Konversi Energi Nuklir. Hasbullah, S.Pd., MT

Transkripsi

1 Konversi Energi Nuklir Hasbullah, S.Pd., MT

2 3E Isu Global ECONOMIC GROWTH ENERGY SECURITY ENVIRONMENTAL PROTECTION

3 Salah satu solusi SUMBER ENERGI YANG : RAMAH LINGKUNGAN BISA MENYUPLAI UNTUK JANGKA PANJANG

4 SUMBER ENERGI UTAMA RESOURCES Energi Bahan bakar per 1000 MWe per kg bahan bakar plant per tahun Fisi Nuklir a) kwh 30 ton Batu bara 3 kwh ton Minyak bumi 4 kwh ton

5 Advanced scenario for nuclear energy Scenario Reserves Utilization Present LWR 4.36 million tons 72 years Advanced - FBR - Multirecycle - Higher efficiency - U in the sea - Thorium 4.36 million tons 4 billion tons ~ 3 x U ~ 10,000 years ~ million years From : Nuclear Technology, Marshall, W., 1983

6

7 Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005

8 Potensi Energi Nasional ENERGI NON FOSIL SUMBER DAYA SETARA PEMANFAATAN KAPASITAS TERPASANG Tenaga Air 845,0 juta BOE 75,67 GW ,0 GWh 4.200,0 MW Panas Bumi 219,0 juta BOE 27,00 GW 2,593,50 GWh 800,0 MW Mini/micro-hydro 458,75 MW 458,75 MW 54,0 MW Biomasa 49,81 GW 302,40 MW Tenaga Surya 4,80 kwh/m 2 /hari 5,00 MW Tenaga Angin 9,29 GW 0,50 MW Uranium (Nuklir) Ton* 33,00 GW Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005

9 Sumber radioaktif di Indonesia Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005

10 Penggunaan PLTN Berarti : Konservasi : bagi fosil khususnya BBM Intensifikasi : meningkatkan ekspor untuk memperoleh hardcurrency, BBM untuk transportasi dan fosil untuk feed stock Diversifikasi : pasokan energi dalam bentuk listrik Keberlanjutan : memperpanjang ketersediaan fosil, kogenerasi menghasilkan EOR, Coal Liquefaction & Gasification, H2 Production, Desalination Mengurangi emisi gas rumah kaca (GHC) secara significant Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005

11 PLTN di Amerika Serikat

12 PLTN di Dunia

13 Road-map PLTN di Indonesia Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005

14 REAKTOR NUKLIR Reaktor nuklir adalah tempat/perangkat dimana reaksi nuklir berantai dibuat, diatur dan dijaga kesinambungannya pada laju yang tetap (berlawanan dengan bom nuklir, dimana reaksi berantai terjadi pada orde pecahan detik, reaksi ini tidak terkontrol).

15 MANFAAT REAKTOR Pembangkit energi listrik Pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan untuk penelitian. Memproduksi plutonium sebagai bahan senjata nuklir

16 Reaktor Sebuah reaktor nuklir paling tidak memiliki empat komponen dasar, yaitu Elemen bahan bakar, Moderator neutron, Batang kendali, dan Perisai beton.

17 SKEMA REAKTOR

18 Teknologi Reaktor Nuklir Fisika Reaktor : Desain Reaktor Penanganan limbah Material Nuklir Reaktor Engineering : Termal hidraulik Sosial Sains : Fisika Nuklir : Data Nuklir Model Nuklir Spektroskopik Nuklir Aspek teoritis

19 REAKSI FUSI DAN FISI Fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses di mana dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan Bom Hidrogen meledak. Senjata nuklir adalah senjata yang menggunakan prinsip reaksi fisi nuklir dan fusi nuklir.

20 REAKSI FISI Sebuah inti berat yang ditumbuk oleh partikel (misalnya neutron) dapat membelah menjadi dua inti yang lebih ringan dan beberapa partikel lain. Mekanisme semacam ini disebut pembelahan inti atau fisi nuklir. Contoh reaksi fisi adalah uranium yang ditumbuk atau menyerap neutron lambat

21 Rekasi Fisi Reaksi fisi uranium seperti di atas menghasilkan neutron selain dua buah inti atom yang lebih ringan. Neutron ini dapat menumbuk (diserap) kembali oleh inti uranium untuk membentuk reaksi fisi berikutnya. Mekanisme ini terus terjadi dalam waktu yang sangat cepat membentuk reaksi berantai tak terkendali. Akibatnya, terjadi pelepasan energi yang besar dalam waktu singkat

22 Reaksi Fisi

23 Neuton induced fission Inti berat dapat pecah jika ditumbuk Tumbukan menyebabkan nucleon kehilangan keadaan setimbangannya Tumbukan yang keras merupakan kondisi terbaik untuk menginduksi fisi Neutrons merupakan proyektil ideal untuk menginduksi fisi

24 Reaksi berantai Neutrons can induce fission Induced fission releases neutrons This cycle can repeat Chain reaction! Each fission releases energy Many fissions release prodigious amounts of energy Sudden energy release produces immense explosion

25 Fissionable Materials 235U and 239Pu are fissionable materials 235U is rare and must be separated from 238U 239Pu is made by exposing 238U to neutrons

26 Siklus Bahan bakar Nuklir

27 Penelitian tentang struktur inti Penelitian tentang pemodelan inti Hot topic in decade Theoretical aspect Reproduksi data Produksi data Hot topic in decade Engineering aspect Pencarian bahan bakar baru

28 Klasifikasi Reaktor Nuklir Berdasarkan perbedaan spektrum energi neutron (reaktor cepat, reaktor termal) Berdasarkan jenis material yang digunakan sebagai moderator dan pendingin (Magnox, AGR, LWR, HWR, RBMK, HTGR) Bardasarkan fungsi (reaktor riset, converter,reaktor daya)

29 Evolusi Reaktor Daya Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005

30 Evolusi Disain PLTN Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005

31 Reaktor Daya

32 Klasifikasi Reaktor Daya Reactor types Reactor names Moderator Coolant Thermal reactors Magnox GCR Graphite CO 2 AGR Graphite CO 2 PWR H 2 O H 2 O BWR H 2 O H 2 O BLWR(FUGEN) D 2 O H 2 O PHWR(CANDU) D 2 O D 2 O HTR Graphite He THTR Graphite He RBMK Graphite H 2 O Fast reactor LMFBRs None Na or Pb/Pb-Bi

33 Nuclear Power Plant

34 PRESSURIZED WATER REACTOR PWR adalah reaktor air bertekanan (pressurized water reactor/pwr). Energi yang dihasilkan di dalam reaktor nuklir berupa kalor atau panas yang dihasilkan oleh batang-batang bahan bakar. Kalor atau panas dialirkan keluar dari teras reaktor bersama air menuju alat penukar panas (heat exchanger).

35 Reaktor ini memisahkan uap panas dari air dan dialirkan menuju turbin untuk menggerakkan turbin menghasilkan listrik Sedangkan air didinginkan dan dipompa kembali menuju reaktor. Uap air dingin yang mengalir keluar setelah melewati turbin dipompa kembali ke dalam reaktor.

36 PLTN dengan PWR

37 Vendor PWR Awal, Westinghouse Bettis Atomic Power Lab. Untuk kapal perang Westinghouse Nuclear Power Div. U/ komersial, Shippingport NPP (Duquesne Light, sampai 1982) Vendor yg menyusul Westinghouse : Asea Brown Boveri Combution Eng. (ABB-CE), Framatome, Kraftwerk Union, Siemens, Mitsubishi Babcock & Wilcox (B&W) dengan vertical oncethrough SG Lebih 60% PLTN di dunia menggunakan PWR

38 PWR Size (Review, Oconee (South Carolina U.S.A.).) Keluaran kalor (MWt) 2568 Suhu air masuk teras (oc) 290 Suhu keluar (oc) 319 Suhu elemen bakar maks (oc) 2343 Tekanan operasi (Pa) 1,5 x 10 7 Jumlah fuel Assembly 177 Batang elemen bakar tiap assembly 208 Assembly batang kendali 69 Massa UO2 (kg) Laju alir pendingin (kg/s) 16546

39 BOILING WATER REACTOR/BWR Reaktor tipe ini menggunakan air (H2O) sebagai pendingin dan moderator. Moderator adalah medium untuk memperlambat kecepatan partikel neutro Air pendingin digunakan untuk mengambil panas yang dihasilkan dalam teras reaktor (reactor core) sehingga temperatur air akan naik. Temperatur air dibiarkan meningkat hingga mencapai titik didih

40 Tipe PLTN (BWR)

41 Vendor BWR Awal, Allis-Chambers & General Electric (GE) Selanjutnya hanya GE yang bertahan. Vendor yang menyusul GE : Asea Atom, Kraftwerk Union, Hitachi, 20 % PLTN di dunia adalah BWR

42 Gas-Cooled Fast Reactor Characteristics He (or SC CO 2 ) coolant, direct cycle gas-turbine 850 C outlet temperature 600 MW th /288 MW e U-TRU ceramic fuel in coated particle, dispersion, or homogeneous form Block, pebble, plate or pin core geometry (GFR) Waste minimization Efficient electricity generation Reactor physics issues Core configuration dependent Neutron streaming Data for actinides and fuel matrix candidate materials

43 Lead-Cooled Fast Reactor (LFR) Characteristics Pb or Pb/Bi coolant 550 C to 800 C outlet temperature U-TRU nitride or Zr-alloy fuel pins on triangular pitch MWe year core life Core refueled as a cartridge Distributed energy generation Transportable core Passive safety and operational autonomy Reactor physics issues Data for actinides, Pb, Bi Spectrum transition at core edge Reactivity feedback coefficients

44 Molten Salt Reactor (MSR) Characteristics Molten fluoride salt fuel C outlet temperature 1000 MWe Low pressure (<0.5 MPa) Circulating actinide-bearing fuel Graphite core structure to channel flow Actinide consumption Avoids fuel development and fabrication Reactor physics issues Evolution of mobile-fuel composition Modeling of nuclear, thermal, and physio-chemical processes Delayed neutron precursor loss

45 Sodium-Cooled Fast Reactor Characteristics (SFR) Sodium coolant, 550 C T out 150 to 1500 MWe U-TRU oxide or metal-alloy fuel Hexagonal assemblies of fuel pins on triangular pitch Homogenous or heterogeneous core Consumption of LWR discharge actinides Efficient fissile material generation Reactor physics issues Actinide data Full-core transport effects Spectral transition at core periphery and beyond Accurate modeling of expansion feedback

46 Characteristics Supercritical-Water-Cooled Water coolant at supercritical conditions (~25 MPa) 510 C outlet temperature 1700 MWe UO 2 fuel, clad with SS or Nibased alloy Square (or hex) assemblies with moderator rods High efficiency, compact plant Thermal or fast neutron spectrum Reactor (SCWR) Reactor physics issues Similar to BWR s Increased heterogeneity Strong coupling of neutronics and T-H Neutron streaming

47 Very-High-Temperature Reactor Characteristics He coolant, direct cycle 1000 C outlet temperature 600 MW th, nominally based on GT-MHR Coated particle fuel Solid graphite block core (VHTR) High thermal efficiency Hydrogen production Passive safety Reactor physics issues Fuel double heterogeneity Stochastic behavior of pebble movement (for PBR variant) Graphite scattering treatment

48 Sekian Terima kasih

49 TUGAS 1. JELASKAN PRINSIP DARI PEMBANGKITAN TENAGA PANAS BUMI DENGAN TEKNOLOGI FLASH STEAM DAN BINARY CYCLE! 2. SEBUTKAN DAN JELASKAN PRINSIP KERJA REAKTOR-REAKTOR NUKLIR YG ANDA KETAHUI (LENGKAPI DGN SKEMANYA)! 3. BAGAIMANA PEMANFAATAN BAHAN URANIUM DIBERBAGAI BIDANG KEHIDUPAN!