ANALISIS KONSUMSI ENERGI LISTRIK PADA … Budiyono... · distribusi dan konversi energi yang...

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII

Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086

Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK

*) Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN 141

ANALISIS KONSUMSI ENERGI LISTRIK

PADA FASILITAS INSTALASI PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF

BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

Budiyono, Sumarbagiono, Sugianto*)

ABSTRAK

ANALISIS KONSUMSI ENERGI LISTRIK PADA FASILITAS INSTALASI

PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL. Telah dilakukan analisis konsumsi energi listrik pada fasilitas Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif Badan Tenaga Nuklir Nasional. Analisis bertujuan mengevaluasi kebutuhan dan penggunaan energi listrik Pusat Teknologi Limbah Radioaktif. Penelitian menggunakan metode pengumpulan data arus beban dan data kelistrikan lain untuk menghitung energi listrik terpakai. Hasil penelitian diketahui bahwa 61% konsumsi energi listrik Pusat Teknologi Limbah Radioaktif digunakan untuk operasional Media Energy Supply. Peralatan dengan konsumsi energi terbanyak adalah chiller yaitu 36% dari total kebutuhan. Nilai pemakaian energi Pusat Teknologi Limbah Radioaktif sebesar 87.553 kWh/bulan sampai dengan 165.088 kWh/bulan tergantung pada jenis kegiatan operasi. Nilai batas pemakaian yang ditetapkan Badan Tenaga Nuklir Nasional dalam rangka program hemat energi selama ini sebesar 69.872 kWh/bulan dinilai tidak mencukupi untuk operasi peralatan pengolahan limbah dan sarana pendukung secara optimal.

Kata kunci: konsumsi energi listrik, pengolahan limbah radioaktif, optimal

ABSTRACT

ELECTRICAL ENERGY CONSUMPTION ANALYSIS FOR RADIOACTIVE

WASTE MANAGEMENT INSTALLATION FACILITY NATIONAL NUCLEAR ENERGY

AGENCY. An analysis has been done on electric energy consumption Radioactive Waste

Management Installation facility National Nuclear Energy Agency. The analysis aims to evaluate

demand and consumption of electric energy for installation of Radioactive Waste Technology

Center. The research conducted using electric current data methods and data load another

electricity to calculate the electric energy used. The research shows that 61% electrical energy

consumption of Radioactive Waste Technology Center for Media Energy Supply operations.

Equipment with the highest energy consumption is chiller that 36% of the total requirement. The

value of energy consumption of Radioactive Waste Technology Center of 87,553 kWh / month up to

165,088 kWh / month depending on the type of operations. Limit values set out the National

Nuclear Energy Agency in the framework of energy-saving programs during the registration

69,872 kWh / month is not considered sufficient for the operation of waste treatment equipment

and support facilities optimally.

Keywards: electrical energy consumtion, radwaste treatment, optimally

PENDAHULUAN

Pusat Teknologi Limbah Radioaktif (PTLR) adalah satuan kerja di bawah BATAN yang mengemban tugas dan fungsi melaksanakan pengelolaan limbah radioaktif untuk mencegah timbulnya radiasi terhadap manusia dan lingkungan, serta melaksanakan pengendalian keselamatan lingkungan untuk mendukung operasi pemanfaatan iptek nuklir. Dalam operasinya, PTLR mampu melayani pengolahan limbah radioaktif padat dan cair yang berasal dari pengusaha instalasi nuklir

dan pengguna zat radioaktif baik di BATAN maupun luar BATAN seperti industri, rumah sakit, lembaga penelitian dan lain-lain. Untuk kegiatan layanan ini, PTLR memiliki Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif dan fasilitas pendukung lainnya. Fasilitas instalasi pengolahan terdiri dari; evaporator, kompaktor, insenerator, unit sementasi, dekontaminasi dan dekomisioning. Sedangkan fasilitas sarana pendukung adalah seluruh peralatan media energy

supply (MES).




142

Evaporator PTLR mampu mengolah limbah cair anorganik aktivitas rendah dan sedang dengan cara penguapan pada temperatur 100 °C. Kapasitas tampung limbah radioaktif cair anorganik pra olah sebanyak 200 m³ dan mampu mengevaporasi limbah sebanyak 0,75 m³⁄jam. Hasil olahan berupa konsentrat limbah radioaktif yang selanjutnya diimobilisasi dengan matriks semen dan destilat yang dapat dibuang ke lingkungan.

Kompaktor mampu mengkompaksi limbah padat dapat mampat aktivitas rendah dan sedang dengan gaya 600 kN dan kemudian mengkapsulasi hasil kompaksi di dalam matriks semen. Kapasitas proses unit kompaksi optimum adalah 14 drum 100 liter terkompaksi di dalam 2 drum 200 liter perminggu.

Insenerator mampu membakar sempurna limbah organik cair dan limbah padat terbakar dengan temperatur hingga 1100 oC dengan kapasitas pembakaran 50 kg/jam. Abu hasil pembakaran diimoblisasi dengan matriks semen di dalam wadah drum 100 liter.

Fasilitas dekontaminasi memberikan layanan dekontaminasi pakaian kerja, shoes

cover, peralatan-peralatan keselamatan kerja kecil maupun paralatan-peralatan di instalasi nuklir yang relatif besar, misalnya pompa, valve, motor, casing filter, ducting, blower dan lain-lain. Unit-Unit dekontaminasi yang tersedia di PTLR adalah laundry, bak perendaman, ultrasonic, sand blasting dan water jetting.

Fasilitas MES berfungsi memberikan layanan media dan energi yang dibutuhkan dalam proses pengolahan limbah. Unit-unit yang tersedia adalah steam system, service

and domestic water system, demineralized

water system, compressed air system,

cooling water system, generator set,

ventilation air conditioning and off-gas

system.

Untuk mengoperasikan seluruh fasilitas pengolahan limbah dan sarana dukung yang telah diuraikan diatas, dibutuhkan sumber energi listrik yang besar. Dalam usaha memenuhi kebutuhan listrik, PTLR memanfaatkan dua sumber energi listrik yaitu dari Perusahaan Listik Negara (PLN) dan Generator set. Kapasitas listrik PLN terpasang sebesar 1455 kVA (kilo volt ampere). Sedangkan kapasitas generator set

untuk menyediakan sumber listrik sebesar 625 kVA. Energi listrik didistribusikan melalui dua buah trafo dengan identitas Trafo 1 dan Trafo 2. Trafo 1 khusus untuk mensuplai jaringan dengan beban 4 buah chiller, sedangkan Trafo 2 untuk mensuplai beban peralatan lainnya [1].

Dalam menindaklanjuti surat edaran Ka. BATAN tentang penghematan energi listrik, PTLR telah melakukan langkah-langkah penghematan. Tindakan yang diambil diantaranya telah dua kali menurunkan daya listrik terpasang dari 2000 kVA ke 1800 kVA tahun 2002 dan dari 1800 kVA ke 1455 kVA tahun 2007. Disamping itu juga dikeluarkan kebijakan untuk meniadakan kegiatan proses shift malam, merubah jam operasi peralatan, pemasangan capacitor bank serta mengatur dan mengurangi lampu penerangan. Namun langkah -langkah penghematan yang telah dilakukan diatas masih belum efisien jika diukur dengan nilai batas penggunaan energi listrik yang diberikan ke PTLR saat ini sebesar 69.872 kWh per bulan. Oleh karena itu, tulisan ini bertujuan untuk menguraikan dan mengevaluasi kembali konsumsi energi listrik secara riil pada fasilitas Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif PTLR.

TEORI

Konsumsi energi listrik di fasilitas pengolahan limbah radioaktif lebih banyak digunakan sebagai suplai daya motor dengan sirkuit tiga fase. Sirkuit tiga fase umum digunakan pada mayoritas sistem transmisi, distribusi dan konversi energi yang tingkat daya atau volt-amperenya (VA) berada diatas 10 kilowatt (kW) atau kilovolt-ampere (kVA). Alasan mendasar menggunakan sirkuit tiga fase berhubungan dengan daya jenis (power density), yaitu perbandingan daya ke massa suatu peralatan listrik ataupun daya ke volumenya. Peralatan listrik dengan berat tertentu dapat mengirimkan lebih banyak daya dalam bentuk tiga fase dari pada satu fase [2].

Dalam sistem tiga fase, ada dua macam hubungan yang dapat dibuat, yaitu hubungan bintang dan hubungan delta. Secara umum, tegangan pada kedua hubungan tersebut sama-sama terbagi menjadi dua jenis, yaitu tegangan fase dan tegangan saluran. Untuk menghitung besar daya yang dipakai, hubungan bintang dan delta mempunyai persamaan yang sama,




143

yaitu;

(1)

P = daya terpakai (watt) V = Tegangan tiga fase (volt) I = Arus beban yang mengalir pada setiap fase (ampere) Cos Φ = power factor

Cos Φ atau sering dikenal dengan istilah power factor adalah selisih sudut antara fase gelombang tegangan terhadap fase arus, yang menunjukkan kualitas daya yang dikonsumsi oleh peralatan listrik. Power factor (PF) memiliki satuan tanpa dimensi antara nol dan satu. Besarnya power

factor ditentukan dari jenis beban yang terhubung ke sistem suplai listrik. Jika beban merupakan resistif murni, maka power

factor berada pada nilai satu karena gelombang arus dan tegangan berada pada fase yang sama. Apabila bebannya induktif seperti transformer, motor, dan semua jenis peralatan listrik dengan lilitan koil, maka akan menghasilkan daya reaktif dengan fase gelombang arus berjalan terlambat terhadap fase gelombang tegangan. Sebaliknya jika bebannya kapasitif seperti kapasitor bank maka menghasilkan daya reaktif dengan fase gelombang arus mendahului fase gelombang

tegangan [3].

Power factor merupakan penghubung antara daya yang diperlukan untuk melakukan kerja (kW), daya reaktif (kVAr), dan daya yang sebenarnya dikeluarkan (kVA). Hubungan ketiganya terlihat jelas pada Gambar 1. Daya reaktif (kvar) ditimbulkan oleh beban induktif dan kapasitif, yang mana keduanya mempunyai jarak sudut 180o satu sama lain.

(2)

Berdasarkan hubungan segitiga diatas dapat ditentukan nilai power factor:

(3)

Untuk menghitung jumlah energi terpakai digunakan persamaan:

(4)

W = energi listrik yang terpakai (watt jam) P = daya terpakai (watt) t = waktu pemakaian (jam)

Gambar 1. Hubungan antara daya aktif, daya reaktif dan daya nyata

tPW .=

Ø

kW

kVA

kVAr (kapasitif)

kVAr (induktif)

kVAr (total)

φCosIVP ...3=

)(

)(tan 1

kWhdayaaktif

kVArfdayareakti−=φ

φCosPF =




144

TATA KERJA

Dalam melakukan analisis, penulis terlebih dahulu melakukan pengamatan dan pengumpulan data sebelum melakukan perhitungan. Adapun tahapan yang dilakukan adalah sebagai berikut.

1. Pengumpulan Data Kelistrikan

Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif PTLR memanfaatkan sumber energi listrik utama dari PLN. Dari gambar sistem jaringan, suplai listrik PLN 20 kV terhubung ke trafo milik PTLR melalui saklar utama. Trafo yang digunakan ada dua yaitu satu trafo dihubungkan ke Low Voltage

Main Distribution Board (LV MDB) I melalui motorized Magnetic Circuit Breaker (MCB) dan trafo lainnya dihubungkan ke LV MDB II juga dengan motorized

Magnetic Circuit Breaker (MCB). LV MDB I khusus mensuplai listrik ke jaringan beban chiller sedangkan LV MDB II mensuplai listrik ke jaringan beban lainnya. Pada LV MDB II, jaringan dicabang ke jalur normal dan jalur emergency. Kedua jalur dipisah menggunakan MCB model motorized

coupler. Pola kerja penyambungan masing-

masing MCB dapat dilakukan secara otomatis/manual. Gambar online diagram tentang sistem kelistrikan PTLR diperlihatkan pada Gambar 1.

2. Data Tagihan Listrik

Data penggunaan energi listrik PTLR selama periode tahun 2006 sampai dengan tahun 2009 diperlihatkan pada Tabel-1.

3. Perhitungan Konsumsi Listrik

Perhitungan energi listrik menggunakan dua sumber data yaitu hasil pengukuran arus beban dan data kelistrikan setiap peralatan. Pengukuran arus beban dilakukan pada peralatan yang beroperasi rutin. Sedangkan data kelistrikan diambil dari dokumen gambar dan name plate peralatan. Perhitungan daya terpakai menggunakan persamaan 1 - 4. Hasil perhitungan kebutuhan listrik wajib untuk peralatan MES diperlihatkan pada Tabel-2. Kebutuhan listrik PTLR selain peralatan MES dapat dilihat pada Tabel-3.Kebutuhan listrik untuk MES terkait jenis pengolahan limbah diperlihatkan pada Tabel-4.

Tabel-1. Penggunaan Listrik PTLR Tahun 2006 – 2009




145

Gambar-2. Online diagram sistem kelistrikan Pusat Teknologi Limbah Radioaktif



Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-Ristek




146

Tabel-2. Kebutuhan Listrik Wajib untuk Peralatan Media Energy Supply (MES)

Tabel-3. Kebutuhan Listrik PTLR selain Peralatan MES

NO NAMA SISTEM DAYA (TERPASANG)

kW kVA

1 EVAPORASI 46.40 58.00

2 SEMENTASI 72.13 90.16

3 KOMPAKSI 22.10 27.63

4 INSENERASI 123.12 153.90

5 DEKONTAMINASI 84.16 105.20

6 BENGKEL 10.00 12.50

7 FIRE PROTECTION 39.20 49.00

8 PENERANGAN 82.87 103.59

9 AC SPLIT 40.00 50.00

10 PERALATAN LAB. 5.00 6.25

11 KOMPUTER 10.50 13.13




147

Tabel-4. Kebutuhan Listrik untuk MES terkait Jenis Pengolahan Limbah




148

PEMBAHASAN

Perhitungan konsumsi energi listrik pada masing-masing unit fasilitas pengolahan limbah radioaktif dan fasilitas pendukung telah dilakukan. Perhitungan berdasarkan pada besarnya daya terpakai dan waktu operasi peralatan. Grafik hasil perhitungan konsumsi energi listrik diperlihatkan pada Gambar 3. Gambar menunjukkan bahwa fasilitas dukung/ MES membutuhkan energi listrik terbesar atau 61% dari total kebutuhan listrik PTLR. Sebagai penyedia media dan energi pendukung proses pengolahan limbah, MES mengoperasikan peralatan listrik berdaya besar dalam waktu lama sehingga kebutuhan energi listrik juga besar. Sebagai gambaran: satu sistem chiller mempunyai daya 120 kW, kompresor udara 30 kW, pompa servis 30 kW dan exhaust fan 48 kW. Sistem tersebut rata-rata beroperasi selama 8 jam per hari kerja. Prosentase terkecil kebutuhan energi listrik PTLR terdapat pada unit fire

protection yaitu 0,5 %. Meskipun kapasitas dayanya 39,20 kW namun waktu operasinya kecil. Sistem hanya dioperasikan saat kegiatan perawatan.

Prosentase 61% kebutuhan listrik PTLR yang digunakan MES, jika diuraikan dalam bentuk grafik kebutuhan per unit peralatan dapat dilihat pada Gambar 4. Grafik menunjukkan bahwa prosentase terbesar energi digunakan untuk operasional chiller. Hal ini disebabkan untuk memenuhi kebutuhan sistem Ventilation Air

Conditioning (VAC), MES harus mengoperasikan 3 sistem chiller secara bersamaan yang berarti 3 x 120 kW = 360 kW. Sistem chiller beroperasi setiap hari kerja selama 8 jam. Prosentase kebutuhan energi listrik pada sistem MES yang lain lebih kecil karena masing-masing hanya beroperasi satu dari dua sistem. Konsumsi energi terkecil terdapat pada fuel system yaitu 0,1 %, karena sistem hanya berkapasitas 0,75 kW dan operasionalnya pun tidak kontinyu karena bersamaan dengan operasi generator set atau steam

system.

Jika dihitung secara keseluruhan berdasarkan Gambar 3 dan Gambar 4,

kebutuhan energi listrik unit chiller tetap menempati porsi paling tinggi yaitu 36% dari total kebutuhan energi PTLR. Oleh karena itu operasi sistem ini sangat menentukan besar kecilnya jumlah pemakaian energi listrik setiap bulan.

Gambar 3. Prosentase konsumsi energi listrik PTLR




149

Gambar 4. Prosentase konsumsi energi listrik per unit peralatan MES

Hasil perhitungan konsumsi energi listrik setiap bulan berdasarkan jenis kegiatan dapat dilihat pada Gambar 5. Perhitungan menggunakan asumsi bahwa operasi rutin adalah operasi MES dan unit pendukung lain tanpa proses pengolahan limbah. Waktu operasi menggunakan 8 jam per hari dan 20 hari per bulan. Untuk sebagian kecil penerangan menggunakan waktu operasi 24 jam selama 30 hari per bulan. Asumsi waktu proses dalam perhitungan konsumsi energi listrik saat pengolahan limbah adalah 8 jam per hari dan 10 hari per bulan.

Grafik pada Gambar 5 menunjukkan bahwa kebutuhan energi listrik setiap bulan untuk jenis kegiatan operasi rutin adalah 87.553 kWh. Nilai ini merupakan batas minimal harus disediakan dalam mengoptimalkan operasional MES. Apabila instalasi pengolahan limbah radioaktif beroperasi secara penuh maka konsumsi energi listrik per bulan adalah 165.088 kWh.

Terdapat tiga jenis data nilai batas pemakaian energi listrik per bulan yaitu dari Badan Tenaga Nuklir Nasional sebesar 69.872 kWh, rata-rata pemakaian tahun 2006 sampai dengan tahun 2009 sebesar 78.150 kWh, dan hasil perhitungan sebesar 87.553 kWh - 165.088 kWh tergantung jenis kegiatan operasi. Data nilai batas pertama jelas terlalu kecil jika melihat besarnya fasilitas instalasi pengolahan limbah PTLR. Dengan data tersebut tidak mungkin diperoleh predikat efisien dalam rangka penghematan energi. Data nilai batas kedua merupakan hasil rata-rata pemakaian tahun 2006 - 2009. Pada periode tersebut sebagian peralatan instalasi pengolahan limbah dan sarana pendukung dalam kondisi rusak sehingga sistem tidak beroperasi secara optimal. Data nilai batas ketiga merupakan kondisi riil saat ini. Revitalisasi peralatan yang telah dan sedang dilaksanakan akan mengembalikan fungsi masing-masing peralatan sehingga sistem bekerja optimal. Dengan optimalnya kinerja sistem maka konsumsi energi juga bertambah melebihi nilai batas data pertama maupun kedua.




150

Gambar 5. Grafik kebutuhan energi listrik per bulan pada masing-masing jenis kegiatan

KESIMPULAN

Dari bahasan diatas dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut; 1. Konsumsi energi listrik PTLR terbanyak

digunakan untuk operasional fasilitas media energy supply (MES) yaitu 61% dari total pemakaian.

2. Konsumsi energi listrik fasilitas MES terbanyak digunakan untuk operasional chiller yaitu 61% dari total kebutuhan MES dan 36% dari total pemakaian PTLR.

3. Batas pemakaian energi listrik PTLR untuk operasi optimal adalah 87.150 sampai dengan 165.088 kWh per bulan tergantung dari jenis kegiatan operasinya.

4. Nilai batas pemakaian 69.872 kWh per bulan yang diberikan selama ini tidak mencukupi guna mengoperasikan secara optimal fasilitas pengolahan limbah dan sarana dukung PTLR.

DAFTAR PUSTAKA

1. JONNER SITOMPUL, ”Pengoperasian Sistem Catu Daya Pusat Teknologi Limbah Radioaktif” Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR, Tangerang, 2008.

2. WAHYUDI JONATHAN, ”Audit Energi Listrik pada Empat Mesin Injection Moulding Utama di PT. M”, Surabaya, 2007. http://dewey.petra.ac.id/jiunkpe_dg_5117.html

3. Wikipedia, The free Encyclopedia, 17 March 2010 at 22:48. Http://en.wikipedia.org/ wiki/Power_Factor

4. ZUHAL, ”Dasar Tenaga Listrik dan Elektonika Daya”, Gramedia, Jakarta 1995.

87.553

130.467 128.393121.665

127.814 129.746 134.163 132.235 135.517

165.088

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

Ru

t in

Sem

enta

si

Eva

por

a si

Kom

pak

si

Dek

ont

amin

asi

Inse

ner

asi

Sem

enta

si &

Eva

por

a si

Sem

enta

si &

Ko

mp

aksi

Sem

enta

si &

Ins

ener

a si

Ope

rasi

Pen

uh

Jenis Kegiatan

Ko

ns

um

si

En

erg

i li

str

ik (

KW

H/b

ula

n)

ANALISIS KONSUMSI ENERGI LISTRIK PADA … Budiyono... · distribusi dan konversi energi yang...

Documents

Transcript of ANALISIS KONSUMSI ENERGI LISTRIK PADA … Budiyono... · distribusi dan konversi energi yang...