas

Kelebihan stesen kuasa panas meliputi:

• Ekonomis karena biaya awal yang rendah dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya.

• Luas lahan yang diperlukan lebih sedikit dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga air.

• Karena batu bara adalah bahan bakar utama dan harganya jauh lebih murah dibandingkan bensin/diesel, maka biaya pembangkitan listrik menjadi ekonomis.

• Perawatan lebih mudah.

• Pembangkit listrik tenaga panas dapat dipasang di lokasi mana pun di mana transportasi dan pasokan air besar tersedia.

Kekurangan Stesen Kuasa Panas

Kekurangan stesen kuasa panas meliputi:

• Biaya operasional untuk stesen kuasa panas relatif tinggi karena bahan bakar, perawatan, dll. 

• Jumlah asap yang besar menyebabkan polusi udara. Stesen kuasa panas bertanggung jawab atas pemanasan global.

• Air yang dipanaskan dari stesen kuasa panas memiliki dampak negatif terhadap kehidupan akuatik di air dan mengganggu ekologi.

• Efisiensi keseluruhan stesen kuasa panas rendah, seperti kurang dari 30%.