1.1.Overnight cost
Perhitungan overnight cost sangat sederhana, hanya dengan membagi biaya proyek pembangunan dengan daya yang dihasilkan. Biasanya dinyatakan dalam USD/kW. Artinya, untuk membangun 1 kW daya, dibutuhkan biaya sekian USD.
Sebagai contoh, PLTN Barakah berbiaya USD 20,4 milyar dengan daya 5600 MWe. Berarti perhitungannya
Perhitungan yang sama diaplikasikan untuk pembangkit daya lain. 1.2.Biaya bahan bakar PLTN
Bahan bakar PLTN konvensional dan ThorCon menggunakan uranium diperkaya. Uranium alam hanya memiliki 0,7% isotop fisil uranium-235, yang mana tidak cukup untuk menunjang reaksi fisi berantai pada LWR
dan MSR ThorCon. Karena itu, kadar uranium-235 ini mesti ditingkatkan.
LWR menggunakan pengayaan uranium antara 3-5%. Dalam pemodelan ini, diasumsikan pengayaannya 4%. World Nuclear Association memberikan estimasi harga uranium (yellowcake) jangka panjang adalah USD 97/kg. Biaya konversi bahan bakar sebesar USD 5,85/kg. Sementara, biaya pengayaan per SWU (separative work unit) sebesar USD 47/kg dan fabrikasi USD 460/kg. Jumlah SWU yang dibutuhkan dihitung menggunakan simulator di www.wise-
uranium.org.
Uranium (U3O8) Konversi Pengayaan Fabrikasi Total
8,62 kg 7,31 kg 6,5 SWU
USD 460 USD 1644,4
USD 97/kg USD 5,85/kg USD 47
USD 836,14 USD 42,76 USD 305,5
Derajat bakar (burnup) diasumsikan pada 45.000 MWd/tU. Ini setara dengan 45.000 kWd/kgU. Efisiensi termal nominal LWR adalah 33%. Maka listrik yang bisa dihasilkan dari 1 kg bahan bakar adalah
Untuk ThorCon, executive summary-nyamenyatakan bahwa reaktor ini beroperasi dengan uranium diperkaya 20%. Efisiensi termal reaktor 44% dan burnup 150000 kWd/kgU. Karena menggunakan bahan bakar dalam bentuk garam lebur, ThorCon tidak butuh fabrikasi. Sehingga, biaya dasar bahan bakar adalah sebagai berikut.
Uranium (U3O8) Konversi Pengayaan Total
44,89 kg 38.07 kg 45,4 SWU
USD 6711,2
USD 97/kg USD 5,85/kg USD 47
USD 4354,7 USD 222,71 USD 2133,8
Perhitungan untuk LFTR lebih simpel karena dianggap hanya
menggunakan thorium. Mengasumsikan LFTR beroperasi dengan daya 1000 MWe, faktor kapasitas 90% dan efisiensi termal 50%, konsumsi thorium per tahun sebesar 800 kg. Harga thorium dalam proyeksi ThorCon adalah USD 50/kg. Artinya, butuh USD 40000/GWe-tahun. Dari sini, dihitung biaya bahan bakar per kWh untuk LFTR.
Sebagaimana dijelaskan di tulisan, perhitungan capital cost recovery
(CCR) menggunakan fitur PMT pada Microsoft Excel. Hal ini utamanya kalau memperhitungkan laju bunga. Untuk menggunakan fitur ini, perlu diketahui persen laju bunga tahunan, biaya pembangunan, daya, usia pakai dan faktor kapasitas.
Contohnya untuk PLTN Barakah.
Maka rumus PMT yang digunakan adalah
=-PMT(D3/365/24,D6*365*24,D4*1000000/D5)/D7/1000
Karena nilai hasil PMT selalu negatif, maka di depan perintah PMT mesti ditambahkan tanda (-).
CCR diungkapkan dalam nilai USD/kWh, artinya biaya yang diperlukan untuk menghasilkan 1 kW listrik dalam 1 jam. Karena itu, pada fungsi PMT pertama, laju bunga diperhitungkan tiap jam. Usia pakai pada fungsi PMT kedua pun diperhitungkan dalam satuan jam. Untuk fungsi PMT ketiga, yang diperhitungkan adalah biaya dasar per kW sebelum
laju bunga. Namun, karena masih dalam satuan MW, di ujung paling belakang persamaan harus dibagi lagi dengan 1000 agar menjadi kW. Karena modal hanya bisa dikembalikan ketika pembangkit listrik memproduksi listrik, angka CCR harus dibagi dengan faktor kapasitasnya.
Metode kalkulasi ini didapatkan dari Robert Hargraves, penulis buku
Thorium Energy Cheaper Than Coal. Versi online bisa diakses di sini. Untuk kalkulasi CCR tanpa menggunakan laju bunga, selain menggunakan fitur ini (cukup mengganti nilai laju bunga menjadi 0%), bisa juga menghitung secara manual dengan simpel. Yakni biaya pembangunan dibagi dengan listrik yang bisa dibangkitkan selama usia pakainya.
Sebagai contoh adalah PLTB Jeneponto.
1.4.Penyimpanan Daya (Baterai)
Untuk baterai, data yang biasa diberikan adalah kapasitas penyimpanan listrik dalam satuan kWh. Sehingga, biaya modal tidak diungkapkan dalam USD/kW, melainkan USD/kWh.
Persoalan dari baterai (dan moda penyimpanan lain) adalah tidak mampu mengeluarkan daya sebesar yang disimpan. Pasti selalu ada susut daya. Persentase daya yang bisa disalurkan ulang setelah disimpan sering disebut round-trip efficiency (RTE), dan itu harus diperhitungkan. Rerata, baterai memiliki RTE 90%. Artinya, hanya 90% daya disimpan yang bisa ditarik keluar, sisanya susut.
Untuk menghitung CCR penyimpanan daya, berarti mesti menghitung energi yang mampu dihasilkan selama siklus hidupnya. Harga baterai kemudian dibagi dengan jumlah energi ini.
Contoh, untuk Tesla Power Pack.
Bagian 2
Kebutuhan energi Indonesia tahun 2050 diproyeksikan mencapai 7000 kWh/kapita. Artinya, selama setahun, satu orang mengonsumsi listrik hingga 7000 kWh, atau sekitar 19,2 kWh per hari. Tapi sekali lagi, di pemodelan ini hanya diasumsikan setengahnya yang berasal dari energi bersih, 3500 kWh/kapita.
Untuk menghasilkan nominal energi itu, nyatanya daya terpasang yang dibutuhkan antar berbagai pembangkit listrik berbeda. Biang keroknya lagi-lagi faktor kapasitas. Karena itulah sebenarnya kapasitas daya terpasang sebenarnya nyaris tidak bermakna kalau tidak menyertakan faktor kapasitas. Karena nominal energi diproduksi lah yang lebih esensial untuk kebutuhan publik.
Diasumsikan tahun 2050 penduduk Indonesia mencapai 300 juta orang. Artinya, kebutuhan listrik tahunan dari energi bersih mencapai
Contoh untuk nuklir. Dengan faktor kapasitas 90%, daya terpasang yang dibutuhkan untuk memenuhi permintaan ini adalah
Sementara, PLTB yang hanya memiliki faktor kapasitas 30% butuh daya terpasang sebesar
Hanya saja, ketika menggunakan penyimpanan daya, RTE harus dipertimbangkan. Karena RTE tidak pernah 100%, maka kapasitas daya harus ditingkatkan agar listrik yang dikeluarkan dari moda penyimpanan sesuai dengan yang dibutuhkan. Kalau RTE bernilai 80%, maka kebutuhan daya PLTB menjadi
Dari sini, angka ini dibulatkan ke atas, lalu tinggal dikalikan dengan
overnight cost.
2.2. Moda Penyimpanan (baterai)
Menurut beberapa sumber, moda penyimpanan baiknya didesain agar bisa mem-backup daya selama seminggu. Biasanya untuk menanggulangi kondisi angin tenang atau hujan selama berhari-hari. Baterai dianggap bisa menjadi backup daya selama seminggu.
Implikasinya, kapasitas penyimpanan baterai harus bisa menampung kebutuhan daya seminggu. Mengacu kebutuhan daya tahunan tadi, maka kapasitas penyimpanan baterai yang diperlukan adalah
Contoh, biaya investasi untuk Schwerin. Unit yang dibutuhkan setara dengan kebutuhan penampungan energi dibagi kapasitas penyimpanan Schwerin dengan memperhitungkan RTE.
Lalu, tinggal dikali harga baterai.
2.3. Moda penyimpanan (pump hydro)
Menghitung kapasitas penampungan daya pada pump hydro agak beda dengan baterai. Yang pertama dicari tahu adalah berapa daya setara dengan kapasitas penyimpanan tertentu. Supaya mudah, saya mengonversi penyimpanan 1 GWh ke dalam Joule.
Reservoir atas pump hydro Cisokan berkapasitas 14 juta m3, yang bisa
dipakai sebesar 10 juta m3. Ini setara dengan 10 juta ton air. Beda
ketinggian antara dua reservoir adalah 276 m. Mengasumsikan percepatan gravitasi 9,81 m/s2, berarti potensial yang disimpan oleh
pump hydro Cisokan adalah
Dari sini, maka pump hydro Cisokan mampu menampung daya 1 GWh selama 27,075/3,6 = 7,521 jam. Karena pump hydro diasumsikan hanya mampu mem-backup daya selama sehari, maka untuk menampung daya 1 GWh selama sehari butuh 24/7,521 = 3,19 unit. Pump hydro
Cisokan dibangun dengan biaya USD 800 juta. Maka, biaya untuk membangun instalasi pump hydro yang mampu menampung 1 GWh selama sehari adalah
Pertanyaan selanjutnya, berapa besar sebenarnya mesti dibangun? Untuk menyimpan listrik selama sehari, penyimpanan yang dibutuhkan berarti
Sementara, jumlah unit yang dibutuhkan adalah
Karena pump hydro Cisokan memakan lahan hingga 1400 hektar, maka total luas yang dibutuhkan adalah
Ini setara dengan 128.516,87 km2. Untuk perbandingan, luas Pulau
Jawa adalah 128.297 km2.
2.4. Lithium
Lithium fluorida adalah garam pelarut yang diajukan untuk digunakan di LFTR. Garam ini dipilih karena tampang lintang tangkapan netronnya kecil, sehingga berguna dalam menjaga inventori bahan bakar sekecil mungkin dan membuat LFTR mampu melakukan pembiakan. Hanya saja, isotop lithium yang digunakan mesti lithium-7, yang kadarnya 92% dari lithium alam. Lithium-6, isotop lain lithium, memiliki tampang lintang tangkapan netron sangat tinggi, sehingga tidak layak digunakan dalam reaktor nuklir.
Garam lithium fluorida dapat digunakan sepanjang LFTR beroperasi, juga dapat didaur ulang dari satu LFTR untuk LFTR lain. Untuk perhitungan, dibatasi dalam 60 tahun saja.
Tipikal persentase garam lithium fluorida dalam LFTR 1 GWe adalah 80% untuk tipe two fluid. Diasumsikan volume garam bahan bakar keseluruhan adalah 33 m3. Dikonversikan dengan densitas lithium
fluorida dan lithium, maka butuh 18,46 ton lithium-7 per GWe. Karena lithium-7 hanya 92% dari lithium alam, maka jumlah lithium alam yang dibutuhkan adalah 18,46/92% = ~20,1 ton.
Mengasumsikan faktor kapasitas 90%, LFTR 1 GWe mampu menghasilkan 7,884 milyar kWh tiap tahun. Sehingga, energi spesifik yang terkandung dalam lithium di LFTR adalah
Ini setara dengan 23,53 milyar Wh/kg.
Baterai lithium ion menggunakan 565 g lithium tiap kWh yang disimpan. Artinya, 1 kg lithium memiliki energi spesifik 1770 Wh/kg. Artinya, energi spesifik lithium dalam LFTR lebih besar 13,296 juta kali lipat daripada energi spesifik lithium dalam baterai lithium-ion.
Dari 13 juta ton cadangan lithium terbukti, diasumsikan 8 juta ton bisa digunakan untuk LFTR atau baterai. Baterai lithium-ion hanya bisa bertahan maksimal 20 tahun. Teknologi untuk daur ulang baterai belum feasible, dan ketika bisa pun, tidak semua recoverable. Asumsi positif, bisa didaur ulang dan 50% dari lithium recoverable. Sehingga, dianggap baterai bisa beroperasi 30 tahun, setengah dari LFTR. Jadi,
untuk menyamakan kondisi kebutuhan material, energi spesifiknya mesti dikoreksi menjadi 1770/2 = 885 Wh/kg.
Dikali dengan energi spesifiknya, maka LFTR mampu menghasilkan
188,27 juta trilyun kWh, sementara baterai lithium-ion hanya 7,08 milyar kWh.
Tahun 2050, IEA memproyeksikan kebutuhan listrik mencapai 42000 TWh. Anggap semuanya kebutuhan ini dipenuhi dengan LFTR. Maka, kebutuhan lithium untuk garam pelarut LFTR dibanding cadangan terbukti lithium adalah
Sangat tidak signifikan.
Mungkin ada yang menganggap perhitungan ini tidak berimbang karena lithium dalam LFTR dicampur dengan bahan bakar nuklir. Nyatanya, lithium juga tidak bisa digunakan menyimpan listrik kalau tidak diolah dalam baterai lithium-ion dan sejenisnya.
Bagian 3
Untuk menghitung konsumsi energi, lebih pas dihitung dalam satuan terawatt-hour, untuk ekivalensi dengan pembangkit listrik. Untuk mengetahui konsumsi energi dalam satuan terawatt-hour, tinggal dikonversi menggunakan faktor 1 kWh = 3600 Joule. Efisiensi konversi mesin turut diperhitungkan. Sebagai contoh untuk bensin.
3.2. Kapasitas daya
Menemukan kapasitas daya terpasang yang dibutuhkan hanya membutuhkan kerja terbalik dari konsumsi energi. Faktor kapasitas sangat berpengaruh terhadap hasil yang muncul. Semakin tinggi faktor kapasitas, semakin rendah kapasitas daya terpasang yang dibutuhkan. Untuk baterai, RTE mesti dipertimbangkan pula.
Contoh, untuk nuklir.
3.3. Biaya investasi
Perhitungan biaya investasi di sini hanya menggunakan data overnight cost dan kapasitas daya terpasang saja. Contoh untuk nuklir.
3.4. Biaya listrik, BBM dan LPG
Untuk memperhitungkan biaya listrik, RTE dari baterai harus dipertimbangkan. Pasalnya, tidak semua energi listrik yang disimpan dalam baterai bisa dimanfaatkan lagi, sehingga listrik yang bisa dikonsumsi oleh mesin mobil sebenarnya lebih sedikit dari listrik yang dicas ke dalam baterai. Efeknya, biaya per km bersihnya lebih mahal. Contoh perhitungan untuk listrik dari nuklir.
Untuk menghitung kebutuhan BBM per 100 km, hanya perlu membalik satuan dan mengalikan dengan harga Pertamax.
Sementara, untuk mengomparasi LPG dengan listrik, kandungan LPG mesti dikonversi menjadi satuan kWh untuk kemudian ditemukan harganya dengan memperhitungkan efisiensi. Contoh untuk LPG 3 kg.
Kemudian harga LPG dibagi dengan energinya.
Bagian 4
4.1. Kebutuhan daya
Untuk menghitung kebutuhan kapasitas daya terpasang, mesti diketahui berapa proyeksi listrik yang dibangkitkan dan faktor kapasitas
reratanya. Di Jerman, faktor kapasitas rerata energi bayu adalah 19% dan energi surya 11%. Contoh untuk energi bayu.
Sementara, untuk menghitung laju pembangunan per tahun, mesti diketahui berapa kapasitas terpasang pada tahun 2016 sehingga bisa diketahui berapa kekurangan kapasitas daya. Diasumsikan pembangunan pembangkit daya butuh waktu 2 tahun, maka unit terakhir harus dibangun tahun 2048, dengan pembangunan dimulai kembali pada tahun 2020.
Untuk energi bayu, perhitungannya menjadi sebagai berikut.
Namun, kita juga mesti mempertimbangkan over capacity untuk menanggulangi kekurangan pembangkitan daya akibat faktor cuaca tidak ideal. Di sini kapasitas terpasang diasumsikan naik 10%.
4.2. Emisi
Perhitungan emisi cukup dengan mengalkulasi berapa emisi spesifik dari moda energi dikalikan dengan daya yang dibangkitkan. Contoh untuk lignite.
Angka emisi spesifik antara satu lembaga peneliti dengan lainnya tidak pernah sama, jadi tidak terlalu sulit untuk mengotak-atik angkanya sehingga seolah-olah target penurunan emisi tercapai.