Sistem-Sistem Pendukung Pendingin Hidrogen pada Generator

Seperti yang sudah kita bahas pada artikel sebelumnya bahwa hidrogen memiliki berbagai parameter yang lebih baik dibandingkan udara jika digunakan sebagai media pendingin pada generator. Sifat konduktifitas termal yang lebih tinggi serta density yang lebih ringan menjadikan hidrogen lebih efisien dalam mendinginkan generator. Namun demikian sifatnya yang sangat mudah terbakar menjadikannya perlu pengelolaan khusus agar penggunaannya sebagai media cooler tidak berbahaya. Disamping sebagai fungsi kontrol agar proses pendinginan berlangsung efisien, beberapa sistem pendukung yang sudah sedikit kita singgung pada artikel sebelumnya juga berfungsi untuk mencegah resiko kebakaran tersebut. Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas lebih detail mengenai sistem-sistem tersebut.

Sistem Supply Hidrogen

Sistem pertama yang kita bahas adalah sistem supply hidrogen. Sistem ini berfungsi sebagai jalur untuk memasukkan hidrogen ke dalam generator pada saat pengisian awal, sekaligus ia akan menjaga tekanan hidrogen di dalam generator agar selalu berada di atas nilai yang ditentukan. Satu hal yang menarik adalah, hidrogen sangat dilarang untuk mengalami kontak langsung dengan udara. Sehingga pada saat pengisian hidrogen awal dimana generator masih berisikan udara, digunakan gas inert tertentu yang berfungsi untuk 'mengusir' udara dari dalam generator sebelum gas utama yakni hidrogen masuk ke dalam generator. Demikian pula pada saat proses pembuangan hidrogen dari generator, gas inert akan mengusir hidrogen terlebih dahulu sebelum akhirnya udara dimasukkan ke dalamnya. Gas inert yang paling umum digunakan untuk proses ini adalah gas karbon dioksida. Untuk mendukung proses yang biasa dikenal dengan istilah gassing-degassing ini, sistem supply hidrogen dilengkapi dengan purity meter yang dapat membaca purity hidrogen di dalam udara, sekaligus purity karbon dioksida di dalam udara.

Gambar di atas adalah sebuah gambaran sederhana sistem supply hidrogen untuk generator. Pada proses pengisian awal hidrogen, generator masih dipenuhi udara. Untuk membuang udara dibutuhkan gas CO2 sebagai inert. Gas CO2 yang memiliki massa jenis lebih berat daripada udara, masuk melalui sisi bawah generator dan mendorong udara ke jalur pembuangan (venting) yang berada di bagian atas generator. Setelah persentase jumlah CO2 terhadap udara berada di atas 99%, barulah hidrogen dapat dimasukkan ke dalam generator. Karena massa jenis hidrogen lebih ringan daripada CO2, maka injeksi hidrogen dilakukan melalui sisi atas generator dan CO2 dikeluarkan melewati sisi bawah. Injeksi dilakukan hingga persentase hidrogen terhadap CO2 mencapai angka di atas 99%. Setelah itu injeksi hidrogen terus dilakukan hingga mencapai tekanan tertentu sesuai dengan spesifikasi generator.



Saat generator dalam kondisi normal memproduksi listrik, sistem supply hidrogen ini juga bertugas untuk menjaga besar tekanan hidrogen agar selalu berada di angka yang seharusnya. Komponen pressure regulating valve menjadi ujung tombak untuk tugas tersebut. Besar tekanan hidrogen di dalam generator sangat krusial keberadaannya, sebab ia berhubungan secara langsung dengan kurva kapabilitas generator. Nampak pada gambar kurva di atas bahwa penurunan tekanan hidrogen di dalam generator, akan menggeser kurva menjadi berukuran lebih kecil. Hal tersebut berarti jika tekanan hidrogen di dalam generator sedikit saja turun, maka kemampuan generator untuk memproduksi listrik akan turun juga. Memahami fenomena ini cukup sederhana sebenarnya, mengingat gas hidrogen yang bersifat kompresibel maka jika di dalam sebuah ruangan berukuran tetap tekanan ditingkatkan, maka kuantitas hidrogen sebagai pendingin generator akan semakin banyak. Begitu pula sebaliknya jika tekanan hidrogen turun maka dapat dikatakan jumlah media pendingin generator menjadi lebih sedikit, tentu saja hal tersebut berakibat langsung terhadap performa generator. Untuk itulah menjaga tekanan hidrogen di dalam generator agar selalu berada di angka yang seharusnya menjadi mutlak untuk dilakukan.

Komponen penting lain di dalam sistem supply hidrogen adalah purity meter, yang pada saat proses pengisian gas CO2 maupun hidrogen ke dalam generator berfungsi untuk membaca persentase kandungan mereka di dalamnya, maka pada kondisi generator normal berproduksi listrik ia akan bertugas untuk memonitor tingkat kemurnian hidrogen. Kemurnian hidrogen juga menjadi satu parameter yang penting untuk dijaga. Diketahui bahwa jika kemurnian hidrogen turun 1% saja, generator akan kehilangan kemampuan memproduksi listrik sebanyak 250.000 Watt, tentu sebuah angka yang tidak sedikit! Untuk meningkatkan kemurnian hidrogen, perlu dilakukan proses purging dengan jalan menginjeksi hidrogen dalam jumlah lebih, diikuti dengan proses venting (pembuangan). Proses ini kadang perlu dilakukan beberapa kali untuk mendapatkan purity yang lebih baik.

Sistem Seal Oil

Satu lokasi pada generator yang memungkinkan hidrogen untuk bocor keluar yakni pada sisi kontak antara stator dengan shaft generator yang biasa dihuni oleh komponen bearing. Lokasi yang terletak di masing-masing ujung poros generator ini menciptakan potensi kebocoran hidrogen dengan jalan menyelinap di celah sempit bearing ataupun bidang kontak lainnya. Untuk mengatasi hal ini dibutuhkan sebuah sistem sehingga dapat mencegah hidrogen agar tidak bocor ke atmosfer. Sistem inilah yang dinamakan seal oil system.



Sistem seal oil menjaga hidrogen agar tidak bocor dengan jalan menginjeksikan oli khusus dengan tekanan yang lebih besar daripada tekanan hidrogen ke bagian ujung poros sisi turbine-end dan exciter-end. Oli secara terus-menerus dipompa ke celah tertentu sehingga hidrogen tidak memiliki celah sedikitpun untuk bocor keluar. Bahkan ada sebuah proteksi khusus yang akan secara otomatis langsung mematikan sistem turbin-generator apabila terjadi kegagalan pada sistem seal oil ini. Sebegitu pentingnya sistem ini sehingga sistem seal oil selalu didesain memiliki dua pompa oli utama serta terkadang ditambah dengan satu pompa DC sebagai penunjang untuk kondisi darurat.

Sistem Dryer Hidrogen

Salah satu materi pengotor hidrogen sehingga dapat menurunkan tingkat kemurniaanya adalah air atau kelembaban. Jika saja kandungan air yang bercampur dengan hidrogen tersebut dibiarkan berada di dalam generator, tentu akan menimbulkan berbagai potensi bahaya dan kerusakan. Kandungan air yang bercampur dengan hidrogen akan menurunkan tingkat kemurnian hidrogen sehingga akan secara langsung menurunkan performa generator. Satu bahaya lain yang paling nampak adalah potensi terjadinya sort circuit di dalam generator. Bahaya lain yang mungkin tidak terpikirkan oleh kita adalah, kontaminasi air di dalam gas hidrogen akan berkontribusi terhadap pembentukan deposit timbal karbonat. Timbal karbonat terbentuk akibat air dan karbon dioksida yang bereaksi dengan timbal dan asam di dalam generator. Timbal karbonat bersifat konduktif, merupakan material poros yang mudah menyerap kelembaban, serta berpotensi menciptakan loncatan api yang memicu kerusakan kumparan generator.



Sebuah sistem pengering atau dryer digunakan untuk menjaga agar hidrogen selalu bersih dari kontaminasi air. Sistem pengering tersebut umumnya menggunakan dua tabung berisi zat dessicant, yang bekerja secara bergantian. Pada satu waktu, salah satu tabung akan bertugas untuk menyerap kelembaban hidrogen yang sedang mengalir melewati tabung tersebut, sedangkan tabung yang lain sedang mengalami proses regenerasi dengan jalan mengalirkan udara panas ke dalamnya. Komponen pelengkap dryer hidrogen seperti blower, heater, dan solenoid valve berfungsi sebagai pendukung proses regenerasi dessicant. Proses regenerasi dessicant terjadi secara otomatis dan memastikan proses penyerapan kelembaban yang mengkontaminasi hidrogen dapat berjalan terus-menerus.

Credit: Wikipedia: Hydrogen Cooled Turbo-Generator, Power Engineering.

2 Replies to “Sistem-Sistem Pendukung Pendingin Hidrogen pada Generator”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *