Turbin gas modern tidak hanya dibedakan berdasarkan bentuk fisik atau jenis bahan bakarnya, tetapi juga berdasarkan bagaimana fluida kerja bersirkulasi di dalam sistem.
Dua jenis siklus utama yang digunakan adalah siklus terbuka (open cycle) dan siklus tertutup (closed cycle). Apa bedanya? Dan bagaimana dampaknya terhadap efisiensi serta penggunaan di industri?
Mari kenali perbedaan keduanya secara teknis dan praktis, berdasarkan sistem yang digunakan pada pembangkit listrik dan mesin industri saat ini.
Apa Itu Siklus Turbin Gas
Siklus turbin gas adalah rangkaian proses termodinamika yang mengatur bagaimana energi dari bahan bakar diubah menjadi energi mekanik melalui udara atau gas sebagai fluida kerja. Proses ini melibatkan kompresi, pembakaran, dan ekspansi.
Yang membedakan siklus satu dengan yang lain adalah bagaimana fluida kerja berputar, apakah dibuang setelah digunakan, atau dipakai kembali.
1. Siklus Terbuka (Open Cycle Gas Turbine)
Sumber: sciencedirect.com
Siklus terbuka adalah sistem di mana fluida kerja masuk dari atmosfer, dikompresi, digunakan dalam pembakaran, lalu dibuang kembali ke atmosfer setelah melewati turbin.
Siklus ini adalah jenis paling umum yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga gas, pembangkit beban puncak, dan mesin jet karena lebih sederhana dan fleksibel dalam operasional.
Urutan Proses:
- Udara luar masuk melalui inlet, disaring, dan dikompresi
- Udara dikompresi masuk ke ruang bakar, dicampur dengan bahan bakar dan dibakar
- Gas panas hasil pembakaran diarahkan ke turbin
- Setelah melewati turbin, gas buang dibuang ke atmosfer
Keunggulan Siklus Terbuka:
- Start-up cepat: dari kondisi dingin ke beban penuh hanya dalam hitungan menit
- Tanpa pendingin air: tidak perlu sistem pendingin tambahan seperti turbin uap
- Bisa menggunakan berbagai jenis bahan bakar: mulai dari gas alam hingga solar
- Instalasi lebih ringkas dan ringan
Kelemahan Siklus Terbuka:
- Efisiensi relatif lebih rendah jika tidak ditambah sistem bantu (intercooler, regenerator)
- Kinerja sangat bergantung pada suhu dan kelembaban udara luar
- Konsumsi udara tinggi, membutuhkan saluran buang berukuran besar
Aplikasi Umum:
- PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas) di wilayah-wilayah yang membutuhkan pasokan cepat
- Pesawat jet dan turbin aeroderivatif
- Backup generator di industri atau fasilitas strategis
2. Siklus Tertutup (Closed Cycle Gas Turbine)
Sumber: sciencedirect.com
Berbeda dari siklus terbuka, pada siklus tertutup fluida kerja tidak dibuang ke atmosfer. Sebaliknya, gas yang telah digunakan didinginkan, dipompa kembali, dan digunakan ulang dalam proses.
Gas yang digunakan bisa berupa udara, helium, atau CO₂. Pembakaran tidak terjadi langsung di dalam sistem fluida kerja, melainkan lewat pemanas eksternal.
Urutan Proses:
- Fluida kerja dikompresi secara isentropik
- Fluida dipanaskan melalui heat exchanger eksternal
- Gas panas diekspansi di dalam turbin
- Gas hasil ekspansi didinginkan dan dikembalikan ke kompresor
Keunggulan Siklus Tertutup:
- Efisiensi tinggi: karena tidak ada kehilangan energi ke lingkungan
- Ramah lingkungan: tidak ada emisi langsung ke atmosfer
- Stabil terhadap kondisi luar: suhu dan tekanan lingkungan tidak berpengaruh besar
- Cocok untuk sistem tertutup seperti PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir) atau ruang vakum
Kelemahan Siklus Tertutup:
- Desain dan kontrol sistem lebih kompleks
- Biaya investasi awal tinggi
- Butuh sistem penukar panas dan pendingin yang besar
- Kurang cocok untuk beban yang berubah-ubah dengan cepat
Aplikasi Umum:
- Sistem pembangkit daya di ruang tertutup
- Sumber daya cadangan untuk reaktor nuklir
- Pembangkit daya berbasis energi panas bumi tertutup
Perbandingan Siklus Terbuka vs Tertutup
| Aspek | Siklus Terbuka | Siklus Tertutup |
|---|---|---|
| Fluida kerja | Masuk dari dan dibuang ke atmosfer | Digunakan ulang dalam sistem tertutup |
| Emisi gas | Ada | Tidak ada |
| Efisiensi | Sedang, dapat ditingkatkan | Lebih tinggi dan stabil |
| Kompleksitas | Lebih sederhana | Lebih kompleks dan mahal |
| Kebutuhan pendingin | Tidak wajib (kecuali intercooler) | Wajib |
| Aplikasi utama | Pembangkit listrik gas, jet engine | Sistem tertutup: nuklir, geothermal tertutup |
Memahami klasifikasi siklus turbin gas sangat penting dalam memilih sistem yang tepat untuk kebutuhan energi dan industri.
Siklus terbuka cocok untuk pembangkitan cepat dan praktis, sedangkan siklus tertutup unggul dalam efisiensi dan pengendalian emisi. Keduanya sama-sama memegang peran strategis dalam mendukung sistem kelistrikan modern.
Sebagai penyedia solusi rekayasa dan perbaikan turbin, Albany Engineering Services terus mengikuti perkembangan teknologi sistem siklus turbin untuk membantu klien kami mengambil keputusan berbasis performa dan efisiensi.