Tidak dapat dipungkiri bahwa generator listrik wajib memiliki sistem pendingin yang sangat baik untuk membuang panas yang tercipta di dalamnya. Jika panas di dalam generator tidak secepatnya dibuang, ia akan secara langsung merusak generator itu sendiri. Panas berlebih dapat secara ekstrim merusak kumparan rotor, stator, bahkan akan membakar komponen-komponen generator tersebut.
Udara menjadi satu media populer yang digunakan untuk mendinginkan generator. Jumlahnya yang melimpah dan murah menjadi alasan kuat untuk terus menggunakannya. Namun demikian sistem pendingin udara yang digunakan pada generator ternyata menyimpan kelemahan. Udara tidak mampu mendinginkan generator dengan kapasitas di atas 425 Megawatt. Selain konduktivitas kalornya yang tidak mencukupi, massa jenisnya yang terlalu berat juga menjadi kerugian lain. Untuk itulah dibutuhkan gas jenis lain yang lebih baik di sisi konduktivitas termal maupun karakteristik lainnya.
Gas hidrogen menjadi pilihan terbaik untuk menggantikan udara sebagai media pendingin generator terutama pada generator-generator berukuran besar. Hidrogen dipilih karena karakteristik-karakteristiknya yang sangat baik jika digunakan sebagai pendingin, sebut saja konduktivitas termalnya yang tinggi (0,168 W/m·K), massa jenisnya yang sangat ringan, dan juga kalor spesifik yang tinggi. Dengan karakteristik tersebut, menjadikan hidrogen 7-10 kali lebih baik daripada udara jika digunakan swbagai pendingin. Hal ini bisa diibaratkan, untuk membangkitkan daya listrik yang sama, generator berpendingin udara akan berukuran 7-10 kali kebih besar dibandingkan dengan generator berpendingin hidrogen. Oleh karena itulah, untuk generator-generator berukuran besar, sistem pendingin hidrogen akan menjadi lebih ekonomis jika dibandingkan dengan menggunakan pendingin udara. Sebenarnya gas helium memiliki konduktivitas termal yang baik pula (0,142 W/m·K), namun karena harganya yang jauh lebih mahal ketimbang hidrogen maka ia tidak digunakan.
Tetapi bukankah hidrogen adalah gas yang sangat mudah terbakar? Ya, hidrogen memang gas yang sangat mudah terbakar atau meledak. Namun ingatkah Anda tentang segitiga api? Sekalipun hidrogen pada generator bekerja pada temperatur tinggi, jika kita dapat menjauhkan hidrogen dari oksigen, maka segitiga api akan terputus, dan hidrogen menjadi aman dari resiko terbakar. Untuk masalah inipun sudah ada beberapa sistem pendukung yang digunakan untuk mencegah agar hidrogen selalu dalam keadaan murni (dijaga sekitar 99%), serta tidak akan kontak langsung dengan udara atmosfer. Sebuah sensor kemurnian hidrogen (purity meter) digunakan untuk selalu memonitor secara real-time tingkat kemurnian hidrogen. Dengan alat ini, sekecil apapun hidrogen tercampur dengan gas lain akan mudah diketahui. Jika pembacaan kemurnian hidrogen turun, sebuah sistem purging selalu siap digunakan untuk meningkatkan angka kemurnian hidrogen. Sistem purging biasanya juga termasuk di dalamnya sistem kontrol tekanan hidrogen agar selalu terjaga pada angka tertentu. Di sisi lain, ada sebuah sistem bernama hydrogen dryer yang juga berfungsi untuk menjaga kemurnian hidrogen dari kelembaban yang jika dibiarkan berpotensi memicu adanya percikan api di dalam generator. Satu sistem pendukung lain bernama sistem Seal Oil yang akan kami perkenalkan lebih lanjut nantinya, berfungsi untuk mencegah adanya kebocoran hidrogen ke udara bebas mengingat media pendingin hidrogen digunakan pada sisi rotor generator yang tentunya ada sisi potensial kontak (pada bearing generator) antara udara dengan hidrogen. Sistem-sistem pendukung generator berpendingin hidrogen tersebut akan kita bahas lebih detail pada kesempatan selanjutnya.
Generator terbentuk dari jutaan lilitan kawat yang tersusun menjadi kumparan di dua sisi sektor yang berbeda yakni rotor dan stator. Kumparan-kumparan tersebut akan menghasilkan panas yang sangat tinggi pada saat generator beroperasi. Hidrogen sebagai pendingin generator akan mengalir menyelubungi kumparan-kumparan tersebut, menyerap panasnya, dan membuangnya di pendingin heat exchanger. Ada dua jenis sistem pendinginan hidrogen pada generator yang lazim digunakan yakni hidrogen mendinginkan generator rotor sekaligus stator, serta generator dengan pendingin hidrogen untuk sisi rotor dan air pada sisi stator. Generator yang menggunakan pendingin hidrogen pada rotor dan air pada sisi stator biasanya berukuran besar dan menghasilkan Megawatt listrik di atas 500 MW.
Generator hanya berpendingin hidrogen mensirkulasikan hidrogen ke seluruh sisi kumparan generator baik itu rotor maupun stator. Sebuah kipas aksial yang terpasang satu shaft dengan generator bertugas mensirkulasikan hidrogen tersebut agar terus berputar menjangkau segala sisi generator. Namun demikian, aliran hidrogen tidak menjangkau sisi dalam kumparan rotor, ia hanya mendinginkan sisi luarnya saja sehingga bisa dikatakan kumparan stator didinginkan hanya secara tak langsung (indirect cooler). Di beberapa titik sesuai dengan gambar di atas terdapat pendingin heat exchanger yang berfungsi untuk mendinginkan hidrogen yang telah menyerap panas komponen-komponen generator. Media pendingin hidrogen tersebut adalah air yang juga terus bersirkulasi dan membuang panas ke luar sistem.
Untuk generator berpendingin hidrogen dan air, mereka berbagi tugas sehingga hidrogen menjadi media pendingin rotor sedangkan air bertugas untuk mendinginkan kumparan stator. Selayaknya sistem sebelumnya, hidrogen bersirkulasi dengan bantun kipas yang ikut berputar dengan rotor sehingga dapat menjangkau seluruh bagian rotor. Pada akhir sistem sirkulasi, hidrogen tersebut masuk ke dalam pendingin heat exchanger untuk membuang panasnya ke media air. Sedangkan pada sisi stator, air menjadi pendingin yang mampu menjangkau seluruh bagian dalam kumparan yang tidak kita dapatkan pada sistem sebelumnya. Dengan sistem pendinginan seperti ini, tercatat desain generator terbesar yakni mampu menghasilkan listrik 858 Megawatt.
Credit: Wikipedia: Hydrogen Cooled Generator, Electrical Engineering Design
