Abstrak — Salah  satu cara meningkatkan efisiensi sebuah  pembangkit  listrik  tenaga  listrik menambahkan feedwater  heater yang  berjenis  High  Pressure  Heater (HPH). HPH  berfungsi  meningkatkan temperatur  air  yang  akan dipanaskan  di  dalam boiler,  sehingga pemasukkan  bahan bakar  lebih  sedikit dibandingkan tanpa  HPH. Namun  dalam kondisi aktual,  HPH  sering menghadapi masalah sehingga dilakukan perbaikan yang  mengharuskan  HPH  off  service. Diperlukan studi lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh off service HPH    terhadap performa pembangkit.  Penilitian ini memvariasikan off  service  HPH  menggunakan  analisa termodinamika  dengan  bantuan  software  Gatecycle. Semua perhitungan  menggunakan  parameter  input  tekanan  dan temperature uap yang  sama pada  boiler dengan memvariasikan jumlah laju bahan bakar. Berdasarkan Piping and  Instrumentation  Diagram (PID)  dan  data  properties dari PT.  PJB  Gresik,  permodelan  dilakukan di  dalam Gate cycle sehingga dapat dilakukan pemvariasian sebanyak tujuh variasi off  service HPH. Hasil penelitian  yang  didapatkan adalah pengaruh  komposisi off  service HPH  terhadap pembangkit berupa efisiensi  boiler,  daya pembangkit,  heat  rate, dan efisiensi  pembangkit. Semakin  banyak  jumlah  HPH  dalam kondisi  off  service,  semakin  tinggi  efisiensi  boiler,  namun semakin  rendah  efisiensi  pembangkit.  HPH  yang  paling berdampak buruk terhadap efisiensi pembangkit ketika dalam kondisi off service adalah HPH  kedua.
Kata  Kunci—Gatecycle,  High  Pressure  Heater,  off  service, performa pembangkit.

## I. PENDAHULUAN
IKLUS  rankine merupakan  siklus  ideal  untuk menjelaskan proses pembangkit listrik tenaga uap.Sebuah  pembangkit  listrik  tenaga uap (PLTU) terdiri dari  beberapa  komponen  yang  mempunyai  masing-masing fungsi. Feedwater  heater berguna  untuk  menaikkan temperatur  air  yang  akan  di  panaskan  di  dalam boiler , sehingga konsumsi bahan bakar yang digunakan berkurang. Sumber energi feedwater  heater berasal dari  hasil ekstraksi turbin  uap,  dimana  pengekstarksiannnya  dapat  menurunkan daya yang dihasilkan oleh turbin.
Sebuah  PLTU dapat  ditambahkan  beberapa feedwater heater .  Namun,  dalam  kondisi  aktual feedwater  heater sering  menghadapi  masalah  sehingga  harus dilakukan perbaikan,  yang  mengharuskan feedwater  heater dalam kondisi off  service .  Dalam  hal  ini  diperlukan  studi  lebih lanjut  untuk  mengetahui  pengaruh off  service  feedwater heater terhadap performa pembangkit.
Salah  satu  produsen  listrik  yang  menggunakan  jenis pembangkit listrik tenaga uap adalah PT PJB Gresik. Di PT PJB Gresik sebenarnya terdapat tiga jenis pembangkit listrik yaitu PLTGU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap Uap), PLTU
(Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap),  dan  PLTG  (Pembangkit Listrik  Tenaga  Uap).Pada  tuuap akhir  ini  yang  ditinjau adalah  pada  bagian  PLTU  khususnya  unit  pembangkit  tiga pada PT PJB Gresik.Pada unit pembangkit tiga, berdasarkan tekanan operasinya terdapat dua jenis feedwater heater yaitu High Pressure Heater dan low pressure heater .
Efisiensi  pembangkit  dapat  ditingkatkan  dengan menambahkan economizer pada  boiler,  selain itu  dapat dilakukan penambahan feedwater heater untuk meningkatkan  temperatur  air yang  akan  dipanaskan  pada boiler .Sumber energi untuk  pemanasan feedwater  heater berasal dari ekstraksi turbin uap.Analisa dalam penilitian ini bermaksud  mengetahui pengaruh off  servicefeedwater heater bagian High  Pressure  Heater pada  pembangkit tenaga  uap  terhadap  performa  pembangkit  secara keseluruhan.
Penelitian  terkait  tentang  pengaruh  ekstraksi  turbin  uap pernah dilakukan oleh Yong Li dan Chao Wang (2012) [1]. Hasil penelitiannya menujukkan bahwa proses ekstraksi turbin uap  mengurangi effisiensi dari boiler,  yaitu semakin  besar  ekstraksi  berarti  semakin  besar  penurunan effisiensi  boiler,  namun  penurunan  effisiensi  boiler  tidak selalu  berbanding  lurus  dengan  effisiensi  pembangkit  dan daya  pembangkit  yang  dihasilkan.  Hal  ini  dapat  terjadi ketika  ekstraksi  turbin  uap  dilakukan  dengan  dan  untuk tujuan  yang  tepat  seperti  menjadi  sumber  energi  untuk feedwater heaters
Sedangkan pada penelitian  yang lain, oleh Dendi Junaidi dkk  [2]  melakukan  penambahan  FWH  untuk  sebuah pembangkit  listrik  tenaga  nuklir.  Hasil  penelitiannya menyebutkan  bahwa  penambahan  FWH  pada  sebuah pembangkit dapat meningkatkan effesiensi pembangkit, namun penambahan FWH lebih dari tujuh buah pada  pembangkit  tidak  akan  memberikan  peningkatan effesiensi  yang  signifikan,  dan  cenderung  bisa  mengurangi effesiensi dari pembangkit itu sendiri.
M. M. Rashidi, A. Aghagoli, dan M. Ali [3] dalam jurnal penelitian  yang  berjudul  “ Thermodynamic  Analysis  of  a Steam  Power  Plant  with  Double  Reheat  and  Feed  Water Heaters ”  menyimpulkan  bahwa  ketika  tekanan  HP  turbin meningkat, entalpi keluaran turbin menurun dan beban kalor kondenser  menurun  karena  entalpi  inlet  dan  outlet  pada kondenser  konstan  dan  laju  aliran  massa  menurun.  Daya turbin  dan  kalor  boiler  awalnya  meningkat  sampai maksimum dan kemudian menurun karena tekanan inlet HP turbin  meningkat.  Hal  tersebut  dapat  diperhatikan  bahwa penurunan  entalpi  lewat  turbin  dan  laju  aliran  massa ekstraksi  meningkat  seiring  tekanan  inlet  HP  turbin meningkat,  sehingga  daya  keluaran  turbin  meningkat.

## Simulasi Gatecycle Pengaruh Off Service High Pressure Heater terhadap Performa Pembangkit Listrik Tenaga Uap 200 MW PT. PJB Gresik
Akbar Kurnia dan Prabowo
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : prabowo@me.its.ac.id
S
Namun,  akibat  perubahan  gradien  garis  uap  jenuh,  daya turbin  menurun  dan  hal  tersebut  menjelaskan  perilaku dari efisiensi  termal  yang  mana  meningkat  dan  kemudian menurun  seiring  peningkatan  tekanan  ekstraksi  turbin.  Di dalam jumlah tertentu aliran massa ekstraksi dari turbin HP ke HPH  akan menaikkan nilai  efisiensi pembangkit  sampai optimal  namun  akan  semakin  turun  karena  bila  terlalu banyak  yang  diekstraksi  justru  mengurangi  peforma  dari turbin  tersebut  karena  fungsi  awal  dari  uap  yang  untuk memutar  turbin  tidak  tercapai  optimal  sehingga  efisiensi secara keseluruhan akan menurun.

## II. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini,  untuk  mengetahui  pengaruh komposisi off  service HPH  terhadap  performa  pembangkit,
analisa
dilakukan menggunakan analisa termodinamika dan simulasi Gatecycle .
Tahap  pertama  adalah  mendapatkan  data  teknis pembangkit  listrik  tenaga  uap  dan Piping  and Instrumentation  Diagram 200MW  PT.  PJB  Gresik  seperti gambar 1.
Gambar 1. PID Pembangkit Listrik Tenaga Listrik 200MW PT PJB Gresik
Tahap  kedua  dilakukan  pemodelan  kedalam Gatecycle berdasarkan  data properties dan  PID  yang  kita dapatkan. Gatecycle adalah sebuah software untuk membantu perhitungan desain sebuah PLTU. Gatecycle dapat melakukan  analisa  termodinamika  pada  berbagai  macam jenis  PLTU.Perhitungan  yang  dilakukan Gatecycle dengan asumsi  kondisi  operasi  dalam  keadaan  tunak.Efek  energi kinetik dan potensial diabaikan dalam perhitungan software ini.
Menjalankan Gatecycle dibutuhkan  data  operasi  dari sebuah  PLTU,  dalam  tugas  akhir  ini  yang  dipakai  adalah data  operasi  PLTU  PT.  PJB  Gresik  Unit  Pembangkit  3. Input data yang dibutuhkan dalam pemodelan sebuah PLTU adalah :
 Laju aliran bahan bakar (kg/s)
 Karakteristik bahan bakar
 Spesifikasi masing-masing peralatan
 Piping and Instrumentation Diagram PLTU Pada  penelitian  ini  dilakukan  analisa  pengaruh off service HPH dengan menjaga laju aliran massa keluar boiler tetap,  dengan  memvariasikan  laju  aliran  bahan  bakar  pada boiler. Pemodelan PLTU dilakukan seperti pada gambar 2.
Gambar 2. Pemodelan pada Gatecycle Pembangkit PT. PJB Gresik Unit 3
Pada  gambar  2 adalah proses  membangun  pembangkit pada Gatecycle diawali dengan memasukkan data yang kita peroleh dari desain asli pembangkit. Secara  berurutan, data parameter  yang  kita  masukkan  diawali  dari  komponen boiler,  turbin, feedwater  heater , deaerator , condenser ,  dan economizer.
Setelah  pemodelan,  selanjutnya  dilakukan  perhitungan manual  performa  dari  PLTU  dengan  acuan  data  yang didapatkan  dari software  Gatecycle .Perhitungan  dilakukan dengan  beberapa  langkah, langkah  pertama  adalah  mencari daya  gross.Daya  gross  adalah  daya  hasil  keluaran  turbin, pada  PLTU  ini  terdapat  tiga  turbin,  yaitu  turbin high pressure,  low  pressure dan intermediate  pressure. Perhitungan dilakukan seperti dibawah ini.
= + + (1) = ṁ ℎ − ℎ + (ṁ − ṁ )(ℎ − ℎ ) (2) = ṁ ℎ − ℎ + (ṁ − ṁ )(ℎ − ℎ ) (3) = ṁ ℎ − ℎ + (ṁ − ṁ ) ℎ − ℎ + (ṁ − ṁ − ṁ ) ℎ − ℎ + (ṁ − ṁ − ṁ − ṁ ) ℎ − ℎ + (ṁ − ṁ − ṁ − ṁ − ṁ ) ℎ − ℎ (4)
Selanjutnya  setelah  menghitung  daya  gross,  dilakukan perhitungan heat  rate.Heat  rate adalah  perbandingan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan pembangkit dibanding jumlah  daya  yang  dihasilkan  pembangkit,  dimana pembangkit  dikatakan  baik ketika heat  rate mempunyai nilai  rendah.  Perhitungan heat  rate dilakukan  seperti dibawah ini:
ℎ = ṁ (5)
Setelah  melakukan  perhitungan heat  rate selanjutnya dilakukan perhitungan efisiensi pembangkit.Sebaliknya dari heat  rate ,  pembangkit  dikatakan  baik  apabila  memiliki efisiensi  pembangkit  yang  tinggi.  Perhitungan  efisiensi pembangkit dilakukan seperti di bawah ini:
= ṁ (6)
Setelah  perhitungan  efisiensi  pembangkit  dilakukan, selanjutnya  melakukan  perhitungan  efisiensi  boiler. Efisiensi boiler dapat dilakukan seperti dibawah ini:
= ) . m ( )] .( m [ )] . (m ) .( [m 1 2 gas gas rh rh rh ssw ssw fd st st LHV h h h h h         (7)
Setelah perhitungan dilakukan dengan data pada kondisi actual,  langkah  berikutnya  adadah  pemvariasian  dengan tujuh  variasi.PLTU  PT PJB Unit  Pembangkit  3 menggunakan tiga buahHPH dengan kondisi atual tiga buah HPHdalam  kondisi  aktif.Kemudian  dilakukan  simulasi  di Gatecycle mengenai  pengaruh off  service HPH . Berikut adalah variasi dari tugas akhir yang akan dilaksanakan.
Tabel 1. Variasi yang Dilakukan pada Penelitian Variasi Kondisi Variasi 1 HPH1 off service, HPH2, HPH3 on service
Variasi 2
HPH1, HPH3 on service, HPH2 off service Variasi 3 HPH1, HPH2 on service , HPH3 off service Variasi 4 HPH1,HPH2 off service , HPH3 on service Variasi 5 HPH1, HPH3 off service , HPH 2 on service Variasi 6 HPH2, HPH3 off service , HPH1 on service Variasi 7 HPH1, HPH2, HPH3 off service

## III. HASIL DAN DISKUSI
Setelah dilakukan simulasi Gatecycle beserta perhitungan termodinamika,  didapatkan  hasil  perbedaan  performa setelah  dilakuka  pemvariasian off  service HPH  pada PLTU PT. PJB Gresik.
Gambar 3. Pengaruh variasi off service hph terhadap power
Pada gambar3 tersebut  dapat  dilihat  bahwa  tren  grafik diawali  dengan  kondisi  aktual  pada  PLTU  PT  PJB  Gresik Unit 3 adalah  dengan daya keluaran terendah dibandingkan dari  semua  variasi.Kondisi  aktual  daya  yang  dihasilkan adalah  200,016  MW.Variasi  pertama dengan  HPH 1dalam kondisi off  service, didapatkan  daya  sebesar  213,  49 MW.Hal  ini  terjadi  karena  dayauntuk  memutar  turbin berkurang setelah ditambahnya ekstraksi padaHPH1 . Pada  kondisi  variasi  pertama  kondisi  HPH1 dalam kondisi off  service ,  terjadi  peningkatan  daya  sebesar 213,49MW. Terjadi  peningkatan  daya  dari  kondisi  aktual yang  sangat  signifikan.Ketika  pada  turbin  diberikan ekstraksi menuju HPH pertama, entalpi terdistribusi menuju ekstraksi  tersebut.Sehingga  ketika  HPH1 dalam  kondisi off
service entalpi  yang  seharusnya  menuju  HPH,  dapat diteruskan  untuk  memutar  sudu  sudu  turbin  untuk menghasilkan daya yang lebih besar pada generator.
Jika  dibandingkan  dengan  kondisi  pada  variasi  pertama, variasi kedua memilik daya lebih kecil sebesar 211,64 MW. Dimana  variasi  kedua adalah  HPH 2dalam  kondisi off service.Jika  dilihat  pada  ekstraksi  kedua  terletak  setelah turbin high  pressure .  Nilai  entalpi  yang  terekstraksi  lebih kecil dibanding ketika dilakukan ekstraksi pada titik a yaitu sebesar 3007,44 (kJ/kg). Jadi pengaruh variasi kedua ketika HPH2 dalam  kondisi off  service, perubahan  daya  tidak sebesar  ketika  pada  kondisi  variasi  1.Hal  ini  karena  nilai ekstraksi  pada  variasi  kedua memiliki  nilai  entalpi  yang tidak begitu besar.
Ekstraksi  untuk  HPH 3 terjadi  pada  turbin  IP,  dimana nilai  entalpi  tidak  sebesar  ketika  pada  turbin  HP  yaitu sebesar 3300,32(kJ/kg), hal ini mengakibatkan ketika variasi ketiga,  dimana  dengan  kondisi  HPH3 dalam  kondisi off service dilakukan  peningkatan  daya  dari  kondisi  aktual ketika dibanding dengan variasi pertama tidak begitu besar.
Pada variasi keempat, kelima dan keenam kenaikan daya dibanding  kondisi  aktual  sangat  berbeda,  jauh  lebih  tinggi pada kondisi variasi ini.Hal ini dikarenakan pada variasi ini ada  dua  buah  HPHyang  dalam  kondisi off  service .  Hal  ini akan  meningkatkan  daya  yang  sangat  besar.  Begitu  juga pada  kondisi  variasi  ketujuh,  dimana  tiga  buah  HPHdalam kondisi off  service .  Terjadi  kenaikan  daya  yang  begitu segnifikan.
Gambar 4. Pengaruh variasi off service hph terhadap efsiensi boiler
Pada  variasi  pertama ketika  HPH1 dalam  kondisi off service, terjadi  peningkatan  efisiensi  boiler  dibandingkan dengan  kondisi  aktual  menjadi  sebesar  92,23  %.  Terjadi peningkatan  efisiensi  boiler  pada  kondisivariasi  1,  hal  ini terjadi karena nilai entalpi dan laju aliran massa pada fluida kerja  yang  kan  masuk  boiler  terjadi  penurunan,  namun terjadi  kenaikan  pada  laju  aliran  massa  fluida  yang  akan memasuki reheater  serta terjadi kenaikan  jumlah laju aliran bahan  bakar  pada  boiler.  Hal  ini  membuat  terjadi  kenaikan nilai efisiensi boiler.
Pada  variasi  kedua ketika  HPH  2 dalam  kondisi off service ,  terjadi  peningkatan  efisiensi  boiler  dibandingkan dengan  kondisi  aktual  menjadi  sebesar  92,17%.  Jika dibandingkan  dengan  variasi  pertama,  efisiensi  boiler  pada saat  variasi  kedua lebih  rendah.Begitu  juga  pada  variasi ketiga ketika HPH3 dalam kondisi off service.
Hal  ini  mempengaruhi  variasi  keempat,  kelima  dan keenam.  Pada  ketiga  variasi  ini  dapat  dilihat  peningkatan efisiensi  boiler  dibandingkan  dengan  kondisi  aktual  ada kenaikan yang begitu tinggi, ini dikarenakan pada variasi ini
terdapat  dua  buah  HPH dalam  kondisi off  service. Begitu juga  pada  saat  variasi  ketujuh dilakukan,  boiler  memiliki efisiensi  tertinggi  karena  tidak  ada  HPHdalam  kondisi on service.
Gambar  4,  grafik  menunjukkan  bahwa  semakin  banyak jumlah  HPHmaka  semakin  rendah  efisiensi  boiler.  Hal  ini dikarenakan  pengaruh  jumlah  HPHterhadap  jumlah  laju aliran massa yang menuju reheater. Semakin banyak jumlah HPH dalam kondisi off service, maka semakin besar jumlah laju aliran massa pada reheateryang berdampak peningkatan efisiensi boiler
Gambar 5. Pengaruh variasi off service hph terhadap efisiensi pembangkit
Berdasarkan  gambar  5,  tren  grafik  dari  kondisi  aktual mengalami  penuruan  hingga  pada  variasi  pertama dan variasi kedua. Hal ini terjadi karena adanya kenaikan jumlah bahan  bakar  untuk  menjaga  nilai main  steam yang  sama ketika  variasi  pertama dan  kedua dilakukan.  Meski  dengan menambahkan  bahan  bakar  untuk  mendapatkan  nilai main steam yang  konstan,  dapat  meningkatkan  daya  yang dihasilkan,  itu  tidak  berarti  selalu  terjadi  profit.Karena ketika  pada  variasi  pertama  dan  kedua jumlah  bahan  bakar yang  ditambahkan  lebih  besar  dari  peningkatan  daya  yang dihasilkan,  yang  mengakibatkan  penurunan  efisiensi  pada pembangkit  sehingga  terjadi  kerugian  yang  menyebabkan terjadinya penurunan efisiensi pembangkit.
Di  grafik  nilai  efisiensi  variasi  ketiga dimana  HPH 3 dalam  kondisi off  service terjadi peningkatan  efisiensi dibanding  dengan  pada  variasi  kedua ketika  HPH2  dalam kondisi off  service. Hal  ini  terjadi  karena  ketika  variasi ketiga dilakukan jumlah perbandingan daya yang dihasilkan dengan  jumlah  pemasukan  bahan  bakar  lebih  lebih  tinggi dibandingkan ketika variasi kedua dilakukan.
Pada  variasi  selanjutnya,  variasi  keempat,  kelima,  dan keenam  terjadi  penurunan  efisiensi  yang  semakin buruk.Karena  pada  variasi  ini  ada  dua  buah  HPH dalam kondisi off  service. Begitu  pula  pada  variasi  ketujuh ketika semua  HPHdalam  kondisi off  service. Terjadi  penurunan efisiensi boiler yang sangat signifikan dibandingkan dengan kondisi  aktual.Dapat  disimpulkan  dari  tren  grafik  yang  ada bahwa  semakin  banyak  jumlah  HPHdalam  kodisi off service, maka semakin buruk efisiensi pembangkit.

## IV. KESIMPULAN
Setelah dilakukan  pembahan  mengenai  keseluruhan hasil simulasi dan perhitungan terhadap pengaruh off service High Pressure  Heater terhadap  performa  pembangkit  PLTU  PT. PJB Gresik Unit 3 maka dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Semakin  banyak  jumlah High  Pressure  Heater dalam kondisi off  service akan  menurunkan  efisiensi
pembangkit,  namun  akan  meningkatkan  efisiensi boiler.
2. Dari  ketiga  buah High  Pressure  Heater ,  yang  paling memberikan  penurunan  terbesar performa  pembangkit ketika dalam kondisi off service adalah High Pressure Heater kedua .

## V. UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Eng. Ir. Prabowo, M.Eng selaku dosen yang selalu membimbing, memberi  motivasi  dan  banyak  masukan  yang  baik  hingga terselesaikannya  artikel  ilmiah  ini.  Bapak  Dr.  Ir.  Budi Utomo  Kukuh  Widodo,  ME.yang  telah  menjadi  reviewer artikel  ilmiah  ini  hingga  selesai  dan  semua  pihak  yang karena  bantuannya  baik  secara  langsung  maupun  tidak langsung  membantu  penulis  menyelesaikan  artikel  ilmiah ini.

## VI. DAFTAR PUSTAKA
[1] Li,  Yong  &  Wang  Chao.  Study  on  The  Effect  of Regenerative  System  on  Power  Type  Relative  Internal Efficiency  of  Nuclear  Steam  Turbine.  2012  International Conference  on  Future  Electrical  Power  an  Energy  Systems, Energy Procedia 17 (2012) 906-912:2012.
[2] DendiJunaidi,  I  Made  Suardjaja,  Tri  AgungRohmat. Kesetimbangan Massa  danKalor  Serta  Efisiensi Pembangkit Listrik  Tenaga  Uap  pada  Berbagai  Perubahan  Bebandingan Menvariasikan  Jumlah  Feedwater  Heater.  Seminar  Nasional VI SDM Teknologi Nuklir Yogyakarta ; 2010
[3] M.  M.  Rashidi,  A.  Aghagoli,  M.  Ali.  Thermodynamic Analysis  of  a  Steam  Power  Plant  with  Double  Reheat  and Feed Water Heaters.Creative Commons Attribution License ; 2014