ansn ind 14_ir_suyamto

15
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009 PERBANDINGAN  PERHITUNGAN  EFISIENSI ANTARA  PLTU  KONVENSIONAL  DAN  PLTN Ir. H. Suyamto. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir, Badan Tenaga Nuklir Nasional Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281, Tilp : 0274-489716, E-mail : suyamto @sttn- batan.ac.id. ABSTRAK PERBANDINGAN PERHITUNGAN EFISIENSI ANTARA PLTU KONVENSIONAL DAN PLTN.  Telah dilakukan perbandingan perhitungan dan analisis efisiensi antara PLTU konvensional dan PLTN. Perhitungan efisiensi PLTU dengan menggunakan siklus uap Rankine merupakan metode teoritis yang sulit dilakukan karena didasarkan pada grafik T-S fluida kerja yang tidak memperhitungkan rugi-rugi panas, tekanan, gesek dan lain-lain pada sistem. Perhitungan menjadi lebih sulit bila dilakukan peningkatan efisiensi berdasarkan proses superheat, reheat dan regeneratif. Untuk mengatasi kesulitan tersebut, dilakukan perhitungan efisiensi berdasarkan laju kalor. Perhitungan yang dilakukan terhadap PLTU 50 MW listrik milik PT Suralaya dengan penerapan proses superheat, reheat dan regeneratif menghasilkan efisiensi sebesar 33 %. Hasil tersebut lebih besar sekitar 3,32 % bila dibandingkan dengan efisien PLTN (BWR, PWR dan PHWR) karena adanya kemungkinan pengolahan uap yang lebih baik. Dari perkembangan peningkatan efisiensi, diketahui bahwa untuk PLTU konvensional dapat mencapai 35 %, kecuali untuk PLTGU dapat sampai dengan 45 %. Sedangkan untuk PLTN efisiensi  PHWR 28 -29 % , BWR dan PWR 30 - 33 % dan HTR 40 %. Dengan perkembangan design yang dilakukan terhadap BWR dan PWR (ABWR dan APWR), efisiensinya dapat ditingkatkan menjadi 34,5 % dan 35,3 %. Kata kunci : efisiensi, laju kalor, PLTU, PLTN. ABSTRACT THE COMPARISON OF EFFICIENCY COMPUTATION BETWEEN CONVENTIONAL STEAM ELECTRIC POWER AND NUCLEAR POWER PLAN. The comparison of efficiency computation between conventional steam electric power and nuclear power plant had been carried out. The efficiency computation of steam electric power is based on Rankine steam cycle as a theoretical method is difficult one, because it depends on T-S curve of fluid work where the losses at the system is not considered i.e : heat loss, pressure drop, fluid friction etc. It will be more difficult for the process of superheat, reheat and regenerative. To cope with the difficulties of the efficiency computation should be done by heat rate method. The computation which is applied to the 50 MW electric power of PT Suralaya steam electric power by implementing of superheat, reheat and regenerative process yield efficiency of 33 %. This yield is greater around 3.32 % than NPP (BWR, PWR and PHWR), because steam can be managed well. From the development to improve efficiency it is known that for conventional system the efficiency is 35 %, unless for Combine Cycle is up to 45 %. While for NPP, the efficiency of PHWR is 28 -29 % , BWR and PWR 30 - 33 %, and 40 % for HTR. By developing of design for BWR and PWR (ABWR and APWR), the  efficiency can be improved up to 34.5 % and 35.3 % respectively. Keywords : efficiency, heat rate, steam electric power, nuclear power plant. 152

Upload: lukmanft21

Post on 14-Jul-2015

1.008 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

PERBANDINGAN  PERHITUNGAN  EFISIENSI ANTARA  PLTU  KONVENSIONAL  DAN  PLTN

Ir. H. Suyamto.Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir, Badan Tenaga Nuklir Nasional 

Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281, Tilp : 0274­489716, E­mail : suyamto @sttn­batan.ac.id.

ABSTRAK

PERBANDINGAN   PERHITUNGAN   EFISIENSI   ANTARA   PLTU KONVENSIONAL DAN PLTN.  Telah dilakukan perbandingan perhitungan dan analisis efisiensi   antara   PLTU   konvensional   dan   PLTN.  Perhitungan   efisiensi   PLTU   dengan menggunakan siklus uap Rankine merupakan metode teoritis yang sulit dilakukan karena didasarkan  pada  grafik  T­S   fluida  kerja  yang   tidak  memperhitungkan   rugi­rugi  panas, tekanan, gesek dan lain­lain pada sistem. Perhitungan menjadi lebih sulit bila dilakukan peningkatan   efisiensi   berdasarkan   proses  superheat,   reheat  dan  regeneratif.   Untuk mengatasi   kesulitan   tersebut,   dilakukan   perhitungan   efisiensi   berdasarkan   laju   kalor. Perhitungan yang dilakukan   terhadap PLTU 50 MW listrik  milik  PT Suralaya  dengan penerapan proses superheat, reheat dan regeneratif menghasilkan efisiensi sebesar 33 %. Hasil tersebut lebih besar sekitar 3,32 % bila dibandingkan dengan efisien PLTN (BWR, PWR dan PHWR) karena  adanya  kemungkinan pengolahan  uap  yang  lebih  baik.  Dari perkembangan peningkatan  efisiensi,  diketahui  bahwa untuk PLTU konvensional  dapat mencapai  35  %,  kecuali  untuk  PLTGU dapat   sampai  dengan 45  %.  Sedangkan untuk PLTN efisiensi   PHWR 28 ­29 % , BWR dan PWR 30 ­ 33 % dan HTR 40 %. Dengan perkembangan  design yang dilakukan   terhadap BWR dan PWR (ABWR dan APWR), efisiensinya dapat ditingkatkan menjadi 34,5 % dan 35,3 %.Kata kunci : efisiensi, laju kalor, PLTU, PLTN.

ABSTRACT

THE   COMPARISON   OF   EFFICIENCY   COMPUTATION   BETWEEN CONVENTIONAL STEAM ELECTRIC POWER AND NUCLEAR POWER PLAN. The comparison of efficiency computation between conventional steam electric power and nuclear power plant had been carried out. The efficiency computation of steam electric power is based on Rankine steam cycle as a theoretical method is difficult one, because it depends on T­S curve of fluid work where the losses at the system is not considered i.e : heat   loss,  pressure drop,   fluid  friction  etc.   It  will  be  more  difficult   for   the process  of superheat,   reheat   and   regenerative.   To   cope   with   the   difficulties   of   the   efficiency computation should be done by heat rate method. The computation which is applied to the 50 MW electric power of PT Suralaya steam electric power by implementing of superheat, reheat and regenerative process yield efficiency of 33 %. This yield is greater around 3.32 % than NPP (BWR, PWR and PHWR), because steam can be managed well. From the development to improve efficiency it is known that for conventional system the efficiency is 35 %, unless for Combine Cycle is up to 45 %. While for NPP, the efficiency of PHWR is 28 ­29 % , BWR and PWR 30 ­ 33 %, and 40 % for HTR. By developing of design for BWR and PWR (ABWR and APWR), the  efficiency can be improved up to 34.5 % and 35.3 % respectively. Keywords : efficiency, heat rate, steam electric power, nuclear power plant.

152

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­*Dipresentasikan pada : Seminar Keselamatan Nuklir BAPETEN, 5­6 Agustus 2009 

BAB I

PENDAHULUAN

Hampir   semua  energi   listrik  yang 

dibangkitkan dalam skala besar di dunia 

ini   dihasilkan   melalui   siklus   uap.   Uap 

dihasilkan  dari  pemanasan  air  di  dalam 

boiler   yang   selanjutnya   dipakai   untuk 

memutar   turbin   generator   sehingga 

dihasilkan   listrik.   Dalam   pembangkit 

konvensional   (non   nuklir)   panas 

diperoleh dengan membakar bahan bakar 

fosil  seperti  minyak,  gas dan batu bara. 

Sistem   pembangkit   nuklir   mempunyai 

kesamaan   dengan   prinsip   tersebut, 

bahkan sistem turbin generator­nya juga 

sangat   dimungkinkan   sama,   baik   jenis 

maupun ukurannya. Perbedaannya adalah 

sumber   energi   panas   dihasilkan   dari 

reaksi   fisi   bahan  bakar   nuklir   di   dalam 

reaktor[1]. 

Seperti   diketahui   bahwa   menurut 

jenis fasilitas atau peralatan yang terdapat 

di   dalam   suatu   Pembangkit   Listrik 

Tenaga Nuklir (PLTN) secara garis besar 

di   bagi   dua,   yang   pertama   adalah 

peralatan   yang   ada   kaitannya   dengan 

nuklir   atau  nuclear   island  dan  yang  ke 

dua   adalah   peralatan   yang   tidak   ada 

kaitannya dengan nuklir atau non nuclear  

island. Di dalam ke dua bidang tersebut 

terdapat   sangat   banyak   perangkat   keras 

yang   harus   dioperasikan   oleh   tenaga­

tenaga   yang   profesional   di   bidangnya 

masing­masing.   Berkaitan   dengan   hal 

tersebut   aplikasi   iptek   nuklir   di   bidang 

energi   juga   memerlukan   SDM   yang 

banyak   dan   handal   serta   berkualitas 

tinggi   untuk   menangani   masing­masing 

bidang   tersebut.   Hal   ini   bertujuan   agar 

keunggulan   aplikasi   iptek   nuklir   tetap 

terjamin   serta   dapat   diminimalisir 

dampak   negatif   yang   mungkin   timbul 

dalam   pengoperasian   suatu   PLTN. 

Berkaitan   dengan   hal   tersebut   maka 

kualifikasi   SDM  yang  diperlukan   harus 

memiliki   spektrum yang   lebar   sehingga 

memenuhi   kebutuhan   SDM   yang 

diperlukan[2],   [3].  Apalagi   dengan   adanya 

evolusi   PLTN   sampai   pada   grenerasi 

yang   ke­IV   ini,   maka   semakin   banyak 

diperlukan tenaga yang handal di bidang 

nuklir   maupun   non   nuklir.   Untuk   itu 

peningkatan   kualitas   SDM   khususnya 

para peneliti menjadi sangat penting baik 

pelibatan   mereka   di   dalam   bidang 

perancangan,   modifikasi,   uji   disain   dan 

keselamatan suatu PLTN tertentu.  Salah 

satu   kajian   yang   sangat   penting   adalah 

tentang efisiensi karena masalah efisiensi 

sangat terkait dengan biaya atau ekonomi 

dan   lingkungan   atau   ekologi.   Maksud 

153

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

dari efisiensi di sini adalah efisiensi daya, 

di mana di dalam makalah ini dilakukan 

perhitungan efisiensi Pembangkit  Listrik 

Tenaga Uap (PLTU) konvensional. Jenis 

PLTU yang diambil adalah yang berdaya 

besar dengan bahan bakar energi primer 

berupa   non   nuklir,   khususnya   minyak, 

gas   dan   batubara   termasuk   kombinasi 

gas­uap   (combine   cycle)   dalam 

Pembangkit Tenaga Listrik Gas dan Uap 

(PLTGU).   Efisiensi   tersebut   kemudian 

dibandingkan   dengan   data   efisiensi 

pembangkit  uap dari bahan bakar nuklir 

atau PLTN khususnya yang sudah proven 

yaitu BWR, PWR dan PHWR dan HTR.

Tujuan   umum   penulisan   makalah 

ini   adalah   pembiasaan   terhadap 

metodologi­metodologi   standar   yang 

lazim   digunakan   para   ilmuwan   dalam 

bidang pembangkit listrik. Disamping itu 

tujuan   khusus   yang   ingin   diraih   adalah 

untuk meningkatkan pengetahuan tentang 

efisiensi   suatu   pembangkit   PLTU 

konvensional   serta   perbandingannya 

dengan   efisiensi   PLTN   agar   diperoleh 

gambaran   yang   lebih   lengkap   tentang 

kelebihan   dan   kekurangan   masing­

masing pembangkit. 

BAB II

DASAR TEORI

Dalam pembangkitan energi listrik 

baik  dari  energi   terbarukan maupun  tak 

terbarukan harus memenuhi falsafah tiga 

E,   yaitu  Energi,  Ekologi   dan  Ekonomi. 

Artinya   di   dalam   disain,   pemilihan 

lokasi,  pembangunan dan pengoperasian 

pembangkit   listrik   harus   dapat 

dibangkitkan   energi   yang   besar   dengan 

efisiensi   yang   tinggi,   pembangunan 

maupun   pengoperasiannya   harus 

ekonomis   atau   murah,   serta  concern 

terhadap   lingkungan   yaitu   mempunyai 

tingkat pencemaran terhadap lingkungan 

rendah[4].   Tuntutan   bahwa   pembangkit 

harus   mempunyai   efisiensi   daya   yang 

besar   mengakibatkan   faktor   efisiensi 

merupakan hal  yang sangat  penting dan 

selalu   menjadi   pembahasan   utama   di 

dalan setiap pembangkit listrik. 

Seperti   diketahui   bahwa   dalam 

struktur   dasar   sistem   energi,   sumber 

energi primer dibagi dua yaitu energi tak­

terbarukan   atau  non­renewable  dan 

energi   terbarukan   atau  renewable. 

Termasuk di dalam energi tak terbarukan 

adalah   batu   bara,   minyak   mentah,   gas 

alam,   panas   bumi   dan   energi   nuklir, 

sedangkan   yang   termasuk   dalam 

154

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

kelompok   energi   terbarukan   adalah   bio 

massa,   tenaga   air,   tenaga   angin,   dan 

tenaga   surya[5],   [6].   Agar   sistem 

pembangkit   tenaga   dapat   menghasilkan 

energi   yang   besar,   pada   umumnya 

digunakan bahan bakar yang berasal dari 

sumber   energi   primer   jenis  non­

renewable  berupa   pembakaran   bahan 

bakar fosil seperti batu bara dan minyak, 

termasuk   juga  bahan  bakar   nuklir   yang 

”dibakar”   melalui   reaksi   fisi 

menggunakan   neutron.   Pembangkit­

pembangkit berdaya besar dengan proses 

pembakaran disebut dengan Pusat Listrik 

Tenaga   Termal   karena   di   dalamnya 

terjadi   proses   panas.   Jenis­jenis   Pusat 

Listrik   Tenaga   Termal   adalah   PLTG 

(Gas), PLTD (Disel), PLTP (Panas Bumi) 

dan   PLTU   (Uap),   termasuk   uap   yang 

dibangkitkan dari proses nuklir (SPUN). 

Dalam   hal   ini   PLTU   mengalami 

perkembangan   yang   paling   menonjol 

karena   mempunyai   kapasitas   tiap   unit 

yang   besar   dan   dapat   memenuhi 

permintaaan   kebutuhan   energi   dengan 

cepat. [7] .

Panas   yang   diperoleh   dari 

pembakaran   bahan   bakar   digunakan 

untuk menguapkan air sehingga di sebut 

PLTU   atau   Pembangkit   Listrik   Tenaga 

Uap.     Di   dalam   PLTU   potensi   tenaga 

kimia   yang   ada   di   dalam   bahan   bakar 

diubah   menjadi   tenaga   listrik   setelah 

melalui beberapa proses konversi energi. 

Dalam   hal   ini   air   dan   uap 

melakukan  proses   siklus   termodinamika 

tertutup   seperti   yang   ditunjukkan   pada 

Gambar  1  berupa   siklus  Rankine   ideal. 

Siklus  Rankine  merupakan   siklus  yang 

paling   banyak   digunakan   dalam 

pembangkitan   daya   seperti   pada   PLTU 

karena merupakan siklus untuk uap dan 

air.   Karena   siklus   Rankine   merupakan 

siklus   uap­air,   maka   paling   baik 

digambarkan   dalam   diagram   P­V 

(  Tekanan­Volume  )  dan    diagram T­S 

(Suhu­Entropi), dimana garis­batas siklus 

menunjukkan   batas   uap   jenuh   dan   air 

jenuh [7], [8], [9]. 

Dari   Gambar   1   dapat   dijelaskan 

bahwa titik 6­61­1 merupakan penekanan 

air oleh pompa secara adiabatis. Dengan 

proses   tersebut     akan   terjadi   sedikit 

kenaikan   spesifik   volume   dan   suhu,   di 

mana   dalam   praktek   kenaikan   tersebut 

dapat   diabaikan   dan   titik   6   berimpit 

dengan   titik   61.   Garis   6­1­2, 

menunjukkan   proses   pemanasan   air   di 

dalam boiler pada tekanan tetap, di mana 

energi   kimia   di   dalam   bahan   bakar 

dipindahkan   ke   dalam   fluida   kerja 

air/uap.  Garis 2­3 menunjukkan ekspansi 

uap   di   dalam   turbin   dan   garis   3­6 

155

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

menunjukkan   proses   pengembunan   di 

dalam kondensor. 

Dalam analisis termohidrolik siklus 

dan  instalasi  daya  ,  efisiensi   termal  dan 

keluaran daya merupakan hal yang paling 

penting   sehingga   selalu   menjadi 

perhatian. Besarnya efisiensi suatu sistem 

merupakan perbandingan antara keluaran 

dan masukan dan dalam hal PLTU yang 

di   dalamnya   terdapat   proses 

termodinamik   dikenal   efisiensi   termal 

yaitu   merupakan   perbandingan   antara 

kerja   bersih   yang   dihasilkan   dengan 

panas atau kalor yang dimasukkan pada 

siklus  [7].   Pada diagram T­S , diketahui 

bahwa   besarnya   energi   yang   masuk   ke 

sistem dan diterima oleh fluida kerja (qin) 

ditunjukkan   oleh   luasan   yang   dibatasi 

oleh   garis     6­1­2­4­5­6.   Energi   yang 

dimanfaatkan   untuk   kerja   (qo) 

ditunjukkan   oleh   luasan   yang   dibatasi 

oleh   garis   6­1­2­3­6,   sedangkan   energi 

yang   terbuang   pada   kondensor   dan 

dilepaskan   (qr)   ke   air   pendingin   adalah 

luasan 6­3­4­5­6. Dengan demikian maka 

efisiensi termal dari siklus adalah :

654216:63216:0

−−−−−−−−−==

luasluas

qq

in

η (1)

(a)

156

Energi listrik 1

2

33

6

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

(b) 

Gambar 1. Siklus Rankine sederhana dari fluida kerjaa. Diagram Alir b. Diagram T­S (suhu – entropi).  

Seperti   telah   dijelaskan   bahwa 

pembangkit   listrik   harus   mempunyai 

energi   yang  besar   sehingga  pembangkit 

harus   mempunyai   efisiensi   yang   besar 

atau   energi   yang   terbuang   harus   kecil. 

Maka   efisiensi   suatu   pembangkit   terus 

diupayakan   untuk   dinaikkan   dengan 

berbagai   cara   yang   di   dalam   PLTU 

dilakukan  dengan  pengelolaan  uap   agar 

asas   manfaatnya   besar   dan   panas   yang 

terbuang   kecil.   Dalam   hal   ini   secara 

umum   dikenal   3   macam   peningkatan 

efisiensi   PLTU   yaitu   dengan   proses 

superheat,   reheat   dan   regeneratif. 

Superheat  yaitu   pemanasan   lanjut, 

dimana   uap   yang   keluar   dari   boiler 

sebelum   dialirkan   ke   turbin   dipanaskan 

lagi   atau   dikeringkan   pada   tekanan 

konstan   menggunakan   superheater   di 

dalam   boiler.    Reheter  adalah   proses 

pemanasan   ulang,   dimana   uap   yang 

keluar   dari   turbin   tekanan   tingggi 

sebagian   dialirkan   kembali   ke   dalam 

boiler untuk agar memperoleh pemanasan 

ulang di dalam boiler agar suhunya naik, 

kemudian   diekspansikan   ke   turbin 

tekanan   menengah   dan   rendah. 

Sedangkan   proses   regeneratif   adalah 

dilakukan   dengan   memanfaatkan 

sebagian uap yang sudah berekspansi di 

turbin   yang   masih   panas   untuk 

memanaskan   air   yang   akan   masuk   ke 

boiler.  Dengan   proses   ini   maka   kerja 

boiler   makin   ringan   dan   panas   yang 

hilang keluar  dari  sistem semakin kecil. 

Seluruh  proses   tersebut  beserta  diagram 

T­S   fluida   kerja   ditunjukkan   pada 

Gambar 2. 

157

61

b a

6

S

T

2

3

45

1

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

(a)

Keterangan :    SS : Superheat steam             ES : Extraction steam          RH :  Reheat steam       FWH : Feedwater heater 

(b)

Gambar 2. Siklus Rankine fluida kerja dengan perbaikan efisiensi sistem (a) Diagram Alir (b) Diagram T ­ S (Suhu­Entropi)

Dari   Gambar   2   dapat   dijelaskan 

bahwa   perubahan   energi   termanfaatkan 

karena   proses  superheating  ditunjukkan 

oleh garis 2­a­b, karena proses reheating 

oleh   garis   b­c­3   dan   karena   proses 

regenerasi  ditunjukkan  oleh  garis  6   ­61. 

158

FWH

ES

RSSS

61

a

6

2

3

45

1b

c

S

T

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

Dengan memperhatikan  gambar   tersebut 

maka   terlihat   bahwa   energi   yang 

dimanfaatkan untuk kerja (qo) bertambah 

besar  dibandingkan  dengan  energi  yang 

hilang,   sehingga   efisiensi   dari   sistem 

bertambah   besar.   Dalam   hal   ini   maka 

efisiensinya adalah :

6542166:632166:

1

10

−−−−−−−−−−−−−−−−−==

cbaluascbaluas

qq

in

η (2)

Efisiensi tersebut di atas akan lebih 

besar   dari   efisiensi   sebelumnya   yaitu 

pada   saat   tidak   dilakukan   proses   lanjut 

terhadap uap.

Perhitungan   efisiensi   dengan 

menggunakan   siklus   Rankine   ideal 

seperti  yang  telah  dijelaskan  tersebut  di 

atas   tidak   dapat   diterapkan   secara 

langsung   pada   PLTU   yang   sebenarnya. 

Hal ini disebabkan karena : [7], [8]

1. Pengembangan   siklus   untuk 

perbaikan  efisiensi   (superheat,  

reheat   dan   regeneratif) 

dilakukan secara sendiri­sendiri 

atau   terpisah   satu   sama   lain. 

Padahal   kenyataannya   siklus 

PLTU sebenarnya yang ada di 

lapangan   merupakann 

gabungan dari beberapa sistem. 

2.   Rugi­rugi  yang  ada  di  dalam 

siklus   belum   diperhitungkan. 

Misalnya   rugi   tekanan   karena 

geseskan   fluida   kerja   dengan 

pipa,   termasuk   pipa­pipa   di 

dalam boiler, rugi hilang panas 

melalui dinding pipa, rugi pada 

gesekan   dan   kebocoran   pada 

turbin,   rugi   pada   pompa,   rugi 

pada kondensor dan lain­lain.[3]. 

Dengan kenyataan tersebut di atas, 

maka   efisiensi   yang   dihitung     dengan 

menggunakan siklus Rankine ideal akan 

lebih   besar   dari   efisiensi   sistem   yang 

sebenarnya.   Perhitungan   yang   lengkap 

harus   memperhitungankan   semua   alat 

bantu atau tambahan (auxiliary), ketidak­

ideal­an   dari   turbin,   pompa­pompa, 

faktor gesekan fluida, faktor perpindahan 

kalor,     faktor   pembebanan   dan 

sebagainya.   Untuk     itu   perhitungan 

efisiensi   suatu   PLTU   dihitung   dengan 

cara   lain   yaitu   dengan   menggunakan 

metode  heat   rate  (HR)   atau   laju   kalor. 

HR didefinisikan sebagai besarnya kalor 

(Kcal)   yang   dibutuhkan   untuk 

menghasilkan energi listrik sebesar   satu 

KWH.  Dalam  PLTU,  HR dapat   berupa 

HR   turbin   maupun   HR   untuk   seluruh 

159

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

sistem atau plant. Efisiensi kotor dihitung 

dari HR pada turbin­generator, sedangkan 

efisiensi  bersih  dari   sistem atau  seluruh 

plant  dihitung   dari   daya   keluar   bersih 

dikurangi   dengan   seluruh   daya   yang 

digunakan   untuk   sistem   bantu.  Dengan 

definisi   tersebut   maka   besarnya   HR 

untuk turbin­generator (THR) adalah : 

Jumlah kalor pada turbin (kcal/jam)THR  =  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

Daya keluar dari Generator (KW)

Jumlah kalor masuk – kalor keluar pada turbin (kcal) = ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

Daya keluar dari Generator (KW) x jam 

H=  ­­­­­­­­­­­­­­ (3)

POG x jam

dengan : H = Q x h (kcal)

Q : Jumlah uap yang dipakai(kg/jam) 

h : entalpi dari uap (kcal/kg)

Efisiensi    merupakan kebalikan  dari  HR,  artinya  semakin  rendah HR semakain 

besar efisiensinya[7],   [8],  sehingga  T  = 1/THR.  Bila satuan energi panas (H) dalam BTU 

maka  T = 3412/THR, sedangkan apabila H dalam Kcal, maka T = 860/THR

Sedangkan HR dari plant  adalah :

POG

PHR = THR­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ (4)(POG ­  Paux) x B

Dengan   Paux  adalah   seluruh   daya   untuk   keperluan   alat   bantu,   dan  B  adalah 

efisiensi boiler. Besarnya efisiensi plant P adalah : 

P = 1/PHR  (5)

160

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

BAB III

PERHITUNGAN EFISIENSI 

PLTU NON NUKLIR

Siklus termal PLTU minyak, gas 

dan   batu   bara     pada   prinsipnya   adalah 

sama   sehinga   proses  penaikan 

efisiensinya   juga  dilakukan  dengan cara 

yang   sama  yaitu  superheat,   reheat   dan 

regeneratif.  Secara   umum efisiensi   dari 

PLTU   adalah   sekitar   35   %,   sehingga 

sisanya   sebesar   65   %   terbuang   sebagai 

polusi[3].   Untuk   menghitung   efisiensi 

sebenarnya   dari   suatu   plant   instalasi 

pembangkit   daya,   berikut   diberikan 

ilustrasi   perhitungan   efisiensi 

menggunakan metode HR.   Contoh yang 

diambil adalah PLTU batu bara Suralaya 

dengan POG  sebesar 50 MW listrik, lihat 

Gambar   3.   Dari   Gambar   3   diketahui 

bahwa pada suatu plant pembangkit daya 

terdapat   banyak   sekali   peralatan 

tambahan,   sehinga   untuk   menghitung 

efisiensinya tidak mudah. Dalam hal ini 

dihitung  P  atau efisiensi  plant, melalui 

metode  HR pada   turbin   atau   (THR)   yan 

besarnya menurut Persamaan 3 adalah :

{HT – H B – HH – HS + H M} (kcal/jam)THR  =  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

Daya keluar dari generator, POG (KW)

Dengan     HT : energi panas masuk ke turbin 

H B : energi panas yang telah terpakai dan kembali ke turbin

HH  : energi panas yang digunakan untuk heater

HS : energi panas yang ilang untuk pengaturan suhu uap masuk ke turbin

H M: energi panas yang ditambahkan dari make up water

Energi panas H = Q x h dapat dihitung apabila diketahui suhu dan tekanan uap pada 

masing­masing   peralatan   sehingga   dengan   menggunakan   tabel   uap   dapat   diketahui 

besarnya entalpi (h). Dari diagram pada Gambar 3 maka : 

HT = 191.860 x 815,6  = 156.481.010 kcal/jam

H B = 190.580 x 218,8  =  41.698.904 kcal/jam

HH =      2.320 x (6832 – 131)  =    1.281.104 kcal/jam

HS = 3.200 x 152,0  =       486.400 kcal/jam

161

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

H M = 1.920 x 30  =         57.600.kcal/jam­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

H  = 113.072.210 kcal/jam

Karena POG adalah 50 MW, maka 

H (Kcal/jam)    113.072.210 .kcal/jamTHR  =  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ = ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­  = 2.261,4 kcal/KWH

POG (Kw)       50.000 KWBesarnya efisiensi turbin adalah 

T = 860/THR = 860/2.261,4 = 0,38 atau 38 %

Untuk menghitung besarnya PHR dari plant menurut rumus 4 harus diketahui 

daya total  yang digunakan untuk sistem bantu Paux  dan efisiensi boiler.B  yang 

masing­masing besarnya juga sangat tergantung dari sistem. Dalam hal ini diambil 

auxiliary  power   ratio  (  Paux)   sebesar   0,9  %  seperti   yang  di   asumsikan  pada 

PLTGU  [10]. Sedangkan besarnya efisiensi boiler diambil sebesar 87,33 % seperti 

yang   digaransi   oleh   PLTU   Suralaya  [11].   Dengan   demikian   maka   menurut 

persamaan 4, 

POG

PHR = THR­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­(POG ­  Paux) x B

     50.000PHR = 2.261,4 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ = 2.613 Kcal/KWH

     50.000(1 – 0,009) x 0,8733 

Dan akhirnya efisiensi dari plant adalah 

P = 860/PHR = 860/2.613 = 0,329 atau 33 %

BAB IV

PEMBAHASAN

Dari   perhitungan   yang   telah 

dilakukan   diketahui   bahwa   perhitungan 

efisiensi   suatu   pembangkit   listrik   dari 

energi termal seperti PLTU tidak mudah. 

Hal   ini   disebabkan   peralatan   yang   ada 

pada PLTU sangat banyak dan komplek, 

terutama   bila   disertai   atau   dilengkapi 

dengan proses penaikan efisiensi dengan 

super   heater,   reheater   dan   regenerasi. 

Bila   dibandingkan   dengan   PLT   lain 

162

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

misalnya PLTD atau PLTA, jelas bahwa 

perhitungan   efisiensi   PLTU   termal 

berbahan   bakar   minyak,   gas   atau   batu 

bara   akan   lebih   komplek.   Namun   bila 

dibandingkan   dengan   SPUN   (Sistem 

Pembangkit   Uap   Nuklir)   akan   lebih 

mudah   karena   dalam   PLTN,   disamping 

harus   diperhatikan   sisi  non   nuclear  

island,   juga   harus   diperhatikan   sisi 

nuclear island yang juga sangat rumit. 

Dari   data   yang   ada,   diketahui 

perbandingan   efisiensi   secara   umum 

antara     PLTU   konvensional   berbahan 

bakar   fosil   dan   PLTN   seperti   yang 

ditunjukkan pada Tabel 1 [1], [4], 

Tabel 1. Perbandingan besarnya PLTU konvensional dan PLTN

PLTU Konvensional PLTN

Jenis   pem­bangkit

PLTUMinyak

PLTU Gas

PLTU Batu bara

PLTGU Minyak dan Gas

BWR PWR PHWR HTR

 (%) 33­35 24­27  33­35 43­45 s/d 30 s/d 34 28­29 s/d 40

Nilai   pada tabel di atas adalah  

harga   kisaran   karena   efisiensi   akan 

berubah   bila   beban   berubah,   disamping 

itu   juga   tergantung   pada   sistem   dan 

peralatan   yang   dipakai.   Sebagai   acuan 

adalah  apabila   semakin   tinggi   suhu dan 

tekanan   pada   sistem   maka   efisiensinya 

akan   lebih   besar.   Karena   adanya 

keterbatasan­keterbatasan   untuk 

menaikkan tekanan dan suhu fluida maka 

efisiensi   tidak   dapat   dinaikkan   terus 

berdasarkan pada tekanan dan suhu yang 

dikehendaki.   Seperti   diketahui   bahwa 

pada  SPUN,  khususnya   jenis  PWR dan 

BWR   ada   pembatasan   terhadap   fluida 

kerja uap yaitu : [12] 

1. Kondisi   kritis   dari   uap,   3206,2 

psia dan 705,4 OF

2. Alasan teknis berupa problem dua 

fasa dari  air,  hot spot  pada teras 

reaktor, korosi dan lain­lain

Dengan   alasan   tersebut   maka 

dapat   dipahami   bahwa   efisiensi   bersih 

(net effisiency) dari PLTN lebih kecil dari 

pada   PLTU   konvensional   khususnya 

untuk bahan bakar minyak, dan batu bara. 

Sedangkan PLTGU mempunyai efisiensi 

yang   paling   besar   karena     adanya 

pengoptimalan   uap   yaitu   pemanfaatan 

163

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

kembali   panas   sisa   yang   terkandung   di 

dalam uap keluar dari turbin. Dalam hal 

ini   dapat   dipakai   sebagai   acuan   umum 

bahwa   besarnya   HR   untuk   PLTU 

konvensional   adalah   9.500   BTU/KWH, 

sedangkan   untuk   PLTN   adalah   10.500 

BTU/KWH. Karena efisiensi merupakan 

kebalikan   dari   HR   maka   secara   umum 

besarnya   efisiensi   PLTU   konvensional 

dan  PLTN masing­masing  adalah  35,81 

% dan 32,49 %.

Seperti   diketahui   pula   bahwa 

PLTN   mengalami   perkembangan   yang 

cukup   pesat   yaitu   sudah   mencapai 

generasi   ke   IV.   Berkaitan   dengan   hal 

tersebut maka efisiensi PLTN juga terus 

mengalami   perbaikan   atau   peningkatan. 

Sebagai   contoh   adalah  BWR di   Jepang 

yang terus mengalami perkembangan dari 

BWR­2   (Tsuruga­1)   dan     BWR­3 

(Fukushima­1)   mempunyai   efisiensi   33 

%,   BWR­4   (Hamaoka­2)   dan   BWR­5 

(Tokai­2) mempunyai efisiensi 34 %, dan 

yang  terakhir  adalah  reaktor  didih  maju 

(Advanced Boiling Water Reactor  ) atau 

ABWR   (Kasiwasaki­6)   ABWR   yang 

mempunyai efisiensi 34,5 % serta reaktor 

air   tekan  maju  APWR dengan   efisiensi 

sebesar 35,3 %.[13], [14]

BAB V

KESIMPULAN

Dari perhitungan dan pembahasan 

yang   telah   dilakukan   dapat   diambil 

beberapa kesimpulan sebagai berikut.

1. Perhitungan   efisiensi   suatu  plant 

pembangkit   listrik   tidak   mudah 

karena   sangat   tergantung   dari 

keadaan   dan   peralatan   dari 

pembangkit   tersebut,   sehingga 

perhitungan hanya dimungkinkan 

dengan metode heat rate atau laju 

kalor. 

2. Peningkatan efisiensi pada PLTU 

konvesional   dilakukan   dengan 

pengolahan   uap   yaitu   proses 

superheat, reheat dan regeneratif. 

Di   samping   itu   dapat   juga 

dilakukan   dengan   pemanfaatan 

uap   panas   yang   lebih   optimal 

seperti  pada  PLTGU. Sedangkan 

peningkatan efisiensi pada PLTN 

pada   umumya   dilakukan   dengan 

menaikan suhu uap panas seperti 

yang terdapat di dalam HTR.

3. Secara   umum   efisiensi   PLTU 

konvensional   sedikit   lebih   tinggi 

dari   PLTN   karena   adanya 

perbedaan dalam pengolahan uap. 

164

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

Namun perbedaannya tidak terlalu 

jauh yaitu berkisar antara 3­4 %. 

4. Efisiensi PLTU konvensional dan 

PLTN berkisar  antara  30 sampai 

dengan   35   %,   kecuali   untuk 

PLTGU dapat   sampai  45 % dan 

HTR dapat mencapai 40 %.

DAFTAR PUSTAKA

1. HUDI   HASTOWO,   Sistem Pembangkit   Uap   Nuklir,   Diklat Teknologi   dan   Perencanaan   Energi, Pusat Pendidikan dan Latihan, Badan Tenaga   Atom   Nasional,   Oktober 1988.

2. ZAKI   SU’UD,   Strategi Pengembangan   Riset   Dalam   Dalam Bidang   Iptek   Nuklir  Dalam  Rangka Penyiapan SDM yang Berkualifikasi Tinggi”. JFN, Vol.1 No.1, Mei 2007 ISSN 1978­8738. 

3. IR.   ADIWARDOYO,   Persiapan Pembangunan   dan   Pengoperasian PLTN­Lingkup   Tupoksi   BATAN, Kumpulan  Makalah Utama,  Seminar Nasional IV SDM Teknokogi Nuklir, STTN­BATAN, 25 Agustus 2008.

4. IR.   SETIYOBAKTI,     Dampak Lingkungan   Pengoperasian   Unit Pembangkit   Tenaga”,   Diklat Teknologi   dan   Perencanaan   Energi, Pusat Pendidikan dan Latihan, Badan Tenaga   Atom   Nasional,   Oktober 1988.

5. EFFENTRIP   AGOES,   DJODJO, Sumber   Daya   Energi   Primer   Diklat Teknologi   dan   Perencanaan   Energi, Pusat Pendidikan dan Latihan, Badan Tenaga   Atom   Nasional,   Oktober 1988.

6. Mursid   D.   M.   Sc,   “Jenis   dan Karakteristik   Energi”,   Diklat Teknologi   dan   Perencanaan   Energi, Pusat Pendidikan dan Latihan, Badan Tenaga   Atom   Nasional,   Oktober 1988.

7. IR.   SUBARYADI;   IR.   G.   M. TARIGAN, “PLTU­Minyak & Gas“, Diklat   Teknologi   dan   Perencanaan Energi,   Pusat   Pendidikan   dan Latihan,  Badan   Tenaga   Atom Nasional, Oktober 1988.

8. M.   M.   El­WAKIL,   “   Instalasi Pembangkit   Daya”   Jilid   1,   Penerbit Erlangga, 1992

9. KAM   W.   LI,   A   PAUL   PRIDDY, Power   Plant   System   Design, Copyright   1985,   Published Simultaneously in Canada. 

10. IR.   PRAYITNO,   “Pusat   Listrik Tenaga Gas (PLTG) dan Pusat Listrik Tenaga   Gas   dan   Uap   (PLTGU)”, Diklat   Teknologi   dan   Perencanaan Energi,   Pusat   Pendidikan   dan Latihan,  Badan   Tenaga   Atom Nasional, Oktober 1988.

11. IR.   PURWANTO,   “Uraian   Umum Pusat   Listrik   Tenaga   Uap   (PLTU) Batu   Bara,   Diklat   Teknologi   dan Perencanaan   Energi,   Pusat Pendidikan   dan   Latihan,  Badan Tenaga   Atom   Nasional,   Oktober 1988

12.ERIK   S.   PEDERSEN,   Nuclear Power,   volume   1.   Nuclear   Power Plant   Design”,   Ann   Arbor   Science Publisher Inc/The Butterworth Group, Michigan   48106,   copyright   1978,  Fourth printing, 1982.

13. Ensiklopedi   Teknologi   Nuklir–BATAN,   sumber   .http//mext­atm.jst.go.jp/images/02/02­01.­01­01/01 git

165

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

14.AKHMAD   SYAUKAT,   Jurnal Pengembangan Energi Nuklir  Vol 2, No. 4 Desember 2000 : 191 – 198. 

166