PRODUKSI ENERGI THERMAL Dan biaya investasi pembangkit Pertemuan 14 & 15

PRODUKSI ENERGI THERMAL KONVERSI ENERGI MEKANIK KONVERSI ENERGI LISTRIK KONVERSI ENERGI ELEKTROMAGNETIK KONVERSI ENERGI KIMIA KONVERSI ENERGI NUKLIR ENERGI THERMAL

KONVERSI ENERGI MEKANIK KE THERMAL Konversi energi mekanik menjadi energi thermal dapat ditemukan pada proses GESEKAN Proses ini kebanyakan dilakukan pada proses THERMODINAMIKA atau PELUMASAN Contoh gesekan : gesekan antara sol sepatu dengan lantai, shgg dapat berjalan gesekan antara pita/piringan rem dengan tromol roda mobil shgg mobil dapat berhenti

KONVERSI ENERGI LISTRIK KE THERMAL B. Konversi energi listrik menjadi energi thermal dapat ditemukan pada proses PEMANASAN JOULE (Joule Heating Process) Kerugian ini terjadi bila arus listrik mengalir ( I ) amper pada suatu penghantar dengan tahanan ( R ) ohm) , maka akan timbul panas sebesar yang merupakan kerugian daya (P ) watt atau LOSIS Pada sistem tenaga listrik kerugian ini adalah kerugian yang tidak diinginkan, tetapi hal ini terjadi disetiap konduktor yang digunakan pada jaringan listrik. I2 R

KONVERSI ENERGI LISTRIK KE THERMAL B. KONVERSI ENERGI LISTRIK KE THERMAL Kerugian faktor daya, jika energi listrik melalui sebuah kapasitor atau sebuah kumparan induksi, sebagian energi disimpan dalam medan listrik dan medan magnet sesuai dengan impedansinya. Jika arusnya berbalik maka medan magnet dan medan listrik yang timbul akan hilang dan menghasilkan pulsa energi listrik. Jika impedansi kapasitif dan magnetik ketemu, maka energi listrik yang tersimpan cukup untuk memberi muatan pada medan magnet dan tidak ada kerugian daya netto. Jika impedansi tidak bertemu maka kelebihan energi diubah menjadi energi thermal, sehingga pembangkit harus menambah supplay daya kepelanggan lebih banyak, akibatnya timbul rugi daya.

KONVERSI ENERGI ELEKTROMAGNETIK KE THERMAL C. Konversi energi elektromagnetik menjadi energi thermal dapat dilansungkan dalam beberapa jenis absorpsi. Untuk radiasi elektromagnetik energi-tinggi misalnya : radiasi gamma dan sinar-X, proses absorpsi merupakan fenomena VOLUMETRIK Pada sebagian besar absorpsi radiasi thermal merupakan proses absorpsi ppermukaan. Sebagian bahan adalah transparan terhadap beberapa panjang gelombang radiasi thermal dan tidak tembus cahaya untuk panjang gelombang lainnya Kaca adalah transparan terhadap panjang gelombang ultraviolet dan bagian yang tampak dari spektrum thermal tetapi tidak tembus cahaya terhadap radiasi infra merah yang dipancarkan oleh kebanyakan permukaan., dan hal ini membawa kepada apa yang disebut “ efek rumah kaca” dan berguna untuk menangkap energi matahari.

KONVERSI ENERGI KIMIA KE THERMAL D. Pada awalnya sumber utama energi bahan bakar adalah dari produksi energi thermal dari energi kimia. Reaksi kimia eksothermis yang paling penting dalam produksi energi ini adalah REAKSI PEMBAKARAN REAKSI PEMBAKARAN adalah sebuah reaksi oksida tiga macam unsur dapat terbakar yang dapat dijumpai dalam beberapa bahan bakar fosil yakni : karbon, hidrogen, sulfur yang diubah menjadi : karbodioksida (CO2), Uap air (H2O) dan sulfur dioksida(SO2)

KONVERSI ENERGI NUKLIR KE THERMAL Reaksi utama nuklir yang dapat melepaskan energi menjadi berbagai bentuk energi lain (thermal) adalah :1) Peluluhan radio aktif, 2). Reaksi FISI, 3). Reaksi FUSI Dari ketiga jenis reaksi tsb yang paling banyak menghasilkan energi nuklir adalah pada proses REAKSI FISI dengan alat dimana proses ini dilaksanakan adalah Reaktor Fisi Nuklir Reaktor nuklir adalah sebuah alat dimana reaksi FISI berantai yang terkendali dijaga agar dapat menghasilkan neutron atau energi. Setiap reaktor nuklir beroperasi memiliki suatu MASA KRITIS yakni masa minimum dari bahan yang dapat berfisi dan terus menerus mendukung reaksi fisi berantai. Besar masa kritis berkisar antara 200 gram s/d 500 kg

Faktor pengali ( k ) suatu reaktor didefenisikan sebagai perbandingan jumlah neutron yang dihasilkan dalam satu pembangkitan dibagi dengan jumlah neutron yang dihasilkan pada pembangkitan sebelumnya Jika faktor pengali lebih besar dari dari satu (1), maka populasi neutron dan daya reaktor bertambah menurut waktu. Reaktor ini disebut SUPERKRITIS Jika k = 1 ( tepat satu ) , maka populasi neutron dan daya reaktor adalah KONSTAN dan reaktor disebut KRITIS Besaran lain yang erat kaitannya dengan faktor pengali adalah REAKTIVITAS REAKTOR ( ρ ) yang dapat dihitung dengan : Untuk reaktor superkritis ρ = positif Untuk reaktor kritis ρ = nol Untuk reaktor sub-kritis ρ = negatif

EKONOMI ENERGI PADA PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK Biaya Modal Merupakan bagian dari biaya keseluruhan yang konstan dan harus dibayar apakah pembangkit bekerja atau tidak . Contoh : harga tanah, biaya konstruksi, biaya pajak, asuransi, bunga investasi Biaya Operasional Merupakan biaya-biaya yang mencakup semua pengeluaran yang terjadi sepanjang masa operasi pembangkit. Contoh : gaji karyawan, biaya bahan bakar, biaya perawatan , pajak-pajak tertentu

FORMULA YANG DIGUNAKAN Bila investasi sebesar A dollar, ditanamkan dengan suku bunga i % yang digandakan n kali pertahun, maka nilai total investasi ( AT ) pada akhir periode operasi selama top tahun adalah: Jika pembayaran daya ke perusahaan dengan jumlah yang sama sebesar S dollar selama operasi, dana ini dapat diinvestasikan untuk membayar investasi awal ditambah bunga pada ahir periode operasi. Jumlah Total dapat diakumulasikan yang harus sama dengan AT , dengan menginvestasikan S dollar dengan m kali setahun dengan suku bunga pertahun sebesar j yang digandakan m tiap tahun, maka jumlah total dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

Beberapa Pembangkit memerlukan beberapa tahun untuk membangun konstruksinya sebelum menghasilakan energi. Selama pembangunan mengeluarkan uang sebagai investasi awal A, jik biaya kontruksi dibayar seragam sebesar R dollar selama masa pembangunan, maka investasi modal aktual pada waktu muali akan besar dengan : R adalah biaya tambahan yang dibayarkan p kali setahun selama pembangunan, tC adalah masa kontruksi (tahun) dan i adalah suku bunga. Besar R dapat dihitung dengan rumusan sbb :

Biaya energi untuk pemakaian bahan bakar pembangkit disingkat dengan X sen dollar per juta Btu. Jika biaya bahan bakar X, maka biaya satuan daya rata-rata bahan bakar adalah : Biaya satuan daya bahan bakar = 0,003413 X /Th sen dollar / kWe.h Biaya operasi yang berkaitan dengan karyawan dihitung dalam sen dollar per kilowatt-jam dengan persamaan berikut :

Notasi-notasi yang digunakan AT = nilai total investasi A = Modal/ investasi i atau j = tingkat suku bunga (%) n/m/p = berapa kali penggandaan bunga dalam setahun top = lama periode operasi tc = masa konstruksi (tahun) Pmaks = keluaran daya R = biaya tambahan/ biaya pemasangan konstruksi selama pembangunan N = jumlah karyawan AS = gaji rata-rat tahunan LF = faktor beban rata-rata pembangkit th = efisiensi sebuah pembangkit

Contoh Soal Sebuah pembangkit tenaga nuklir berkapasitas 1– gigawatt (1000Mev) Dengan biaya nominal $800 per kilowatt. Bunga digandakan pertriwulan dengan bunga pertahun 8%. Effisiensi pembangkit adalah 33%, faktor beban 70%, lama pemasangan konstruksi 10 tahun, masa operasi 40 tahun, biaya bahan bakar 25 sen dollar per juta- Btu. Perioda pembayaran kontruksi adalah pertriwulan. Hitung biaya-biaya satuan daya modal dan biaya bahan bakar. Jawaban: Diketahui: Biaya satuan= $800 perkilowatt (kWe) Pmaks = 1000 Mev = 106 kWe M = n = p = 4 tahun tc = 10 tahun top = 40 tahun i=j = 8% = 0,08 per tahun th = 33 % = 0,33 LF = 70% = 0,7

a). Biaya Modal adalah: Harga fasilitas pada akhir masa pembangunan kontruksi ( A ) : Maka :

Biaya Modal total:

Keluaran energi per triwulan (EQ) S = Pembayaran daya per triwulan yang diperlukan untuk memenuhi biaya modal. Keluaran energi per triwulan (EQ) EQ = (Pmaks) (LF) (waktu per triwulan) = Biaya modal per kWe.jam = 1,644 sen-dollar/ kWe. Jam = 16,44 mils/ kWe . jam

b). Biaya Operasi Biaya satuan daya bahan bakar = 0,003413 X /Th = 0,259 sen / kWe.jam = 2,59 mils / kWe . jam Upah karyawan ( anggap diperlukan 30 karyawan ): Jadi Biaya total ( diluar pajak, laba, dsb ) : = 16,44 + 2,59 + 0.10 = 19, 13 mils / kWe . jam

terimakasih