Why Nuclear Power Plant seen as expensive investment rather that it seems?

 

When someone argue about the importance of the existence of nuclear power plant, it could be right. However, when he said that the price of nuclear power plant is comparable to other plant, he could be wrong. There is a metric that agreed among policy maker to compare the economic cost of power plant named LCOE -Levelized Cost of Electricity- which is a measure of the average net present cost of electricity generation over its lifetime. The idea of LCOE probably not a mistake, but it only seen from one perspective; clearly from policy maker perspective. We can see from the equation that it only lumping all cost and all generation product and bring into present value.

 

The view from investors is rather different. At least they have three metrics into mind. They would to know, how long it takes to they start earning money and profitable, which can be represent with Payback Period metric. They also want to see the efficiency of their invested money, a ratio between net income over a period and investment cost, characterize by Return-on-Investment ratio. Also, they would like to recognize the profit of an investment over time, denote by Rate-of-Return. If we compare at least these three metrics, we will see the unattractiveness of nuclear power plant.

 

Even that was in the ideal-and-assumed world. In the real world, there many historical data that showing how much nuclear power plant construction experiencing time and cost overrun. Almost (but not all) large reactor built experiencing delay. The delay itself implying cost overrun at least for interest-during-construction cost, not to mention other cost that boost and inflate in extra time. Flammanville-3 EPR 1650MWe in France (that an experienced and developed country) that start construction in 2007 still not connected to grid yet. Not to mention from developing country as Khmelnitski-2 in Ukraine that need 20 years from construction in 1985 to commercially available, while the 3^rd and 4^th unit still under development for more than 37 years. And there is more and more list of delayed nuclear project. This statistics time to time planted into investor head as a greater risk compared to other power generation type. However, we also can argue that life expectancy of nuclear reactor was more than it was planned so it convey more economic value further. BWR-2 (Mark-1) 642 MWe in Nine Mile Point-1 Scriba that connected to grid in 1969 still operated today. Strict regulation in safety also carrying advantages in plant reliability.

 

Indonesia has proved in the last decade that building expensive yet important infrastructures can be done with government support. In 1950s, US build their nuclear power plant to demonstrate positive aspect of nuclear energy after their sin with nuclear in World War 2. In France, Charles de Gaulle pushing nuclear power plant to reconstruct French national identity.  There is no way that Nuclear Power Plant can not sitting in Nusantara.

We can not rely on market mechanism and current economic value to enable nuclear power plant development. Government should create market for nuclear power rather than other way around. Nuclear power plant are for one who have a willing to plant the seed and probably not see the fruit. This kind of leader we should have.

Sekilas Tentang Riwayat Reaktor Daya Nuklir

 

Awalnya, reaktor nuklir didesain untuk memproduksi plutonium sebagai senjata nuklir. Di Amerika Serikat, Plutonium diproduksi di Hanford di tepi Sungai Columbia mulai tahun 1944, menggunakan reaktor bermoderator grafit dan pendingin air once-through sehingga membutuhkan air dalam jumlah besar yand didapat dari sungai tersebut. (Setelah plutonium yang diproduksi dirasa cukup, secara bertahap reaktor Hanford dihentikan bertahap dari 1964 hingga 1971).  Pada tahun 1948 Uni Soviet mengikuti kelakuan Amerika dengan desain reaktor yang mirip, namun dengan pendiginan closed-cycle dan juga dapat menghasilkan daya. Inggris yang merasa ditinggal karena McMahon Act (Kerjasama nuklir negara sekutu), juga membuat reaktor bermoderator grafit dengan pendigin gas, dan membuat Windscale Piles pada 1950. Selanjutnya UK kemudian beranjak menggunakan reaktor pendingin gas CO2 yang juga dapat menghasilkan daya. Kanada memprioritaskan upayanya pada pengembangan reaktor dengan moderator air berat (Deuterium) dan juga sebagai pendinginnya, dimulai dengan reaktor NRX di tahun 1947.

 Setelah berhasil membuat reaktor di daratan, Amerika Serikat dan Uni Soviet merancang system propulsi untuk kapal laut mereka, yang diawali dengan PWR  di Kapal Selam Nautilus di 1955. Kemudian disusul Uni Soviet yang menggunakan VVER (versi PWR Uni Soviet) di Kapal Icebreaker Lenin pada 1958.

Jika Plutoniumnya Amerika diproduksi di Reaktor Hanford, maka Oak Ridge membuat enriched uranium yang selanjutnya dikembangkan oleh Westinghouse dan Babcock Wilcox dengan reaktor PWRnya dan GE dengan reaktor BWRnya. Uni Soviet menggunakan strategi yang berbeda, mereka mencampur keperluan sipil dengan militer bersamaan, yaitu menggunakan reaktor daya yang menghasilkan listrik sekaligus untuk memproduksi Plutonium. Contohnya adalah reaktor RBMK, yang salahsatunya adalah reaktor yang terpasang di Chernobyl.

Ketergantungan pada enriched uranium di masa itu membuat Inggris dan Kanada menerapkan strategi berbeda. Inggris mengembangkan reaktor MAGNOX yang menggunakan natural uranium dengan moderator grafit dan pendingin gas, sementara Kanada mengembangkan reaktor CANDU yang juga menggunakan natural uranium namun dengan pendingin dan moderator air berat.

 Krisis minyak pada 1973 dan 1979 memberikan katalis pada pengembangan nuklir (dan energi alternatif lain). Salah satu negara yang massif membangun PLTN adalah Perancis. Dalam rentang 1974 hingga 1981 aja, Perancis mulai membangun 40 reaktor daya mereka, yang hingga kini konsisten memiliki kontribusi bauran energi dari nuklir secara dominan, hingga berkisar 70% sumber energi Listrik mereka. Selain Perancis, Jepang juga membangun PLTN secara masif saat itu, terlebih karena mereka adalah net importer energi sehingga sangat kalang-kabut saat harga minyak melonjak. Namun demikian, pada negara penghasil minyak seperti Inggris, Pembangunan PLTN tidak terlalu pesat karena mereka juga tidak merasakan sense of urgency yang tinggi.

Indonesia, yang tengah mengalami penurunan produksi minyak bumi karena satu dan lain hal, saat ini bertumpu pada batubara karena merupakan Cadangan energi terbukti terbesar yang dimiliki. Namun karena tingginya emisi CO2 yang dihasilkan, mengurangi porsi PLTU Batubara menjadi sebuah PR besar, yang secara teknis dapat digantikan dengan PLTN dengan mempertimbangkan kemiripan karakteristiknya (ukuran besar, komponen C murah dan penggunaan sebagai beban dasar).

Coal Plant Flexibility to Enable Renewable Energy Integration Economically

To accelerate renewable energy penetration in grid, one popular method is phasing out coal fired steam power plant. Nevertheless, phasing out coal power plant in developing countries need higher consideration than in developed country. Financial capacity, expert availability, and grid readiness need further examination.

One features needed by grid as more and more intermittent generation is a flexibility by existing power plant.
By flexibility are means :
1. Increasing ramp rates
2. Lowering minimum load
3. Increasing maximum load beyond rated load
4. Reducing start-up time

1. Increasing ramp rates
Increasing ramp rates will improve load-following capabilities, especially when other generation also have harsh swing. This characteristic will help to avoid load shedding in case of changes in demand, changes in production from other plants like in renewable plant, and when other plant trip. Higher ramp rates also make room for possibilities to include higher number renewable energy mix in grid, up to 50%.

However, attempt to increasing ramp rates in coal power plant are usually limited by boiler dynamics such as coal mill operation, drum temperature gradients and steam temperature control. Besides boiler dynamics, limitations could be anywhere so this work required profound plant knowledge from their engineers. This endeavour can be done without hardware investments, nevertheless some equipment upgrade can contribute more offset in ramping rates. Best practices coal power plant ramping rates flexibility is around 4% per minute.

2. Lowering minimum load
Lowering mminium load of coal power plant will keep plant on the grid without stopping to avoid start up penalty. When power plant can hold on a grid, it will responded faster to load changes without start-up preparation that usually made hours to getting back on grid.

Some typical limitation in lowering minimum load effort are safety margin of single mill operation, flame stability, flue gas temperature (below 380 degC) and conservatism. However, many can be done in terms of distributed control modifications and engineering man hours. Best achievable of minimum load in coal power plant are about 10% to 20% rated capacity.

3. Increasing maximum load beyond rated load
Increasing maximum load beyond rated load can be done by "overload mode". This mode will increase electrical output about 5%, but sacrificing efficiency. From grid stability view, this efficiency penalty generally acceptable.

Overload mode can be done by bypassing high pressure heaters. The absence of extraction steam resulting no reduction in steam turbine that allowed to expand through turbine and increase power. However, by shutdown HP heaters will reduce feedwater temperature, so firing rate should be increase to get same live steam properties. This fuel consumption escalation will push plant efficiency, generally about 2%.

4. Reducing start-up time
Reducing start-up time in coal fired steam powerplant have two main limitation that determined by boiler warm-up and turbine stress.

Different boiler type and manufacturer has different limitation, so the optimisation that can be done will be different case per case basis. Turbine stress also should be highly considered and can be observe to fasten the startup process with precautionary principle. Reducing startup time, in my opinion, is the hardest part of flexibility because its requires profound knowledge of process and components.
 
Enhancement of Coal Fired Steam Power Plant flexibility can be a solution for developing countries to gradually embedding renewable energy into their grid as demand growth, while waiting
financial support obligation to be realized from developed countries.

Kota dengan 100 Persen Energi Terbarukan - 100% Renewable Energy City

 Hi guys, kali ini saya coba mensarikan dari Jurnal berjudul "Integration of solar thermal and photovoltaic, wind, and battery energy storage through AI in NEOM city" oleh Pak Alberto Boretti.

Ide utama dari jurnal ini adalah mengangkat keuntungan-keuntungan penggunaan concentrated solar thermal plant sebagai solusi ekonomis untuk mensuplai kebutuhan pelanggan dalam kota karena memiliki keunggulan dispatchability.

Kita semua paham, bahwa solar panel dan wind turbine menggunakan sumber energi yang intermittent sehingga tidak akan bisa cocok dengan kebutuhan dari pelanggan. Solusi umum yang digunakan adalah menggunakan baterai sebagai buffer, namun menurut Pak Boretti, hal tersebut masih belum ekonomis karena menurut beliau, harga LCOE (Levelised Cost of Electricity) murah solar dan wind turbine yang sekitar 3-4 sen dolar/kWh harus dikompensasi oleh harga mahal baterai lithium-ion sebesar 14-28 sen dolar/kWh. Sementara itu, harga LCOE dari solar thermal berkisar 7.5 sendolar/kWh dan dapat ditekan dengan penggunaan teknologi termutakhir yang meningkatkan temperatur dan tekanan fluida kerja, sehingga harganya bisa dibawah 6.5 sendolar/kWh.

Pe eR berikutnya adalah, bagaimana kita mengintegrasikan solar panel, wind turbine, baterai dan solar thermal dengan optimal sehingga didapat LCOE terbaik dan mampu melayani kebutuhan pelanggan di kota tersebut. Bapaknya mengusulkan untuk menggunakan Artificial Intelligence. Penasaran? silakan buka sendiri jurnalnya ya. 

Selamat Membaca!

Development of Pembangkit Listrik Tenaga Bayu

Upaya-upaya untuk meningkatkan bauran energi terbarukan dalam sistem JaMaLi (Jawa-Madura-Bali) sangat gencar didengungkan, namun apakah demikian pula implementasinya?

Pada RUPTL 2019-2028 telah jelas dinyatakan bahwa pada tahun 2025 bauran energi dari EBT sebesar 23%. Sebuah angka optimis yang sebaiknya didukung oleh semua pihak yang memiliki andil dalam ketercapaiannya.

Untuk membangun sebuah pembangkit dari energi terbarukan, diperlukan beberapa pertimbangan sebagai berikut :

1.       Kondisi angin pada daerah setempat

Untuk mendapatkan data sumber daya energi angin, dibangun mast dengan ketinggian (misal) 120 meter yang dipasangi anemometer setiap sepertiga bagiannya (40m, 80m, 120m). Kondisi angin dipantau selama minimal satu tahun untuk mengetahui potensi serta karakteristik dari kecepatan dan arah angin terhadap waktu.

2.       Pemilihan jenis turbin angin

Setelah didapat profil potensi energi angin, dipilihlah turbin angin yang sesuai sehingga didapatkan desain yang optimal. Berikut contoh dari kelas turbin angin :

Selain pertimbangan pemanfaatan energi, perlu diperhatikan juga kurva daya dari turbin-generator yang akan digunakan yaitu mempertimbangkan cut-in speed, nominal speed dan cut-out speed.

3.       Dampak dari masuknya pembangkit renewable tersebut

Pembangkit renewable memiliki karakteristik intermittent sehingga selain dampak load flow yang akan berubah, perlu juga dievaluasi dampak yang disebabkan oleh intermitency. Untuk pembangkit bayu yang memiliki MW kecil umumnya tidak memiliki masalah yang berarti, namun untuk pembangkit bayu yang memiliki MW besar, perlu diperhatikan kesiapan sistem terutama kompensator yang memiliki respon cepat seperti turbin gas dan turbin air. Jika pembangkit existing dianggap belum mampu mengkompensasi sifat intermitency dari PLTB, dapat dipertimbangkan untuk pemasangan baterai, modifikasi PLTA menjadi pumped storage, dan peningkatan kontribusi droop. Selain itu, kebutuhan inersia juga perlu diperhatikan karena PLTB yang terkoneksi ke grid melalui power electronic memiliki inersia yang rendah. Untuk memenuhi kebutuhan inersia dapat dilakukan dengan menggeser titik operasi PLTU thermal untuk menjaga inersia, memasang synchronous condenser dan memasang inverter virtual inertia.

4.       Waktu yang dibutuhkan mulai dari tahap perencanaan hingga COD

Untuk sebuah proyek PLTB onshore dengan tipikal daya terpasang 25-50MW, diperlukan waktu sekitar 3.5-4 tahun. Adapun gambaran rincian dari waktu yang dibutuhkan adalah sbb:

Aktivitas	Durasi	Unit
Pengukuran Sumber Angin	12	Bulan
Studi Kelayakan	2	Bulan
PPA	6	Bulan
Proses Kontrak EPC	6	Bulan
Financial Close & NTP	6	Bulan
Konstruksi	12	Bulan
Commisioning - COD	3	Bulan

5.       Analisis finansial

Dalam melakukan analisis finansial, dapat diperhatikan biaya investasi dan operasional. Umumnya digunakan analisis biaya dengan LCOE (Levelized Cost of Electricity).

Pada komponen biaya investasi terdapat biaya EPC, biaya non-EPC, biaya interkoneksi grid, dan biaya kontingensi. Sedangkan pada biaya operasional terdiri dari biaya O&M (Operation and Maintenance), biaya non O&M, dan biaya kontingensi.

Biaya-biaya yang dikeluarkan tersebut hingga habis masa manfaatnya dibandingkan dengan potensi tenaga listrik yang dibangkitkan untuk menentukan kelayakan pembangunan PLTB secara finansial.

6.       Analisis risiko

Selain tantangan teknis dan finansial, risiko-risiko yang ada perlu dipertimbangkan demi keberhasilan pembangunan dan operasional dari PLTB. Beberapa parameter risiko yang perlu diperhatikan dalam pembangunan PLTB antara lain :

·         Dampak lingkungan

·         Aktivitas vulkanik

·         Aktivitas seismik

·         Potensi perubahan angin sehingga cerai (tidak berjodoh lagi) dengan turbin

·         Kemungkinan relokasi penduduk

·         Potensi tsunami dan atau banjir

·         Potensi angin kencang ekstrim

·         Potensi kegagalan pembiayaan

·         Penggunaan lahan yang tidak sesuai dengan perencanaan spasial

·         Technology maturity

·         Kerumitan konstruksi

·         Pengalaman EPC

·         Kerumitan pengoperasian

Demikian sekelumit gambaran dari PLTB, semoga membantu untuk mendapatkan perspektif tentang pembangkit energi terbarukan sehingga meningkatkan awareness dan dukungan rekan-rekan demi terciptanya bauran energi yang ideal untuk mewujudkan keseimbangan dalam energy security, energy equity dan environmental sustainability.