Siklus Rankine Pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Turbin uap digunakan sebagai penggerak utama di pembangkit listrik termal untuk pemanfaatan listrik dan pengguna industri, atau sebagai penggerak mekanis skala besar untuk berbagai industri. Siklus carnot adalah siklus yang paling efisien, tetapi tidak cocok untuk ditangani sebagai siklus standar karena siklus Carnot termasuk bagian yang cukup sulit untuk diaktualisasikan karena perubahan keadaan uap yang sebenarnya siklus dan berbagai siklus panas.
Teori Siklus Rankine
Siklus rankine adalah siklus yang paling mendasar pada pembangkit listrik tenaga uap. Untuk memulai siklus, kerja mekanis diambil dengan ekspansi adiabatik dari uap dalam turbin uap. Uap buangan menjadi cair melalui kondensasi jenuh dengan pendingin di kondensor. Air yang terkondensasi diberi tekanan hingga tekanan boiler oleh pompa air umpan boiler. Air umpan boiler kemudian diubah menjadi uap super panas saat melewati economizer, evaporator, dan superheater dalam siklus boiler.
Kondisi fluida dan energi input dan output pada setiap bagian dari Siklus Rankine ditunjukkan pada grafik T-s dan grafik h-s, di mana T adalah suhu mutlak, h adalah entalpi, dan s adalah entropi. Urutan berikut menunjukkan kondisi fluida di setiap titik:
1: Uap superheated di outlet superheater boiler (saluran masuk turbin uap).
1-2: Ekspansi adiabatik di turbin uap (kondisi ideal) dari turbin saluran masuk ke saluran keluar turbin (saluran masuk kondensor).
2: Uap basah di saluran keluar turbin uap (saluran masuk kondensor).
2-3: Proses kondensasi di kondensor.
3: Outlet kondensor (inlet pompa umpan boiler).
3-4: Proses kenaikan tekanan adiabatik ke tekanan boiler di pompa air umpan boiler.
4: Air terkompresi di outlet pompa umpan boiler (inlet boiler).
4-5: Proses pemanasan di bawah tekanan konstan hingga kondisi jenuh di boiler.
5: Titik pada kondisi jenuh air dalam boiler.
5-6: Proses penguapan di bawah tekanan konstan di evaporator boiler.
6: Uap jenuh di outlet evaporator boiler (saluran masuk super heater).
6-1: Proses pemanasan di bawah tekanan konstan di boiler super heater.
Efisiensi Termal Siklus Rankine
Kuantitas pemanasan di boiler dan di super heater ditunjukkan di bawah ini:
Q1 = h1-h4 = Luasan B4561A (pada diagram T-s)
Kalor keluar dalam kondensor: Q2 = h3-h4 = luasan A23B (diagram T-s)
Kerja efektif: AL = Q1-Q2 = luasan 1234561
Efisiensi Ideal: ηran = AL/Q1 = [h1-h4-(h2-h3)] / (h1-h4) = [h1-h4-(h4-h3)] / (h4-h3)
Pengaruh Parameter Desain Pada Efisiensi Termal
Tekanan Uap Masuk
Efisiensi termal siklus Rankine dapat ditingkatkan dengan menaikkan tekanan saluran masuk. Jika tekanan uap dinaikkan tanpa menaikkan suhu saluran masuk, fraksi kebasahan turbin tekanan rendah (LP) meningkat, yang menghasilkan peningkatan kehilangan kebasahan pada turbin LP. Ketika fraksi kebasahan turbin LP menjadi 8-12%, penanggulangan terhadap erosi saluran ke bilah panjang turbin LP diperlukan. Dalam hal ini, lebih efektif untuk secara bersamaan menaikkan suhu saluran masuk bersamaan dengan peningkatan tekanan inlet. Tekanan kritis dan suhu uap adalah 22,12 MPa dan 374,2 C, masing-masing. Dalam pembangkit skala besar, tekanan super kritis inlet umumnya lebih dari tekanan kritis.
Tekanan Exhaust
Tekanan gas buang yang lebih rendah berkontribusi pada peningkatan efisiensi termal. Peningkatan efisiensi termal disebabkan oleh tekanan gas buang yang lebih rendah. Karena uap buang dari turbin kondensasi jenuh basah, tekanan buang tergantung pada suhu pendinginan kondensor. Faktanya, tekanan buang diputuskan dengan mempertimbangkan hal-hal berikut:
- Suhu air pendingin kondensor dan biaya peralatan kondensor, air sirkulasi pipa, pompa terkait, dan lain-lain.
- Fraksi kebasahan tahap terakhir turbin LP.
- Aliran volume uap dan panjang blade tahap terakhir LP.
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR KONVERSI ENERGI LAINNYA!
Kontributor: Daris Arsyada
Sumber:
Tanuma, Tadashi. (2017). Advances in Steam Turbines for Modern Power Plants. Duxford: Elsevier.