STUDI KEANDALAN DAN KETERSEDIAAN PEMBANGKIT LISTRIK

STUDI KEANDALAN DAN KETERSEDIAAN PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA UAP UNIT 2 PT. PLN (Persero) SEKTOR
PEMBANGKITAN BELAWAN
Lukmanul Hakim Rambe, Surya Tarmizi Kasim
Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
e-mail: [email protected],
Abstrak
Dalam proses produksi listrik pembangkit listrik tenaga uap merupakan pembangkit listrik thermal yang
memiliki kapasitas yang besar, karena merupakan pembangkit yang menyuplai beban dasar dalam sistem
kelistrikan. Dari segi ekonomis PLTU merupakan pembangkit listrik yang hemat sehingga banyak digunakan,
walaupun dalam investasi awal PLTU sangatlah mahal. Pembangkit Listrik Tenaga Uap memiliki beberapa
komponen utama antara lain turbin uap, boiler, kondensor dan generator. Semua komponen tersebut terintegrasi
menjadi satu kesatuan sistem unit yang bekerja untuk dapat menghasilkan energi listrik. Seperti yang diketahui,
bahwa pembangkit sering mengalami pelepasan sebagian beban melihat perkembangan beban yang semakin besar
sehingga perlu dilakukan evaluasi. Dari sisi kualitas PLTU dipengaruhi oleh besarnya kapasitas faktor dan faktor
ketersediaan terhadap produksi listrik. Dalam penelitian ini didapat nilai kapasitas faktor PLTU unit 2 sebesar
70,52 % dan faktor ketersediaan sebesar 69,23%. Sedangkan secara kuantitas komponen yang memiliki keandalan
terburuk selama 26304 jam adalah preasure gauge, untuk ketersediaan terbaik adalah modul i/o level. Agar
keandalan tetap terjaga maka dilakukan rencana operasi dengan menjadwalkan perawatan pencegahan, dimana
didapat bahwa komponen yang harus mengalami perawatan tercepat yaitu condensat pump dan termokopel 1.
Kata Kunci: Keandalan, Preventive Maintenance
1. Pendahuluan
Dalam proses produksi listrik pembangkit
listrik tenaga uap merupakan pembangkit listrik
thermal yang memiliki kapasitas yang besar,
karena merupakan pembangkit yang menyuplai
beban dasar dalam sistem kelistrikan. Dari segi
ekonomis PLTU merupakan pembangkit listrik
yang hemat sehingga banyak digunakan,
walaupun dalam investasi awal PLTU sangatlah
mahal.
Dari sisi kualitas PLTU dipengaruhi oleh
besarnya
kapasitas
faktor
dan
faktor
ketersediaan terhadap produksi listrik selama
setahun. Seperti kita ketahui pembangkit sering
mengalami pelepasan sebagian beban melihat
pertambahan konsumen baik yang baru maupun
yang sudah lama semakin pesat sehingga perlu
dilakukan evaluasi agar diharapkan produksi
listrik yang semaksimal mungkin.
Dari sisi kuantitas PLTU
sangat
dipengaruhi oleh evaluasi kinerja dari setiap
komponen komponen yang terlibat di dalam unit
PLTU tersebut. Permasalahan yang sering
terjadi dalam unit PLTU ini yaitu kegagalan start
pada saat unit PLTU akan
dioperasikan.
Kegagalan start tersebut terjadi dikarenakan
adanya kegagalan ataupun kerusakan pada
komponen-komponen yang ada didalam unit
PLTU. Dimana dampak dari kegagalan tersebut
dapat menyebabkan unit PLTU mengalami trip
dan tidak dapat melakukan produksi listrik.
Dengan demikian perlu dilakukan evaluasi
kinerja unit PLTU dari segi keandalan dan
ketersediannya berdasarkan waktu kegagalan
unit komponen pembangkit. untuk mengetahui
lifetime komponen dan perkiraan waktu dari
suatu komponen untuk dilakukan perawatan
ataupun pergantian komponen.
2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Pembangkit Listrik Tenaga Uap memiliki
beberapa komponen utama antara lain turbin
uap, boiler, kondensor dan generator. Semua
komponen tersebut terintegrasi menjadi satu
kesatuan sistem unit yang bekerja untuk dapat
menghasilkan energi listrik[1].
Gambar 1 Siklus Kerja PLTU[2].
Gambar 1 diatas dapat dilihat bahwa
komponen utama PLTU sebagai berikut :
a. Boiler adalah Ruang Bakar adalah
ruangan tempat proses terjadinya
pembakaran. Ruang pembakaran terdiri
dari 8 buah burner yang didalamnya
dipasang komponen-komponen untuk
proses pembakaran beserta sarana
penunjangnya, diantaranya:
1. Fuel Nozzle
2. Combustion Liner
3. Transition Piece
4. Igniter gun
5. Flame Detector
b.
Turbin uap berfungsi untuk merubah
energi panas yang terkandung dalam uap
menjadi energi mekanik dalam bentuk
putaran. Uap dengan tekanan dan
temperatur tinggi mengalir melalui
nozzle sehingga kecepatannya naik dan
mengarah
dengan
tepat
untuk
mendorong sudu-sudu turbin yang
dipasang pada poros. Akibatnya poros
turbin bergerak menghasilkan putaran
(energi mekanik.
c. Generator adalah alat untuk mengubah
energi mekanik menjadi energi listrik.
Generator menghasilkan energi listrik
dengan digerakkan atau diputar oleh
suatu penggerak mula (prime mover).
Penggerak mula dari pada Generator
dapat berupa turbin gas (PLTG), turbin
uap Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(PLTU), mesin diesel Pembangkit
Listrik tenaga Diesel (PLTD), dan lainlain.
Sistem Start (Starting System) di dalam
turbin Uap digunakan sebagai penggerak mula,
hal ini diperlukan karena pada saat start kondisi
turbin masih belum mampu menggerakkan
generator dikarenakan belum terjadinya
pembakaran. Starting turbin uap memerlukan
momen yang besar karena berat dari turbin dan
generator sehingga dipasang poros motor yang
di pasang secara seri dengan staring motor.
Mula-mula starting device dioperasikan untuk
menggerakkan turning gear dalam putaran 30
RPM. Pada putaran tertentu, uap hasil
pembakaran
yang
bertekanan,
dapat
menggerakkan turbin. Jika hal itu tercapai, maka
starting device dilepas dari poros turbin dan
generator[3].
Kapasitas daya terpasang sistem merupakan
jumlah “rating name plate” semua unit pada
sistem tenaga. Kapasitas daya terpasang dibuat
melebihi beban puncak sistem, kelebihan ini
disebut kapasitas cadangan. Kapasitas cadangan
dipergunakan untuk mempertahankan keandalan
sistem pada setiap operasi dan untuk mengatasi
beban
yang
besarnya
melebihi
yang
diperkirakan. Kapasitas cadangan yang besar
akan menghasilkan keandalan sistem yang
tinggi[4].
Secara umum keandalan dapat dibedakan
menjadi dua bagian yaitu sisi kualitatif dan sisi
kuantitatif. Dimana perbedaan kedua sisi ini
terletak pada parameter yang diinginkan.
Keandalan kualitatif adalah kemampuan
pembangkit dalam melayani konsumen terhadap
energi yang dibangkitkan dalam periode waktu
tertentu.keandalan kualitatif terdiri dari 2 faktor
yaitu factor ketersediaan dan factor kapasitas .
Faktor ketersediaan adalah perbandingan
antara besarnya daya yang tersedia terhadap
daya yang terpasang dalam sistem.
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑇𝑒𝑟𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎
𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑡𝑒𝑟𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎𝑎𝑛 = 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑔
(1)
Faktor
ketersediaan
menggambarkan
kesiapan operasi unit-unit pembangkit dalam
sistem. Semakin tinggi faktor ketersediaan
(100%) maka semakin baik keandalan unit
pembangkit.
Faktor kapasitas menunjukkan besar sebuah
unit pembangkit tersebut dimanfaatkan. Faktor
kapasitas tahunan (8760 jam) didefinisikan
sebagai:
𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 =
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 1 𝑡ℎ𝑛
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑚𝑎𝑚𝑝𝑢 𝑥 8760 𝑗𝑎𝑚
(2)
Faktor kapasitas adalah faktor kapasitas
tahunan, menggambarkan pemanfaatan energi
unit pembangkit dalam satu tahun dari
kemampuan produksi. Semakin tinggi faktor
kapasitas maka semakin baik keandalan unit
pembangkit[5].
Keandalan kuantitatif merupakan metode
analisa yang dilakukan secara perhitungan
matematis. Metode ini dapat dilakukan melalui
perolehan data perawatan (maintenance record)
terhadap waktu kegagalan (time to failure) dan
waktu perbaikan (time to repair) dari suatu
komponen atau sistem.Keandalan dari suatu
komponen atau sistem adalah probabilitas untuk
tidak mengalami kegagalan atau dapat
melaksanakan fungsinya selama periode waktu
(t) atau lebih.
Pada tahap ini, data-data yang diperoleh
akan diolah secara kuantitatif. Data yang
digunakan adalah data maintenance yang berupa
data kegagalan dan perbaikan komponenkomponen unit PLTU yang bisa didapatkan dari
komputer database. Pengolahan data secara
kuantitatif tersebut menggunakan Software
Weibull++6. Untuk menghitung keandalan suatu
komponen langkah pertama harus mengetahui
model probabilitas kegagalan komponen
tersebut yang dinyatakan dengan distribusi
statistic[6].
Distribusi weibull telah digunakan secara
luas dalam teknik keandalan. Keuntungan dari
distribusi ini adalah bisa digunakan untuk
merepresentasikan banyak PDF serta bisa
digunakan untuk variasi data yang luas.
Karasteristik distribusi weibull adalah:
a. Fungsi
keandalan
distribusi
weibull
ditunjukkan pada Persamaan (3).
𝑅(𝑡) = 𝑒 −𝜆(𝑡𝛾)
(6)
b. Laju kegagalan distribusi eksponensial
ditunjukkan pada Persamaan (7).
𝜆(𝑡) = 𝜆)
(7)
c. Waktu rata-rata kegagalan distribusi
eksponensial ditunjukkan pada Persamaan
(8).
1
𝑀𝑇𝑇𝐹 = 𝛾 + 𝜆
(8)
dimana:
R(t) : Fungsi keandalan terhadap waktu
𝜆(𝑡) : Laju kegagalan terhadap waktu
Sedangkan untuk Persamaan waktu rata-rata
perbaikan untuk beberapa distribusi ditunjukkan
pada Persamaan (9-12) berikut:
a. Distribusi Weibull.
1
𝑀𝑇𝑇𝑅 = 𝛾 + 𝜂 𝛤 (1 + 𝛽)
b. Distribusi Lognormal.
𝑀𝑇𝑇𝑅 = 𝑒𝑥𝑝(𝜇 +
𝜎2
)
2
(3)
b. Laju
kegagalan
distribusi
ditunjukkan pada Persamaan (4).
𝛽 𝑡−𝛾 𝛽−1
]
𝜂
𝜆(𝑡) = 𝜂 [
weibull
(4)
c. Waktu rata-rata kegagalan distribusi weibull
ditunjukkan pada Persamaan (5).
1
𝑀𝑇𝑇𝐹 = 𝛾 + 𝜂 𝛤 (1 + 𝛽)
(5)
Jika distribusi waktu antar kegagalan suatu
sistem mengikuti distribusi eksponensial maka:
a. Fungsi keandalan distribusi eksponensial
ditunjukkan pada Persamaan (6).
(10)
c. Distribusi Normal.
𝑀𝑇𝑇𝑅 = 𝜇
(11)
d. Distribusi Eksponensial.
1
𝑡−𝛾 𝛽
) }
𝜂
𝑅(𝑡) = 𝑒𝑥𝑝 {− (
(9)
𝑀𝑇𝑇𝑅 = 𝛾 + µ
(12)
Ketersediaan
didefenisikan
sebagai
probabilitas bahwa sebuah komponen akan
tersedia saat dibutuhkan (dengan berbagai
kombinasi
aspek-aspek
keandalannya,
kemampuan
perawatan
dan
dukungan
perawatan), atau proporsi dari total waktu bahwa
sebuah komponen tersedia untuk digunakan.
Availability dari sebuah sistem dapat
diekspresikan kedalam Persamaan (13) berikut:
𝑀𝑇𝑇𝐹
𝐴𝑖 = 𝑀𝑇𝑇𝐹+𝑀𝑇𝑇𝑅
(13)
Secara practical, availability A(t) yang berubah
terhadap waktu dapat dihitung menggunakan
Persamaan (14).
𝜆
)−
𝜆+𝜇
(
𝐴(𝑡) = 1 − [
𝜆
((𝜆+𝜇) 𝑒𝑥𝑝(−(𝜆𝜇)𝑡))
]
(14)
Adapun gambar pengolahan data pada
software weibull++6 dapat ditunjukan oleh
gambar 3.
dimana:
MTTF : Mean Time To Failure
MTTR : Mean Time To Repair
3. Metode Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada PLTU sektor
pembangkitan belawan pada tanggal 02 Agustus
2013 di belawan pulau sicanang. Penelitian
dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan cara
kualitatif dan kuantitatif, dimana secara
kualitatif di hitung menggunakan data energi
yang dihasilkan dengan daya yang tersedia.
Sedangkan secara kuantitatif dilakukan sesuai
alur penelitian pada gambar 2.
Gambar 3 Tampilan hasil software weibul++
4. Hasil Perhitungan dan Analisis
Adapun perhitungan dan analisa data
sebagai berikut :
1. Keandalan dari sisi kualitas :
Faktor kapasitas =
1026452 MWh
65 MW x 8760 jam
x 100%
= 71, 44 %
Faktor ketersediaan (U2)=
45 MW
65 MW
x 100 %
= 69,23 %
Gambar 2 Diagram alur keandalan kuantitas
Adapun peralatan yang digunakan dalam
memperoleh data adalah laptop, kalkulator
Buku petunjuk waktu kegagalan dan buku
petunjuk PLN, Software Weibull++ dan
Mic.Excel.
Dari perhitungan data diatas terlihat bahwa
untuk nilai keandalan pembangkit berdasarkan
nilai kapasitas faktornya didapat nilai sebesar
71,44%. Ini menandakan keandalan PLTU
masih dalam kondisi baik,dikarenakan standart
untuk faktor kapasitas PLTU PLN yaitu sekitar
60 – 80%[5], sedangkan faktor ketersediaannya
yaitu sebesar 69,23 % .
2. Keandalan sisi kuantitas
Berikut adalah grafik salah satu hasil analisa
pada komponen PLTU yang diperoleh dari
Persamaan (12).
9
10
11
12
13
valve
Presure
gauge
Thermo 1
Thermo 2
Igniter gun
FD fan
3.65E-44 0.9460407
0.05772
0.00025
5.04E-16
0.00444
0.9999106
0.9988486
0.9930927
0.9999587
Hasil pada Table 2 diatas untuk nilai
keandalan tertinggi dalam pengoperasian selama
3 tahun terakhir ( 26304 jam ) pada alat bantu
komponen utama PLTU adalah i/o module level
sebesar 0.33398, sedangkan keandalan terendah
terdapat pada komponen pressure gauge sebessar
3.65E-44 mendekati nilai 0%. Sehingga perlu
dilakukan penanganan khusus berupa perawatan
ataupun juga pergantian alat yang baru. Untuk
nilai ketersediaan terbaik terapat pada komponen
FD fan sebesar 0.9999587, hampir mendekati
100%.
3. Evaluasi
keandalan
kuantitatif
dengan Preventive maintenance
Grafik 5 dan 6 menjelaskan keandalan dan
ketersediaan
setiap
komponen-komponen
pendukung unit PLTU yang memiliki nilai
keandalan dan ketersedian yang berbeda. Ini
bisa dilihat dari grafik-grafik tersebut, bahwa
nilai keandalan setiap komponen semakin lama
akan semakin menurun hingga waktu
operasional tertentu mencapai nilai 0 %. Untuk
nilai ketersediaan setiap komponennya semakin
lama akan semakin naik, hal itu dikarenakan
komponen lebih siap untuk digunakan.
Sebaliknya komponen lain memilik nilai
ketersediaan semakin menurun, hal ini perlu
dilakukan perawatan lebih untuk komponen ini
agar tingkat ketersediaan menjadi baik.
Tabel 2. Hasil Analisis Keseluruhan Komponen
No
1
2
3
4
5
6
7
8
Komponen
Turning
Exiter
Control CP
Trans
vibrasi
Card DS200
i/o modul
level
Kondensat
pump
Solenoid
R (t)
A(i)
0.07117 0.9999045
0.08488 0.9997026
0.08660 0.9999107
1.08E-15 0.9918564
1.55E-06 0.9982296
0.33398 0.9999782
1.21E-05 0.9985314
1.44E-21 0.9737826
Evaluasi keandalan dengan preventive
maintenance reliability berupa perbandingan
nilai keandalan komponen sebelum dilakukan
preventive maintenance dengan nilai keandalan
setelah dilakukan preventive maintenance,
dengan acuan nilai keandalan sebesar 80% atau
0,80. Nilai acuan tersebut berdasarkan
rekomendasi Reliability Standard Power Plant.
Hasil dari perbandingan nilai tersebut dapat di
plot dalam sebuah grafik hubungan antara nilai
keandalan dengan waktu operasional[1].
Tabel 3 Preventive Maintenance yang tepat
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Komponen
Exciter
Turning device
Control card processor
Transducer vibrasi
Card ds200
i/o module
Kondensat pump
Solenoid valve
Preasure gauge
Termokopel 1
Termokopel 2
Igniter gun
FD fan
t (jam)
4000
3250
4750
2500
2500
3500
250
2500
3500
250
4500
2750
2750
[6]. Gunawan Eko Prasetyo, “STUDI,TENTANG
Pada tabel 3 menunjukkan jadwal perawatan
agar komponen dapat terjaga kehandalannya.
terlihat bahwa komponen yang harus ditangani
untuk perawatan pencegahan yaitu komponen
kondensat pump dan termoopel 1.
5. Kesimpulan
Adapun hasil pembahasan dari penelitian ini
adalah:
1. Dari hasil perhitungan didapat nilai
keandalan PLTU Unit 2 ditinjau dari
kapasitas faktor yaitu sebesar 70,52 %
ini menunjukkan bahwasanya PLTU
unit 2 Belawan masih sangat baik untuk
memproduksi listrik . Karena standard
faktor kapasitas PLTU PT.PLN selama
1 tahun umumnya kisaran 60 – 80 %.
2. Komponen dengan nilai Keandalan
terendah selama 26304 jam adalah
Pressure gauge sebesar 3.64663E-44
(hampir mendekati 0%)
sehingga
diharuskan pergantian komponen yang
baru.
3. Dari perhitungan didapat komponen
dengan nilai ketersediaan terbaik adalah
Modul i/o level sebesar 99.99782 % ,
dan terburuk adalah pressure gauge
sebesar 94,60 %
4. Komponen yang paling cepat untuk
dilakukan perawatan pencegahan yaitu
komponen kondensat pump dan
termokopel 1 yang beroperasi selama
250 jam.
6. Referensi
[1]. Habibiansyah,rhivki,“StudiReliability,Availa
bility dan Maintainability Pembangkit
Listrik Tenaga Gas Payo Silincah
Jambi”,Tugas akhir,USU,Medan,
2012.
[2]. Anonim, “Kerja Praktek
Lapangan”.USU,Medan, 2012.
[3].Djiteng Marsudi, Ir,”Pembangkitan Energi
Listrik”, Penerbit Erlangga, Jakarta, 2005.
[4]. Djiteng Marsudi, Ir, “Operasi SistemTenaga
Listrik”, GRAHA ILMU,Yogyakarta.2006.
[5]. Gunawan Eko Prasetyo, “STUDI,TENTANG
INDEKS KEANDALAN PEMBANGKIT
TENAGA LISTRIK WILAYAH JAWA
TENGAH DAN DAERAH ISTIMEWA
YOGYAKARTA”, Tugas Akhir, Undip,
Semarang, 2007 .
INDEKS KEANDALAN PEMBANGKIT
TENAGA LISTRIK WILAYAH JAWA
TENGAH DAN DAERAH ISTIMEWA
YOGYAKARTA”, Tugas Akhir, Undip,
Semarang, 2007 .