Jabarkan Deskripsi dari Pembangkit listrik tenaga gas dan uap

Berbicara tentang prinsip kerja PLTGU sama halnya dengan membahas siklus dasar turbin gas yang disebut siklus Brayton, yang pertama kali diajukan pada tahun 1870 oleh George Brayton seorang insinyur dari Boston. Sekarang siklus Brayton digunakan hanya pada turbin gas, yang merupakan cikal bakal dari PLTGU dengan proses kompresi dan ekspansi terjadi pada alat permesinan yang berputar. John Barber telah mematenkan dasar turbin gas pada tahun 1791. Dua penggunaan utama mesin turbin gas adalah pendorong pesawat terbang dan pembangkit tenaga listrik.

Turbin gas digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang berdiri sendiri (simple cycle) atau dengan turbin uap (combined cycle) pada sisi suhu tingginya. Turbin uap (combined cycle) memanfaatkan gas buang turbin gas sebagai sumber panasnya. Turbin uap dianggap sebagai mesin pembakaran luar (external combustion), di mana pembakaran terjadi di luar mesin. Energi termal diubah ke uap sebagai panas.

Turbin gas pertama kali berhasil dioperasikan pada pameran nasional Swiss (Swiss National Exhibition) tahun 1939 di Zurich. Turbin gas yang dibangun antara tahun 1940-an hingga tahun 1950-an efisiensinya hanya sekitar 17 persen, hal ini disebabkan oleh rendahnya efisiensi kompresor dan turbin dan suhu masuk turbin yang rendah karena keterbatasan teknologi metalurgi pada saat itu. Turbin gas terpadu dengan turbin uap (combined cycle) yang pertama kali dipasang pada tahun 1949 di Oklahoma oleh General Electric menghasilkan daya 3,5 MW.

Sebelum ini, pembangkit daya ukuran besar berbahan bakar batu bara ataupun bertenaga nuklir telah mendominasi pembangkitan tenaga listrik. Tetapi sekarang, turbin gas berbahan bakar gas alam yang telah mendominasinya karena kemampuan start (black start) yang cepat, efisiensi yang tinggi, biaya awal yang lebih rendah, waktu pemasangan yang lebih cepat, karakter gas buang yang lebih baik dan banyaknya persediaan gas alam. Biaya pembangunan pembangkit tenaga turbin gas kira-kira setengah kali biaya pembangunan pembangkit tenaga turbin uap berbahan bakar fosil yang merupakan pembangkit tenaga utama hingga awal tahun 1980-an. Lebih dari separuh dari seluruh pembangkit daya yang akan dipasang dimasa akan datang diperkirakan akan merupakan pembangkit daya turbin gas ataupun dikombinasikan dengan turbin uap (combined cycle).

Di awal tahun 1990-an, General Electric telah memasarkan turbin gas dengan ciri perbandingan tekanan (pressure ratio) 13,5 menghasilkan daya net 135,7 MW dengan efisiensi termal 33 persen pada operasi sendiri (simple cycle operation). Turbin gas terbaru yang dibuat General Electric bersuhu masuk 1425 OC (2600 OF) menghasilkan daya hingga 282 MW dengan efisiensi termal mencapai 39,5 persen pada operasi sendiri (simple cycle operation).

Bahan bakar minyak ringan seperti minyak diesel, minyak tanah, minyak mesin jet, dan bahan bakar gas yang bersih (seperti gas alam) paling cocok untuk turbin gas. Bagaimanapun, bahan bakar tersebut di atas akan menjadi lebih mahal dan pasti akan habis. Oleh karena itu, pemikiran ke masa depan harus dilakukan untuk menggunakan bahan bakar alternatif lain.

Biasanya turbin gas beroperasi pada siklus terbuka. Udara yang segar mengalir ke kompresor, suhu dan tekanannya dinaikkan. Udara bertekanan terus mengalir ke ruang pembakaran, di mana bahan bakar dibakar pada tekanan tetap.

Gas panas yang dihasilkan masuk ke turbin, kemudian berekspansi ke tekanan udara luar melalui berbaris sudut nosel. Ekspansi ini menyebabkan sudu turbin berputar, yang kemudian memutar poros rotor berkumparan magnet, sehingga menghasilkan tegangan listrik dikumparan stator generator. Gas buang (exhaust gases) yang meninggalkan turbin siklus terbuka tidak digunakan kembali.

Proses yang terjadi pada PLTG

Pertama, turbin gas berfungsi menghasilkan energi mekanik untuk memutar kompresor dan rotor generator yang terpasang satu poros, tetapi pada saat start-up fungsi ini terlebih dahulu dijalankan oleh penggerak mula (prime mover).

Penggerak mula ini dapat berupa diesel, motor listrik atau generator turbin gas itu sendiri yang menjadi motor melalui mekanisme Static frequency Converter (SFC). Setelah kompresor berputar secara berkelanjutan, maka udara luar dapat terhisap hingga dihasilkan udara bertekanan pada sisi discharge (tekan) kemudian masuk ke ruang bakar.

Kedua, proses selanjutnya pada ruang bakar, jika start-up menggunakan bahan bakar cair  maka terjadi proses pengkabutan (atomizing) setelah itu terjadi proses pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang kemudian dihasilkan api dan gas panas bertekanan. Gas panas tersebut dialirkan ke turbin sehingga turbin dapat menghasilkan tenaga mekanik berupa putaran. Selanjutnya gas panas dibuang ke atmosfer dengan temperatur yang masih tinggi.

Salah satu kelemahan mesin turbin gas (PLTG) adalah efisiensi termalnya yang rendah. Rendahnya efisiensi turbin gas disebabkan karena banyaknya pembuangan panas pada gas buang. Dalam usaha untuk menaikkan efisiensi termal tersebut, maka telah dilakukan berbagai upaya sehingga menghasilkan mesin siklus kombinasi seperti yang dapat kita jumpai saat ini.