snJOI EFI $IEN$I TERMAL PL TN JENI S PWR, BWR DAN CANDU Suyamto Pusat Penelitian NuklirYogyakarta ABSTRAK Telah dilakukan studi tentang cara menghitung e~isiensi PLTN jenis PWR, BWR dan CANDU. Efisiensi ini tidak bisa langsung dihitung sebab besar rugi-rugi seluruh plan suI it diperkirakan. Dari heat rate pembangkit uapnya e~isiensi tersebut lebih mudah dihitung. ABSTRACT Computation of thermal efficiency of PWR, BWR and CANDU Nuclear Power Plant has been studied. The efficiency can not be directly found out because there are some difficulties in predicting the losses of the plant. From the Heat Rate CHR) of its steam generation plant the efficiency can be more lasily determined.
I.
PENOAHULUAN
Pada dunia
akhir-akhir
semakin
pemakaian
ini
penting
pembicaraan
dan serius.
kekhawatiran
tak terbarukan
Cnon renewable)
Tujuan dari bagaimana
cara
atau suatu
PLTN
dan
untuk mempertinggi Banyak pembangkitan
dengan disamenergi
yang tersedia. ini
adalah
untuk
mengetahui
efisiensi termal suatu pembangkit
usaha-usaha
apa
efisiensi pembangkitan
keuntungan
yang bisa dilakukan energi tersebut.
yang bisa diambil apabila
efisiensi
energi tersebut berharga besar antara lain:
- Menurunkan
polusi Ctermis).
- Mempertinggi Menurunkan sumsi. Penelitian
dengan pesat,
terhadap jumlahcadangan
penelitian menghitung
energi di
Hal ini sejalan
energi yang semakin meningkat
ping timbulnya
masalah
ini
manfaat suatu pembangkit. harga
suatu
bersifat
pemakaian
studi 226
energi yang dikon-
literatur
sehingga
tahap-
227
hasilstudi Studi Pembualan laporan akhir(mak alah) : Penulisan 321awal lanjut Tahap Tahap Tahap - Konsultasi Pengumpulan data dan literatur
Sedikit masalah yang dihadapi - Terbatasnya
pada penelitiao
literatur
yang
ini adalah
membahas
secara
:
khusus
lentang efisiensi. - Berbagai pusat perangkat
pembangkit
yang
terganlung
berbeda-beda
pada keadaan,
yang dibangkitkan
I I.
TEORT
Pusat
CPLTN)
bahkan sangat
jeois maupun
Listrik
Teoaga
Nuklir
Tenaga
dari
reaktor
Sebet.ulnya suatu
PLTN
bisa
pertukaran
(1)· f-.!ReakLor I i
(2)
kalor
'1
teoaga
adalah
Tenaga
menghasilkan di dalam
uap
uap ini
energi
"2
Turbifi
Blok diagram pembangkitan listrik PLTN
energi pembangkit
membatasi
berikul
I
rnerupakao
Karena
generator
Plant PLTN 1
energi
di dalam reaktor.
menj adi suatu "kendala sehi ngga bi sa sebut. Diagram proses pembangkitan PLTI~ adalah sebagai
Uap.
nuklir.
diperoleh dari hasil reaksi nuklir namun
sesungguhoya
untuk menggerakkan
air yang dibangkitkan
Gambar
tiogkat
DASAR PEMBAJ'IGKI TAN ENERGI
mekanis yang dipakai
."
berlainan
oleh PLTN yaog bersangkutan.
salah satu jeois Pusat Listrik
yang besar,
yang ada mempuoyai
energi
energi listrik
panas uap tersuatu
228
1.
dan Cdi kinetis kiOOa dalam tufbin) Cdi bahan bakar) mekanis dal listrik am uap) Energi Ener gi Ckeluaran Cpada paras generator) potensi~l
Mula-mula
energi
kimi a yang ter si mpan di dal am bahan bakar
Curanium)
diubah menjadi tenaga di gi potensi a1 dan kinelis energi
ini melalui
selanjutnya Sesuai
turbin diubah
dengan
generator
pula deng~n
keluaran
dibagi
pembangkit
panas uap dalam bentuk enerdal am reak tor. Se1 a.njutnya menjadi
tenaga mekanis dan
diubah menjadi
pengertian
umum tentang
dengan masukan
tenaga 1.Lstr1k. efisiensi
maka efisiensi
ya1tu
t.ermal suat.u
adalah energi terbangkitkan kalor bahan bakar
Terlihat
bahwa untuk
diketahui
energi
yang
diketahui
bagaimana
dibangkitkan.
panas yang terkandung proses
di dalam
sik1us
siklus
daya
sering
juga disebut.
kerja
mengalami
proses
sebagai
melakukan
yang saring disebut seJadi untuk menqerankine.
pembangkitan
uap harus
energi
2 fasa yaitu
sik1usdaya fasa
ma1akukan
mekanis,
di dalam mesin kalor.
sebagai
berikut
energi mekanis dari
fluida kerja
yang dibangkitkan.
lermodinamika
harus
tertutup
atau siklus
dasar
harus
uap.
ini uap sebagai
tahui energi mekanis
Oengan demikian
pembangkitan
siklus lermodinamika
bagai sik1us carnot proses
rnenghilung besar efisiensi
proses
Oi dalam proses
(1)
yai tu
51 k'1 us
i n1
uap dimana fluida
calr dan fasa uap dengan
lihat gambar (2) dan (3).
229
W
3
in
4
Qin~D 1·
2
cO Wp
Gambar
T
2. Pr oses
..,.
:
Q.
W Q
P
B
mek ani s
Q
cair
in Uap
in
Tur n Kalor Boiler Kondensor Kerja Pompa Ker ja : bi 3.Siklus Gambar lurbin Cmekanik) mas kel uk uaruar mana rankine uap) Cdaya atau (kel buang) generator uap pompa masuk
f',.
r
pernbangk it an ener gi
·A
p~T"1
1
Qo
230 Mula-mula
air hasil kondensasi
di dalam
ke dalam pembangkit
uap oleh boiler
Oi dalam
uap.
pembangkit
bahan bakar
diubah
mengubah
air
uap dengan
(proses
2 -
menjadi 3).
Selanjutnya
dalam turbin dan energinya untuk memutar ekspansi
kemudian
ubah menjadi
111.
generator
menjadi
kimia
yang
energi
panas yang akan
suhu
uap
dikonversi
terkandung
dan tekanan
tersebut
t.ertentu
diekspansikan
menjadi
proses ( 3 - 4 ).
dikondensasikan
dipompakan
feed pump.
energi
didalam
kondensor
energi
Setelah
mekanis uap ber-
di dalam kondensor.
fasa cair dan kembali
pada siklus
di
ber-
semula.
EFI S1ENSI S1KLUS
A. Efisiensi
Siklus Rankine telah
:Seperti
Sederhana
diketahui
bahwa efisiensi
adalah
energi
yang dibangkitkan dibagi dengan kalo: yang dimasukkan. Maka efisiensi ter~2l siklus rankine sederhana adalah : kerja yang dihasilkan kalor yang dimasukkan
L W
(2)
= ~ 1.n
'1ft
8ila kesetimbangan dinamika
maka sesuai
1. pacta set-iap komponen
¢
Q
=
~ q = q
terjadi
terdapat
dengan
hukum termo-
hubungan
1> w
D. h
+
D.
(3)
w
= kerja spesifik perpindahan spesifik perubahan panas entalpi
~h = '.Iv
Terlihat
bahwa di dalam boiler
~w = O. proses
~ q
=
lI.
isobaris
h
dan kondensor
sehingga
,
tidak ada kerja
J
231 Maka perubahan
Q ::fdh Di dalam
kalor pada generalor
uap adalah
(4)
= h3 - h2
pompa
dan
lurbin
lidak
ada
panas ~q = 0, proses adiabalis
pembuangan
penambahan sehingga
maupun
:
maka kerja yang dilakukan
f
=
w
-dh
Ch = - [
t .
3
-
=
1
3
h
4
- h3)
+
(h 2
- -2-h-4h1+1=h-hhh-perubahan -3kondensor --(h turbin di pi -dalam ) entalpi ental h 1h
.-,
242 '-! =
(5)
=
h
W
(6)
B. Perbaikan
efisiensi
siklus
Kalau dilihal pengerlian lain dari kan pad a prinsip keselimbangan Q.
=
Q
W
=
Q.
Ion
out I.
n -
+
\Ii
Q
out
efisiensi
kalor sualu sistem.
berdasar-
232
Q.1.1i
lenaga lislrik yang dibangkilkan kalor dari bahan bakar
Q
kalor yang dibuang
W
out
ke sekeliling
maka
or,
t
=
-
0 == - - 0 Q QQI.nQ.
'r;1 t I.n
'1','
1.1i
Q
Q.
(7) Terlihal bahwa semakin keeil Q. o yailu kalor ke sekilar maka efisiensi lermal akan semakin siklus besar Begilu juga kalor masuk lunjukkan
Qo
yang dibuang besar. Pada
ini
dilunjukkan oleh luasan ( A-1-4-B-A lerrnal akan semakin besar bila efisiensi semakin
besar.
Besarnya
oleh luasan ( A-1-2-3-4-B
kalor
). Q_ 1.1i
mas uk ini di-
).
Sehingga
'r; =
luas ( 1-2-3-4-1 ) luas C A-1-2-3-4-B-A
L"'engan dasar
lersebut
usaha untuk memperlinggi jalan memproses dilakukan
lanjut
adalah dengan
) maka
dilakukan
efisiensi
berbagai
lerrnal suatu
fluida kerjanya.
plan
Cara-cara
maeam dengan
yang bisa
proses-proses.
1. Super healer 2. Reheater 3. Regeneratif 1. Super
heater
Super healer alau pemanasan dimana
uap jenuh dari
siklus
uap
adalah sebelum
sualu proses
dipanaskan
lagi dengan
diekspansikan Proses dan healer.
uap ini bisa dilihal
pada gambar
(4).
ke dalam lurbin
generalor
lanjut
233
J
o
~
I I
2
1 I
4 'T
!
.
i !
II ,
i
i. I I
s
I B
Gambar
4.Siklus
rankine
dengan
superheater
234 Pada ke dua
gambar
terlihal
bahwa
jukkan oleh luasan ( 1-2-3-4-5 ) semakin
kerja W yang dilun-
kalor masuk Q.tn (A-1-2-3-4-5-B-A) semakin efisiensi lermal akan semakin besar yaitu
'I t.
juga
besar, sehingga
luas ( 1-2-3-4-1 ) ,. --458 - - -A ) t- M-~-G-3-
=, ~uas
Kelemahan
dari sislem
tinggl sehingga
nya.
Begitu
besar.
Disamping
ini
adalah
membatasi itu juga
suhu
material adanya
uap yang
dan peralatan
peralatan
super heater dan panas yang dibuang
dihasilkan yang lain-
lambahan
ke sekitar
untuk
letap besar.
2. Reheater Reheater
atau
pemanasan
ulang adalah suatu proses
mana fluida kerja yang telah berekspansi panaskan
lagi
sebelum
diekspansikan
di dalam turbin kembali
ke
didi-
turbin.
Pernana.s an ul ang ini ber 1angs ung di dal am gener alor uap. L"1enganmelihat inl terdapal
gambar
beberapa
(5) terlihat
keuntungan
a. 'Efisiensi termis lebih b. Panas yang dibuang c. Efisiensi
generalor
anlara
lain
ke sekitar.lebih uap lebih
kering
=
sistem
tinggi
d. Uap yang keluar dari tingkal
'f) t
bahvo/a pad a
luas (1-2-3-4-5-6-1) 1 uas (A-1-2-3-4-5-6-B-A)
sedikit
tinggi akhir
lurbin lebih
235
31
~
15
i
· ·
0 I
T
4
rD
1
T
S A
Gambar 5.Siklus
B
rankine dengan reheater
236
0
T
I
~
I
C()
3
I
I
.
2
I
~.
cD~
5 T
S B
Gambar
6 . Siklus rankine dengan regeneratif
237 3.
R-=gef~erat if Prinsip dari proses regeneratif
kerja fasa cair yang akan manfaatkan
sebagian
Dengarl cara ant3.ra l.alr~
ir1i
adalah
masuk I<e generator
diharapkan
diperoleh
L.'-engb.n meliha.+. si k1'JS
sistem
Iuas C 1-2-3-4-5-6-1 (
.':,--1
beberapa
pad a gambar (6),
lebih besar yaitu
)
-2-::;-4-3-6-0-":'
)
ideal ternyata
Pe n.qe7nb ... ~.!)q--an!l 'lz-~ -
tldak bisa dipakai
unt.u~:rnenghit~ungefisiensi sisHal in1 di seba.bkan karena s,?cara 1a.ngsung.
pacta siklus tersebut belum Puai-ruai - ter-sebul adalah
diperhitungkan
- ruql gesek fluida dengan material rug1 panas pada dindlng -
f' ugi
adanya yang dilaluinya
material
bocor'
- rugi-rugi pompa. kondensor, rugi-rugi pada peralatan
turbin dan boiler
unluk proses
pembangkit nya tldaklah pd.da
keuntungan
dapal dikurangi
regeneratif
dapat dlbukti~an bahwa efisiensinya
1..ua.s
uap dengan me-
uap lebih ringan.
b. Panas yang dibuang ke lingkungan
-
fluida
sisa uap panas yang keluar dari turbin.
a. Kerja dari generator
Ii t
pemanasan
keadaan
sederhana. dan
tet.apl
di laparlgan ken.yataan-
sanga t.
peralatan-peralatan
lanjut.
komp1ek
terganlung yan9 di pak ai . Jadi
suatu pembangkil biasanya dilengkapi dengan peralalan pem.2.n3.s an u1 ang, pemanasan lanjut dan regenerasi.
untuk Dengan
digabungkan menjadi sa.tu sehingga efisi~nsinya lebih sulit dihitung . . L\dacara lain yang lebih mudah untuk menghitung efisiensi ["ale" Heat~ ra.te yalt~ dengan menghitun.g
238
adalah
besaran
menghasilkan
kalor alau panas (kcal) yang dibuluhkan 1 kWH
pembangkit dapat heat rate plan.
lenaga
HR
)
Heat rate sualu
plan
berupa heat rate turbin-generator maupun Dari Heat Rate CHR) ini kemudian bisa di-
hi tung efisiensinya (
lislrik.
untuk
dengan
rumus-rumus
berikul.
_ kcal - kWH
T
kcal/H kW
=
= Flow ( kg/jam)
x Entalpi kW
( kcal/kg
)
Energi dalam bahan bakar Energl yang dibangkltkan
=
~H~) P = (HR) T x r-9-enAralor ~,~
(8)
generator out put out put - auxiliary-
power)
x nB
(9) = efislensi
1)
= p
Contoh
boi 1 er
859,9 CHR)
Cl0) p
perhilungan
HR
T
=
lihat gambar
(7).
C H - H - H ~ H + H ) t b r, s m output
H t = energi
panas yang akan masuk panas yang dihasilkan boiler.
Flov.l T
= 191. 86() kg/jam = 510 F -----.,
Entalpi
= 815,6
H
= 191.860
t
= 156,48
H =
kcal/jam k"¥l
ke turbin
+ 500 Bt.u/lb
kcal/kg x 815,6 x 106 kcal/jam
= 1564,8
Hb = energi panas yang lelah dipakai ke boiler.
Flow
= 190.58
atau energi
kg/jam
x 105
dan kembali
lagi
To: :
BD \
r.:::G\D : G :
?: '!' :
1<;;:-1
P~SD?'::
Kg/Qn2
DT,..::;LPY
JCa..l/!
'l?!?~
a;:
1"';_'<::
S'1EI>,M
'IUP.srn <S
o...•
t:?
o•..
1.92OG ; 30T
21<':'
218.IIH
240 Ent.alpi
= 218.8
kcal/kg
H
= 190.58
x
b
41.7
=
218.8
x 10
5
kcal/jam
H 9 = energi panas yang hilang masuk ke t.urbin
=kg/jam 3.200 x 152 152 3200 kcal/kg = 0.4864 X 106 kcal/jam
FloW'
m
H Enlalpi
x 105
= 4;864
Hm
karena pengat.uran suhu uap
= energi
panas yang dipakai
( perbaikan
air )
= 1920
Flow
Ent.alpi = 30
kg/jam kcal/kg
x 30
= 1920
Hm
unt.uk make up wat.er
= 57.6
Out. put
=
50 k W.
mak3.
41.7.105- 12.81.10550.000
HR
HR
T
= 113.072
50
.
4.864.105+
57.6.103)
. 106 10::1
859.9
Se-hingga
H,-, .!".
=
859,9 2,2614
= 0, 38 (
D::mgan t.ermal
:
cara
PLTN
efisiensi
. 103 38 Yo)
yang
sarna kemudian PWR. BWR dan Candu.
dari berbagai
dapat. dihitung e!'isiensi Berikut. ini adalah dat.a
jenis PLTN yang t.elah beroperasi.
hi
241
i
3.
%
AEGJenis -) Kwu PWR PHWR Kwu CANDU Fransat.ome I t.al BWR 34 Toshiba Buat.an Siemens, Argent.ina No.
28
T1
%
30
%
AECL West.ing house,
1. PWR
Pickering Tl
2. BWR
p
=
Power,
= 32
Dresden
%
500
MWCe)
daya
255
MWCe)
daya
180
MWCe)
%
KESI MPULAN
Penelit.ian Sebab dan
daya
bersih
AS.
..,..., 'Il = 28 ' 7
V.
(1971),
29,4 %
Indian
3. PHWR
Canada
unt.uk
CANDU
ini
menghit.ung
harus
diket.ahui
- perangkat. - suhu,
bersifat.
dan
peralat.an.
efisiensi secara
peralat.an
t.ekanan dan
t.eorit.is
dan
belum
suat.u. plant. PLTN
t.unt.as. PWR,
det.ail
yang
debit. fluida
dipakai kerja
pada
set.iap
BWR
Lampir-an
1.
Diaqr-c.ffi
jenis
alir-
PWR,
powt:t--plant I)
=,
32
PL TN .IrJdian
Point,
7.
Oil- fired Pressurizer
superheaters
2.200.000
Electric •••~ heaters
370 psig 1000° F
steam drum
...
Reactor
Ibm/hr
vessel
0
.c. E
t'I"I
0-
.a"-
Turbine
~
N ~
"
... .c. .a ..E ..0 r"... 00 -0moisture .c. E in0 ~ Hg
1,5 5,9%
0
1500 psig Total 50x106
flow Deacrators
Ibm/hr
213° F
Pri mary pumps Boiler
--NUCLEAR
STEAM
Feedwater heater teed
pumps GENERATOR
TURB INE
PLANT
!\:I
243
,-
I I I I ________
J
to
H
At
c:
~ j
ill
iJ
!~: ~~.!
~15
~aJ
U1
C
0« o~ ~2
iJJ
oI..
••
-
Q..
g
erJ
••';
~.f\01 •....•..... I •• ~-i
.•. _• .,
CT!111 :1j
,~
!11
3.. c: .. ,... OJ ,.,... (",~ ,~ '''"I Qi ;-... In
~
-
----,
I
II
f
-
-
-
-
-
J
I
T
!I
J
I I I 1 I4_ 1
I
- -------,
I.. -
.1! 'j ~ 2~, ~
----------,'''. § g . nOh .'''~ J,OO" - -g , ; "'1"1;000'HZ'~~1 ~~ I ~~ I E
~c
' II.:;,- - - - - -I-:!)IV
~~
c~ ~~ <x"
-"I l\,'I
c~I
~
a.
I I II
I
I
I '
I~ I~ IT
d
~
L
1'''I
f
I
-I 1
II I ~-
.•.•.- - - ., -tr\L<7 I ,'~I-.--
II I
. : . II a'------
I
••
I
-
I...
., "~I C& I ~I .1 --;/ II
~~ o ~
-
,I
I
t
,_J
I ~I .n •••I ""I I L_
.,
'l
I
,I
-
'" , .•.• rG
"".
---
I I I 1 II .L1
~.
f
••
II
I
I, t',
--'
-
I
I ~I
01 ~,
-
,
I
I ,- -.I!I.I!! _I }I ~'f
..J
-
"I
I
I-
-
'-------------"
t
Z
~.~ 0Q1;lJ.'!jc:~iti .au1I...(!j+EJ
-
~ ~ .:
;;1la
~
...
-
--..
IJ .....-----1 .•
~ J~.
I L- \.
244
.
u-C
--II ::Ii
'" 11] cr
~
;;
..
i
.- :l I (-J[ ~,.,:,I\ nr::I il~II ~r, ~
-" , ~ .".IIIdII':a-..,,-.. ~~x~Eetl,V;.'c::.9c0;:;"xi £Sc Ii".: .:.~u ~ , ~~ " ~~I:;8.'•..!!'8-l ; I~'2 0_ ~I (I ~.c )~ :-t Q ~:.., - ~~ l!: ~ ? ) cF--1 'u ~ ...J E ,1]' § : L ~ , t"'
.. ...• 11]
C
Z
. \
1/1..J
j
,
/
C
•...•..:;,:.,
"
E
on
<>.
<:';
"··~~I\
~
~
0"'8
u:
a ~
tJ '" "'00"
I
i ~~o Bt~ 0i~, .,
•..•
\JUI r. ~~ E
t:t
~
245 ACUAN
1. Archi W.
Culp, Ir. PhD.
editor
Sitompul
M. Eng. Prinsip-prinsip
penerbit
Erlangga.
2. M. m. El-Wakil,
Nuclear
1971. By International 3. Hudi Hastowo,
Energy
Textbook
1988,
4. Ir. Subaryadi. Diklat
Konversi
uap Nuklir.
Energi.
right
Diklat
Peren-
1988,
Minyak
Satan
Pusat Jakarta.
6. Energy Technology
Sec. 5 Nuclear
TANYA
Copy
PLTU
tahun IX
Handbook,
Magraw-Hill
1985.
Batan Pusat Jakarta.
5. Media Teknik, Edisi No. 2 No. ISSN 0216 - 3012.
logy.
Energi.
Conversion.
Ir. G. M. Tarigan.
Perencanaan
Ir. Darwin
Company.
Sistem pembangkit
canaan Energi.
penterjemah
dan
April - Juli Energy
Gas. 1987.
Techno-
Book Copany.
JAWAB
1. Utaja :
Jawaban Jika yane diLihat ensi PLTU
hanya efisiensinya
Lebih besar dari pada efisiensi
~ PLTU batubara ~ PLTU minyak
Baeaimana
sekitar
& eas
40
PLTN.
%
bisa 43-45
30-35
~ PLTN sekitar 2. SULaiman
C~) saja maka efisi-
%
%
: kaLau efisiensi
biaya CmodaL)
termaL dijadikan
daLaffikWT/Rupiah
daLaffi bent~
?
Jawaban Bisa saja
tetapi sULit
yane banyak misaLnya s1..U'vey, pembebasan PLT yane saneat
karena harea
tanah,
berLainan
harus
bahan
bakar
inves tas i dsb.
ada
baet
asumsi-asumsi
setempat,
biaya
mas t ne-mas ine
