ANALISIS KONSUMSI ENERGI LISTRIK PADA FASILITAS INSTALASI PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

Transkripsi

1 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 kwh/bulan sampai dengan kwh/bulan tergantung pada jenis kegiatan operasi. Nilai batas pemakaian yang ditetapkan Badan Tenaga Nuklir Nasional dalam rangka program hemat energi selama ini sebesar 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). *) Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN 141

2 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 o C 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 langkahlangkah 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 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 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, 142

3 yaitu; P = 3. V. I. Cos φ (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 180 o satu sama lain. φ = (2) Berdasarkan hubungan segitiga diatas dapat ditentukan nilai power factor: (3) Untuk menghitung jumlah energi terpakai digunakan persamaan: W = P. t W P t dayareaktif ( kvar) tan 1 dayaaktif ( kwh) PF = Cosφ (4) = energi listrik yang terpakai (watt jam) = daya terpakai (watt) = waktu pemakaian (jam) kvar (induktif) kva kvar (total) Ø kw kvar (kapasitif) Gambar 1. Hubungan antara daya aktif, daya reaktif dan daya nyata 143

4 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 masingmasing MCB dapat dilakukan secara otomatis/manual. Gambar online diagram tentang sistem kelistrikan PTLR diperlihatkan pada Gambar Data Tagihan Listrik Data penggunaan energi listrik PTLR selama periode tahun 2006 sampai dengan tahun 2009 diperlihatkan pada Tabel 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

5 Prosiding Prosiding Seminar Seminar Nasional Nasional Teknologi Teknologi Pengelolaan Pengelolaan Limbah Limbah VIII VIII Pusat Teknologi Pusat Teknologi Limbah Limbah Radioaktif-BATAN Radioaktif-BATAN ISSN ISSN Pusat Penelitian Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK dan Teknologi-Ristek Gambar-2. Online diagram sistem kelistrikan Pusat Teknologi Limbah Radioaktif 145

6 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 SEMENTASI KOMPAKSI INSENERASI DEKONTAMINASI BENGKEL FIRE PROTECTION PENERANGAN AC SPLIT PERALATAN LAB KOMPUTER

7 Tabel-4. Kebutuhan Listrik untuk MES terkait Jenis Pengolahan Limbah 147

8 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 148

9 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 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 kwh. Terdapat tiga jenis data nilai batas pemakaian energi listrik per bulan yaitu dari Badan Tenaga Nuklir Nasional sebesar kwh, rata-rata pemakaian tahun 2006 sampai dengan tahun 2009 sebesar kwh, dan hasil perhitungan sebesar kwh 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 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. 149

10 Konsumsi Energi listrik (KWH/bulan) Rutin Sementasi Evaporasi Kompaksi Dekontaminasi Insenerasi Sementasi & Evaporasi Sementasi & Kompaksi Sementasi & Insenerasi Operasi Penuh Jenis Kegiatan 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 sampai dengan kwh per bulan tergantung dari jenis kegiatan operasinya. 4. Nilai batas pemakaian 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, WAHYUDI JONATHAN, Audit Energi Listrik pada Empat Mesin Injection Moulding Utama di PT. M, Surabaya, html 3. Wikipedia, The free Encyclopedia, 17 March 2010 at 22:48. wiki/power_factor 4. ZUHAL, Dasar Tenaga Listrik dan Elektonika Daya, Gramedia, Jakarta