ANALISIS TERMODINAMIKA UNTUK OPTIMASI SISTEM KONVERSI ENERGI RGTT200K

Transkripsi

1 ISSN 0-8 Ign. Djoko Irianto ANALISIS TERMODINAMIKA UNTUK OPTIMASI SISTEM KONVERSI ENERGI RGTT00K Ign. Djoko Irianto Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir-BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang 0 Telp./Fax: igndjoko@batan.go.id ABSTRAK ANALISIS TERMODINAMIKA UNTUK OPTIMASI SISTEM KONVERSI ENERGI RGTT00K. RGTT00K adalah Reaktor Gas Temperatur Tinggi (RGTT) berdaya termal 00 M, berpendingin helium dengan temperatur outlet reaktor 90 o C dan bertekanan,0 MPa. Reaktor ini didesain dengan konsep kogenerasi untuk pembangkit listrik, produksi hidrogen dan desalinasi. Sistem konversi energi RGTT00K menerapkan siklus langsung dimana seluruh komponen utama berada dalam satu lintasan aliran pendingin. Dalam makalah ini diuraikan hasil penelitian optimasi sistem konversi energi RGTT00K. Analisis dilakukan dengan cara membandingkan hasil perhitungan efisiensi termal dan faktor pemanfaatan energi (Energy Utilization Factor/EUF) terhadap konfigurasi sistem konversi energi RGTT00K yang masing-masing dengan kompresor dan kompresor. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan paket program komputer ChemCAD. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa dengan pemasangan dua kompresor dan satu intercooler dapat diperoleh efisiensi termal sebesar 0,% dan EUF sebesar 79,97%. Sedangkan dengan satu kompresor diperoleh efisiensi termal sebesar 9,% dan EUF sebesar 79,7%. Penambahan satu kompresor dan satu intercooler hanya mampu menaikkan efisiensi termal kurang dari %. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa untuk desain RGTT00K dengan daya termal 00 M dan laju alir pendingin helium 0 kg/s dan tekanan MPa cukup menggunakan sebuah kompresor tanpa intercooler. Kata kunci: RGTT00K, sistem konversi energi, kogenerasi, efisiensi termal, EUF ABSTRACT THERMODYNAMIC ANALYSIS FOR OPTIMIZING RGTT00K ENERGY CONVERSION SYSTEM. RGTT00K is High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) with 00 M thermal power generation. This reactor employs helium-gas coolant with.0 MPa operating pressure and 90 o C outlet temperature. This reactor is designed with cogeneration concept for power plant, hydrogen production and desalination. Energy conversion system of RGTT00K apply direct cycle with all main component in one path circulation of coolant flow. In this paper, the research optimizes the RGTT00K energy conversion system. Analysis was done by comparing the simulation result of thermal efficiency and energy utilization factor (EUF) between configuration of RGTT energy conversion system which using one compressor and two compressor. Calculation was done by using ChemCAD computer code. The calculation result shows that the energy conversion system utilizing compressor give the thermal efficiency of 0,% and the EUF of 79.97%. hile utilizing compressor, the thermal efficiency is 9.% and the EUF is 79.7%. The addition of a compressor and an intercooler is insignificantly increase the thermal efficiency of less than %. Therefore, it can be concluded that the design of RGTT00K with 00 M thermal power and a helium flowrate of 0 kg/s with pressure of.0 MPa are utilize adequately one compressor without intercooler. Keywords: RGTT00K, energy conversion system, cogeneration, thermal efficiency, EUF PENDAHULUAN alam Peraturan Presiden RI Nomor Tahun D00 tentang Rencana Pembangunan Jangka Menengah Nasional (RPJMN) 00-0 (), telah ditetapkan bahwa salah satu keluaran kegiatan litbang nuklir dalam bidang energi adalah penyelesaian desain konseptual sistem konversi energi dan sistem keselamatan reaktor daya maju kogenerasi. Peraturan Presiden RI Nomor Tahun 00 tersebut ditindak-lanjuti dengan Renstra BATAN 00-0 yang menegaskan bahwa keluaran pada tahun 0 adalah diperolehnya desain konseptual reaktor riset inovatif; desain konseptual reaktor daya maju kogenerasi serta evaluasi teknologi. Salah satu tipe reaktor daya maju yang dikembangkan desainnya adalah RGTT, karena konsep reaktor ini merupakan konsep reaktor daya maju yang dianggap paling siap untuk diaplikasikan di masa depan khususnya untuk aplikasi sistem kogenerasi. Reaktor ini memiliki keluaran energi termal dengan temperatur yang sangat tinggi sekitar 90 o C sehingga memungkinkan aplikasi sistem kogenerasi untuk pembangkit listrik, produksi gas hidrogen dan proses desalinasi air laut. Kegiatan pengembangan sistem energi nuklir berbasis Reaktor berpendingin Gas Temperatur Tinggi (RGTT), telah dilakukan di Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir

2 Ign. Djoko Irianto ISSN 0-8 Badan Tenaga Nuklir Nasional (PTRKN-BATAN) dengan penyusunan desain konseptual RGTT berdaya termal 00 M dengan konsep kogenerasi yang dikenal dengan nama RGTT00K (,). Konsep kogenerasi RGTT00K ditujukan untuk pembangkit listrik, produksi hidrogen dan proses desalinasi air laut. RGTT00K didesain berpendingin gas helium dengan temperatur outlet reaktor 90 o C dan bertekanan MPa. Selain desain sistem reaktor, desain sistem konversi energi menjadi sangat penting untuk menentukan keberhasilan desain RGTT00K. Komponen utama sistem konversi energi dalam RGTT00K adalah Intermediate Heat Exchanger (IHX), turbin gas, kompresor, rekuperator dan precooler (). Sistem konversi energi RGTT00K menerapkan konsep siklus langsung dengan menggunakan turbin gas atau dalam siklus Brayton. Siklus langsung memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibanding dengan siklus tak langsung (). Dalam siklus langsung, turbin dan kompresor dipasang dalam satu lintasan sistem primer. IHX sebagai penyedia energi termal untuk proses produksi gas hidrogen dipasang antara reaktor dan turbin gas. Untuk keperluan penyediaan energi termal untuk proses desalinasi diambil dari precooler yang dipasang pada inlet kompresor. Dalam makalah ini dianalisis hasil perhitungan termodinamika siklus Brayton untuk optimasi sistem konversi energi pada RGTT00K. Perhitungan dilakukan dengan pemodelan proses termodinamika pada siklus Brayton sistem konversi energi pada RGTT00K menggunakan paket program komputer ChemCAD. ChemCAD () adalah perangkat lunak komputer yang dapat digunakan untuk simulasi perhitungan termodinamika dan rekayasa proses (process engineering). Perhitungan termodinamika sistem konversi energi RGTT00K difokuskan pada efisiensi siklus Brayton dengan membandingkan antara sistem konversi energi dengan kompresor dan kompresor. Untuk mengetahui karakteristik sistem secara keseluruhan, dilakukan juga perhitungan neraca energi, distribusi temperatur dan tekanan termasuk perhitungan parameter karakteristik komponen utamanya untuk kedua konfigurasi tersebut. TATA KERJA Perhitungan Turbin Aliran Aksial Analisis termodinamika dilakukan terhadap desain konseptual sistem konversi energi pada RGTT00K. Pada desain konseptual sistem konversi energi RGTT00K ditetapkan penggunaan turbin gas dengan aliran aksial (). Dengan menerapkan persamaan energi aliran mantap berkembang penuh di sepanjang rotor atau sudu jalan, maka kerja yang diberikan oleh turbin gas dapat dihitung menggunakan persamaan () sebagai berikut: turbin = m c ( T T) () p Sedangkan rasio tingkat tekanan antara tekanan inlet dan tekanan outlet pada turbin gas dapat dihitung menggunakan persamaan () sebagai berikut: P T = P T γ γ () Temperatur outlet dari turbin gas dapat dihitung menggunakan persamaan () sebagai berikut: γ P γ T = T + ηs () P γ = c c p v Pada persamaan () sampai dengan persamaan () di atas, subskrip untuk titik masuk (inlet) turbin gas dan subskrip untuk titik keluar (outlet) turbin gas. P dan T masing-masing untuk tekanan dan temperatur absolut. Besaran w, m, c p, c v, ηs secara berurutan menyatakan kerja turbin gas spesifik, laju aliran massa, kapasitas panas spesifik tekanan konstan, kapasitas panas spesifik volume konstan, dan efisiensi isentropis turbin gas. Perhitungan kompresor Dengan menggunakan persamaan energi untuk aliran mantap dan berkembang penuh pada rotor kompresor aksial, maka besarnya kerja kompresor dapat dihitung menggunakan persamaan () sebagai berikut: kompresor = m c ( T T) () p Sedangkan rasio tingkat tekanan antara tekanan outlet dan tekanan inlet pada kompresor aksial dapat dihitung menggunakan persamaan () sebagai berikut: P T = P T γ γ () Temperatur outlet dari kompresor dapat dihitung menggunakan persamaan () sebagai berikut: T P = T + ηs P γ γ () Nomenklatur besaran pada persamaan-persamaan untuk kompresor yaitu persamaan () sampai dengan persamaan () yang meliputi besaran

3 ISSN 0-8 Ign. Djoko Irianto w, m, c p, c v, ηs sama dengan nomenklatur pada persamaan-persaman untuk turbin gas yaitu persamaan () sampai dengan persamaan (). Perhitungan efisiensi termal dan faktor pemanfaan energi Salah satu keuntungan sistem RGTT adalah kemampuannya menghasilkan temperatur luaran yang sangat tinggi hingga mencapai 90 o C. Temperatur luaran yang tinggi, sangat ideal untuk dikopel dengan unit konversi daya atau Power Conversion Unit (PCU) untuk menghasilkan konfigurasi sistem kogenerasi. Dengan sistem kogenerasi, reaktor nuklir dapat digunakan untuk memasok energi termal dan untuk keperluan industri maupun untuk pembangkit daya listrik. Dengan demikian, efisiensi sistem tidak semata dihitung berdasarkan kemampuan pembangkitan daya listrik, tetapi juga kemampuan menyediakan energi termal untuk keperluan industri lain. Efisiensi pembangkitan daya listrik atau efisiensi termal (η ther ) merupakan hasil perkalian antara efisiensi generator listrik dengan daya mekanik yang merupakan selisih antara daya turbin gas dan daya kompresor (). Efisiensi pembangkitan daya listrik secara individual akan lebih tinggi dibanding dengan efisiensi pembangkitan daya listrik dalam sistem kogenerasi. Dalam sistem kogenerasi, efisiensi dihitung berdasarkan nilai faktor pemanfaatan energi termal atau Energy Utilization Factor (EUF) yang meliputi seluruh unit yang memanfaatkan energi termal dari reaktor. Dengan sistem kogenerasi, nilai faktor pemanfaatan energi termal (EUF) dapat mencapai 80% (7), sedangkan yang 0% adalah energi termal yang dibuang ke lingkungan dalam bentuk energi panas. Nilai EUF yang tinggi akan meningkatkan nilai keekonomian sistem kogenerasi dan efisiensi pemanfatan cadangan bahan bakar. Konfigurasi Sistem Konversi Energi RGTT 00 K Sistem konversi energi pada RGTT00K didesain dengan konfigurasi siklus langsung dimana semua komponen utama yaitu : IHX, turbin gas, rekuperator, precooler, dan kompresor berada dalam satu alur siklus aliran pendingin seperti pada Gambar. IHX adalah unit penukar panas yang digunakan sebagai penyedia energi termal untuk proses produksi gas hidrogen. Untuk proses produksi gas hidrogen diperlukan IHX yang mampu menyediakan energi termal dengan temperatur tinggi yaitu sekitar 900 o C. Karena itu IHX dipasang langsung pada outlet reaktor agar memperoleh temperatur tertinggi. IHX untuk RGTT00K didesain dengan tipe shell and tube dengan modifikasi sisi tube yang dibentuk secara helical. Dimensi pada model desain IHX RGTT00K mengacu pada desain IHX untuk GTHTR00C [8]. Precooler yang dipasang pada inlet kompresor selain berfungsi untuk menurunkan temperatur inlet pada kompresor, juga berfungsi untuk menyediakan energi termal pada proses desalinasi. Dalam desain konseptual sistem konversi energi pada RGTT00K seperti yang ditunjukkan pada Gambar, sebagai sumber energi termal adalah reaktor gas temperatur tinggi (RGTT) berdaya termal 00 M dengan temperatur outlet 90 o C dan tekanan outlet Mpa (,,). Gas helium sebagai pendingin primer mengalir dari reaktor membawa energi termal melalui IHX, turbin gas, rekuperator, precooler, kompresor dan kembali ke reaktor. Instalasi produksi gas hidrogen menerima energi termal dari unit konversi daya kogenerasi melalui IHX. Untuk keperluan produksi gas hidrogen dengan proses daur sulfur-iodine diperlukan energi termal dengan temperatur minimal 900 o C. Sedangkan untuk keperluan instalasi desalinasi air laut mengambil energi termal dari unit konversi daya melalui precooler yang dipasang pada inlet kompresor. Gambar. Diagram Alir Desain Konseptual Sistem Konversi Energi RGTT00K (,,) Dalam penelitian ini, juga dibuat alternatif konfigurasi dengan menambahkan satu kompresor, sehingga diperoleh konfigurasi dengan dua kompresor yaitu kompresor tekanan tinggi atau High Pressure Compressor (HPC) dan kompresor tekanan rendah atau Low Pressure Compressor (LPC) dan satu intercooler yang dipasang di antara HPC dan LPC. Pemodelan Sistem Konversi Energi Menggunakan ChemCAD Diagram alir sistem konversi energi RGTT00K seperti yang ditunjukkan pada Gambar dimodelkan menggunakan paket program komputer ChemCAD pada Gambar. Unit reaktor sebagai penyedia energi termal dimodelkan sebagai reaktor Gibbs. Dalam program komputer ChemCAD, reaktor Gibbs digunakan untuk simulasi neraca massa dan neraca energi.

4 Ign. Djoko Irianto ISSN 0-8 PBMR T 90.0 P IHX T 80.0 P T P T 77. P Produksi H T 0. P Turbin Recuperator T.9 P Compressor T 0.0 P T 9.9 P. 0.0 T.0 P Precooler Heat Sink Gambar. Model Sistem Konversi Energi RGTT00K Menggunakan ChemCAD. Komposisi, produk dan kondisi termal keluaran reaktor dihitung dengan minimisasi energi bebas Gibbs. Fluida kerja untuk sistem konversi energi termasuk unit reaktor dispesifikasikan sebagai gas inert, dalam hal ini gas helium. Sebagai input dalam pemodelan ini yaitu parameter reaktor yang telah ditetapkan yaitu daya reaktor, laju alir masa fluida pendingin, tekanan dan temperatur outlet reaktor. Model IHX ditetapkan tipe shell and tube dengan mengacu pada desain konseptual IHX GTHTR00C (7). Ukuran dimensi model IHX mengadopsi dimensi IHX pada GTHTR00C. Demikian pula model rekuperator dan model precooler juga memakai pendekatan penukar panas tipe shell and tube. Pressure drop pada sisi shell untuk ketiga penukar panas diasumsikan sebesar 0,0 MPa sedangkan pressure drop pada sisi tube sebesar 0,08 MPa. Model turbin gas dan kompresor dipasang satu poros memakai tipe aksial dengan masing-masing memiliki efisiensi politropik sebesar 0,97. Pressure drop pada reaktor diasumsikan sebesar 0, MPa. Parameter reaktor yang digunakan sebagai data input untuk model sistem konversi energi RGTT00K yang menggunakan ChemCAD ditunjukkan pada Tabel. Tabel. Data input untuk model sistem konversi energi RGTT00K menggunakan ChemCAD Parameter Nilai Daya reaktor 00 Mt Temperatur outlet reaktor 90 oc Tekanan outlet reaktor,0 MPa Laju alir massa helium 0 kg/s HASIL DAN PEMBAHASAN Desain konseptual sistem konversi energi dengan turbin gas untuk RGTT00K menerapkan siklus langsung. Fluida pendingin reaktor dalam hal ini gas helium juga digunakan sebagai penggerak turbin. Sistem konversi energi RGTT00K didesain dengan konsep kogenerasi untuk pembangkit listrik, produksi gas hidrogen dan proses desalinasi air laut. Sebagai sumber energi termal untuk sistem konversi energi adalah sistem reaktor tipe RGTT berdaya termal 00 M. Aliran pendingin pada bagian outlet reaktor memiliki tekanan,0 MPa dengan temperatur 90 o C. Unit produksi gas hidrogen mengambil daya termal dari sisi sekunder IHX yang memiliki outlet temperatur sebesar 900 o C. Turbin gas dikopel satu poros dengan

5 ISSN 0-8 Ign. Djoko Irianto kompresor yang juga digunakan untuk memutar generator sebagai pembangkit listrik. Ada dua alternatif konfigurasi yang dianalisis dalam penelitian ini, yaitu konfigurasi dengan kompresor dan konfigurasi dengan kompresor yang terdiri dari HPC dan LPC. Pada konfigurasi dengan dua kompresor, makaa di antara kedua kompresor (HPC dan LPC) dipasang intercooler. Instalasi desalinasii memanfaatkan panas buangan baik dari precooler yang dipasang pada sisi inlet kompresor maupun dari intercooler. Sistem reaktor sebagai pembangkit energi termal dalam desain konseptual sistem konversi daya ini mengacu pada konsep sistem reaktor GTHTR00C. Parameter reaktor yang digunakan sebagai dasar desain konseptual sistem konversi daya RGTT00K tersebut meliputi : daya termal reaktor, temperaturr outlet, tekanan outlet dan laju aliran pendingin dari sistem reaktor. Nilai besaran tersebut adalah daya termal reaktor 00 M, temperatur outlet reaktor 90 o C, tekanan outlet reaktor,0 MPa, dan laju alir gas helium sebagai pendingin primer adalah 0 kg/s. Parameter- pada Tabel. parameter reaktor RGTT00K tersebut ditunjukkan Validasi Model Proses Termodinamika Untuk menganalisis model sistem konversi energi RGTT00K dan pemodelan menggunakan program komputer ChemCAD pada Gambar, perlu validasi terhadap model proses termodinamika yang digunakan. Sebagai acuan untuk validasi model adalah model prosess termodinamika GTHTR00 seperti yang ditunjukkann pada Gambar. Diagram alir padaa Gambar dimodelkan dengan menggunakan paket program ChemCAD seperti pada GTHTR000 adalah model RGTT Gambar. yang telah dikembangkan oleh Japan Atomic Energy Agency (JAEA) (9). GTHTR00 berdaya termal 00 M dengan laju alir pendingin 9 kg/s dan temperaturr keluaran dari reaktor sebesar 80 o C. Ketiga parameter tersebut digunakan sebagai data masukan untuk model dengan ChemCAD. Gambar. Desain GTHTR00 ( 9) konseptual sistem Reaktor T P T P Turbin T.0 P Compressor T 7.99 P T 87.0 P Recuperatorr T 8.0 P Precoolerr Heat Sink Gambar. Model sistem GTHTR00 menggunakan ChemCAD.

6 Ign. Djoko Irianto ISSN Tabel. Perbandingan Parameter Keadaan (T dan P) antara GTHTR00 (9) dan Model Menggunakan ChemCAD Parameter Satuan Nilai Parameter Kesalahan GTHTR00 (9) Model relatif (%) Temperatur pada inlet reaktor (T ) o C 87,00 87,0 0,00 Tekanan pada inlet reaktor (P ) MPa,9,99 0, Temperatur pada outlet reaktor (T ) o C 80,00 80,00 0,00 Tekanan pada outlet reaktor (P ) MPa,8,87 0, Temperatur pada outlet turbin (T ) o C 8,00 8,78 0, Tekanan pada outlet turbin (P ) MPa,, 0,8 Temperatur pada inlet precooler (T ) o C 7,00 8,0 0, Tekanan pada inlet precooler (P ) MPa,,7 0,8 Temperatur pada inlet kompresor (T ) o C 8,00 7,99 0,0 Tekanan pada inlet kompresor (P ) MPa,0,, Temperatur pada outlet kompresor (T ) o C,00,0, Tekanan pada outlet kompresor (P ) MPa 7,00 7,0, Laju alir masa pendingin helium kg/s 9,00 9,00 0,00 Untuk keperluan validasi model siklus termodinamika menggunakan ChemCAD, diagram alir sistem GTHTR00 Gambar dan model siklus pada Gambar dibagi menjadi titik pengamatan. Setiap titik pengamatan ditempatkan sebelum dan sesudah perangkat/komponen utama sistem konversi energi yang terdiri dari unit reaktor, IHX, turbin gas, rekuperator, precooler dan kompresor. Turbin gas dan kompresor dipasang satu poros. Setiap titik pengamatan dihitung distribusi temperatur dan tekanannya. Sedangkan setiap perangkat/komponen utama dihitung besarnya daya yang diperlukan ataupun yang dihasilkan. Perbandingan hasil perhitungan untuk siklus GTHTR00 dengan model yang telah dibuat ditampilkan pada Tabel. Dari hasil perhitungan menggunakan ChemCAD untuk keperluan validasi model termodinamika terhadap data GTHTR00 seperti yang ditunjukkan pada Tabel, terlihat bahwa kesalahan relatif terbesar adalah,%. Kesalahan terbesar tersebut terjadi di seputar kompresor. Hal ini disebabkan oleh penetapan karakteristik kompresor yang digunakan sebagai data masukan. Namun demikian, nilai kesalahan yang relatif kecil sebesar,% menunjukkan bahwa pemodelan tersebut dapat diterima. Dari hasil validasi model, dapat disimpulkan bahwa model siklus Brayton Turbin gas menggunakan paket program ChemCAD cukup memadai dan valid. Dengan cara yang sama, digunakan dalam perhitungan termodinamika sistem konversi energi RGTT00K baik yang menggunakan kompresor maupun yang menggunakan kompresor. Analisis Termodinamika Sistem Konversi Energi RGTT00K Sistem konversi energi RGTT00K dengan satu kompresor seperti pada Gambar dimodelkan menggunakan paket program komputer ChemCAD seperti pada Gambar. Parameter keadaan yang telah diketahui atau ditetapkan digunakan sebagai persyaratan desain dan menjadi parameter input dalam pemodelan. Parameter keadaan sistem tersebut antara lain : daya termal reaktor 00 M, temperatur outlet dari teras reaktor 90 o C dan tekanan outlet reaktor,0 MPa. Laju alir pendingin reaktor dan seluruh sistem konversi energi RGTT00K adalah 0 kg/s. Dalam pemodelan untuk analisis perhitungan ini, seluruh penukar panas (IHX, rekuperator, precooler) dalam sistem konversi energi RGTT00K dimodelkan sebagai penukar panas tipe shell and tube. Untuk instalasi produksi gas hidrogen maupun instalasi desalinasi dimodelkan sebagai heat sink. Unit reaktor sebagai penyedia energi termal dimodelkan sebagai reaktor Gibbs. Dalam program komputer ChemCAD, reaktor Gibbs digunakan untuk simulasi neraca massa dan neraca energi. Komposisi, produk dan kondisi termal keluaran reaktor dihitung dengan minimisasi energi bebas Gibbs. Empat parameter reaktor yang telah ditetapkan sebelumnya yaitu daya termal reaktor, laju alir pendingin, temperatur dan tekanan outlet reaktor digunakan sebagai data masukan. Seluruh persyaratan komponen yang meliputi pressure drop, efisiensi politropik turbin gas dan kompresor digunakan sebagai data masukan dalam pemodelan ini. Seluruh data masukan dalam pemodelan ini ditunjukkan pada Tabel. Hasil perhitungan parameter termodinamika sistem konversi energi RGTT00K dengan menggunakan satu turbin ditunjukkan pada Tabel dan Tabel. Hasil perhitungan tersebut diperoleh dengan mengambil dasar laju alir pendingin helium sebesar 0 kg/s. Hasil perhitungan beban daya pada IHX diperoleh sebesar, Mt, daya sebesar ini digunakan untuk instalasi produksi gas hidrogen. Daya pada

7 8 ISSN 0-8 Ign. Djoko Irianto precooler sebesar 8,7 Mt digunakan untuk instalasi desalinasi air laut. Daya mekanik yang tersedia untuk pembangkitan daya listrik adalah selisih beban kerja pada turbin gas dan beban kerja pada kompresor. Dengan demikian, daya mekanik yang dihasilkan untuk pembangkit listrik sebesar 78, Mt. Recuperator Reaktor T 0. P.8 Turbin IH T P.00 T 80.0 P.9 T.89 P.0 T P Compressor 8 T P Produksi H T 9.97 P.70 T 9.9 P. T.00 P.7 Precooler Desalinasi Gambar. Model sistem konversi energi RGTT00K dengan kompresor menggunakan ChemCAD Tabel. Data input untuk setiap komponen No. Parameter Nilai. Daya termal reaktor 00 M. Temperatur outlet reaktor 90 o C. Tekanan outlet reaktor,0 Mpa. Laju alir masa pendingin 0 kg/s. Pressure drop pada reaktor 0, MPa. Pressure drop pada sisi shell IHX 0,0 MPa 7. Pressure drop pada sisi tube IHX 0,08 MPa 8. Efisiensi politropik turbin gas 0,9 9. Efisiensi politropik kompresor 0,9 0. Pressure drop pada sisi shell rekuperator 0,0 MPa. Pressure drop pada sisi tube rekuperator 0,08 MPa. Pressure drop pada sisi shell rekuperator 0,0 MPa. Pressure drop pada sisi tube rekuperator 0,08 MPa. Temperatur heat sink 8,0 o C. Temperatur outlet IHX untuk produksi H 900 o C Tabel. Distribusi tekanan dan temperatur pada sistem konversi energi RGTT00K Posisi Pengamatan Parameter Keadaan Lokasi No Tekanan [MPa] Temperatur[ o C] Inlet Reaktor, 9,9 Outlet Reaktor,00 90,00 Outlet IHX,9 80,0 Outlet Turbin,8 0, Outlet Recuperator,7,00 Outlet Precooler,70 9,97 Outlet Kompresor 7,0,89 Inlet IHX sisi sekunder 8,00 77,0 Outlet IHX sisi sekunder 9,9 900,00

8 Ign. Djoko Irianto ISSN Reaktor T 8.9 P.8 T P.00 Turbin Recuperator IHX T 80.0 P.9 T P T 9.00 P.7 HPC T 7. P.0 8 T 77.0 P Intercooler Produksi H T 7. P.7 LPC Desalinasi T 9.80 P.9 T 8.0 P. T 7.00 P.7 Precooler Desalinasi Gambar. Model sistem konversi energi RGTT00K dengan kompresor menggunakan ChemCAD Efisiensi termal atau efisiensi untuk pembangkitan listrik merupakan perkalian antara daya mekanik untuk pembangkitan listrik dengan efisiensi generator listrik. Efisiensi generator listrik diasumsikan sebesar 98,% (), dengan demikian diperoleh efisiensi termal sebesar 9,% atau daya listrik yang dihasilkan oleh RGTT00K sebesar 77,0 Me. Efisiensi maksimum yang dapat dihasilkan oleh instalasi produksi gas hidrogen dengan termokimia adalah % (0). Dari Tabel, energi termal yang ditransfer dari IHX sebesar, M. Jika setiap M daya termal dari IHX mampu memproduksi gas hidrogen sebanyak 800 Nm /hari (0), maka sistem konversi energi kogenerasi RGTT00K akan mampu memproduksi gas hidrogen dengan kapasitas 0,98 Nm /hari. Instalasi desalinasi memanfaatkan panas buangan dari precooler sebesar 8,7 Mt. Efisiensi pemanfaatan energi termal untuk proses desalinasi dengan metode Low-Temperature Multi-Effect Evaporation (LT MEE) adalah 8,% (), dan setiap M energi termal dapat menghasilkan air bersih 000 ton/hari (). Dengan demikian, RGTT00K dengan satu kompresor dapat menghasilkan air bersih sebesar 0,8 x 8,7 M x 000 (ton/hari)/m = 8.9 ton/hari. Tabel. Distribusi daya termal pada komponen utama sistem konversi energi RGTT00K Komponen utama sistem konversi energi RGTT00K Daya termal [M] Reaktor 99, Intermediate Heat Exchanger, Turbin gas 7,77 Rekuperator, Precooler 8,7 Kompresor 9, Analisis Termodinamika Sistem Konversi Energi RGTT00K dengan Kompresor Secara teoritis, pemasangan kompresor dengan tambahan intercooler diasumsikan dapat memperoleh peningkatan efisiensi termal. Untuk menguji hal ini, sistem konversi energi RGTT00K dimodelkan ulang menggunakan ChemCAD seperti pada Gambar. Dalam model ini, di antara dua kompresor HPC dan LPC dipasang intercooler. Kompresor HPC dan LPC dipasang dengan karakteristik yang

9 0 ISSN 0-8 Ign. Djoko Irianto Tabel. Distribusi tekanan dan temperatur pada sistem konversi energi RGTT00K dengan kompresor Posisi Pengamatan Parameter Keadaan Tekanan [MPa] Temperatur [ o C] Inlet Reaktor, 8,0 Outlet Reaktor,00 90,00 Outlet IHX,9 80,0 Outlet Turbin,8 8,9 Outlet Recuperator,7 7,00 Outlet Precooler,9 9,80 Outlet Kompresor (LPC),7 7, Outlet Intercooler,7 9,00 Outlet Kompresor (HPC) 7,0 7, Inlet IHX sisi sekunder 8,00 77,0 Outlet IHX sisi sekunder 9,9 900,0 Tabel 7. Distribusi daya termal pada komponen utama sistem konversi energi RGTT00K dengan kompresor Komponen utama sistem konversi energi RGTT00K Daya termal (M) Reaktor 00,8 Intermediate Heat Exchanger, Turbin gas 8, Rekuperator,9 Precooler 7,9 Kompresor - LPC 8, Intercooler 8,8 Kompresor - HPC 8, Tabel 8. Perbandingan hasil perhitungan distribusi daya dan efisiensi pada sistem konversi energi RGTT00K dengan dan kompresor Komponen utama sistem konversi energi RGTT00K kompresor kompresor Daya Reaktor (Mt) 99, 00,8 Daya pada IHX (Mt),, Daya pada Turbin gas (Mt) 7,77 8, Daya pada Rekuperator (Mt),,9 Daya pada Precooler (Mt) 8,7 7,9 Daya pada Kompresor tunggal (Mt) 9, - Daya pada Kompresor LPC (Mt) - 8, Daya pada Kompresor HPC (Mt) - 8, Daya pada Intercooler (Mt) - 8,8 Daya mekanik untuk listrik (Mt) 78, 8,8 Daya listrik (Me) 77,0 8,08 Efisiensi termal 9, % 0, % EUF 79,7 % 79,97 % sama, sedangkan intercooler dipasang dengan karakteristik yang sama seperti pada precooler. Data masukan untuk model pada Gambar disamakan dengan model pada Gambar seperti yang ditunjukkan pada Tabel. Hasil perhitungan distribusi temperatur, tekanan dan daya pada setiap komponen ditunjukkan pada Tabel dan Tabel 7. Perbandingan hasil perhitungan antara sistem konversi energi dengan satu kompresor dan dua kompresor ditunjukkan pada Tabel 8. Perbandingan hasil perhitungan untuk sistem konversi energi RGTT00K dengan memasang satu dan dua turbin ditunjukkan pada Tabel 8. Nilai EUF dihitung atas dasar pemanfaatan energi termal yaitu untuk produksi hidrogen, pembangkit listrik dan untuk desalinasi. Dari hasil perhitungan terlihat bahwa dengan

10 Ign. Djoko Irianto ISSN 0-8 pemasangan dua kompresor dan satu intercooler dapat menaikkan efisiensi termal dan nilai EUF nya. Tetapi kenaikan efisiensi termal dan EUF dengan penambahan komponen (kompresor dan intercooler) hanya kurang dari %. Kenaikan ini tidak cukup signifikan dibanding dengan usaha penambahan komponen. Dengan penambahan komponen akan mengalami dampak resiko menurunnya keandalan sistem secara keseluruhan. Dengan demikian desain sistem konversi energi untuk RGTT00K cukup dengan satu kompresor. KESIMPULAN Kegiatan desain sebuah sistem konversi energi memerlukan beberapa tahapan penting. Salah satu di antaranya adalah menganalisis berbagai kemungkinan konfigurasi sistem konversi energi untuk memperoleh konfigurasi yang optimal. Dalam penelitian ini telah dilakukan analisis sistem konversi energi dengan cara simulasi perhitungan untuk konfigurasi sistem konversi energi dengan kompresor dan kompresor (HPC dan LPC). Hasil perhitungan efisiensi termal dan EUF yang diperoleh untuk konfigurasi sistem konversi energi dengan kompresor masing-masing adalah 9,% dan 79,7%. Sedangkan untuk sistem konversi energi dengan kompresor diperoleh efisiensi termal sebesar 0,% dan EUF sebesar 79,97%. Memang dengan penambahan buah kompresor dan buah penukar panas (intercooler) akan mampu meningkatkan efisiensi termal dan EUF, namun peningkatan efisiensi termal dan EUF tersebut tidak cukup signifikan. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa untuk desain RGTT00K dengan daya 00 Mt, laju alir pendingin helium 0 kg/s dengan tekanan MPa cukup dengan satu kompresor tanpa intercooler. UCAPAN TERIMAKASIH Penelitian ini merupakan bagian dari kegiatan Program Insentip Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa (PI-PKPP) tahun 0 dari Kemetenrian Riset dan Teknologi dengan judul Desain Keselamatan Sistem Konversi Daya Reaktor Gas Temperatur Tinggi 00 Mt Kogenerasi. Karena itu kami sampaikan ucapan terima kasih kepada Menteri Riset dan Teknologi dan semua pejabat terkait dengan PI- PKPP tahun 0 atas dukungan dan fasilitas yang diberikan dalam pelaksanaan penelitian ini. Tak lupa kami ucapkan terima kasih juga kepada Dr. Ir. M. Dhandhang Purwadi yang telah memberikan saran dan masukan serta koreksi perbaikan terhadap makalah ini. DAFTAR PUSTAKA. BAPPENAS, Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor Tahun 00 tentang Rencana Pembangunan Jangka Menengah Nasional (RPJMN) 00-0, Jakarta, 00.. M. DHANDHANG PURADI, Desain Konseptual Sistem Reaktor Daya Maju Kogenerasi Berbasis RGTT, Prosiding Seminar Nasional ke- Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nuklir, Surabaya, 8 Juli 00.. IGN. DJOKO IRIANTO, Desain Konseptual Unit Konversi Daya Berbasis Kogenerasi untuk Reaktor Tipe RGTT00K, Prosiding Seminar Teknologi Keselamatan PLTN dan Fasilitas Nuklir ke-7, Yogyakarta, Oktober 0.. IGN. DJOKO IRIANTO, Pemodelan Sistem Konversi Energi Berbasis Kogenerasi Reaktor Tipe RGTT Untuk Pembangkit Listrik dan Produksi Hidrogen, Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir III, Banten, Juni (00).. PT. INGENIOUS, ChemCAD Process Simulation : Software Training, BATAN Serpong, 0.. IRANTO ARISMUNANDAR, Pengantar Turbin Gas dan Motor Propulsi, Penerbit ITB, SAITO, S., Nuclear Energy and Hydrogen Production The Japanese Situation, Policy Debate on The Potential Contribution of Nuclear Energy to Production of Hydrogen, OECD/NEA, October KAZUHIKO KUNITOMI, et al., JAEA S VHTR For Hydrogen And Electricity Cogeneration : GTHTR00C, Nuclear Engineering and Technology, Vol.9 No.., February (007). 9. KAZUHIKO KUNITOMI, et al., Research and Development for Gas Turbine System in GTHTR00, JSME International Journal, Series B, Vol.7, No., BRON L.C. et.al., High Efficiency Generation of Hydrogen Fuel Using Nuclear Power, GA-A8, Nuclear Energy Research Initiative (NERI) Program for US- DOE, 00.. YONGQING ANG, et.al., Thermoeconomic Analysis of a Low- Temperature Multi-Effect Thermal Desalination System Coupled with an Absorption Heat Pump, Elsevier, November 00. TANYAJAAB Prof. Syarip (PTAPB) Mohon penjelasan mengapa distribusi daya termal pada masing-masing komponen (IHE,

11 ISSN 0-8 Ign. Djoko Irianto Turbin, Recuperator, Pre Cooler, dll) jika dijumlakan jauh lebih besar dari daya reaktornya (00Mwe - ) Ign. Djoko Irianto Daya reaktor 00 Mwe karena adanya turbin dan kompressor yang memberikan tambahan daya kerena proses kompresi dan ekspansi maka besarnya daya akan lebih besar dari daya yang dibentuk reaktor.