PEMBANGKIT PENGENALAN (PLTN) L STR KTENAGANUKLTR

Transkripsi

1 PENGENALAN (PLTN) PEMBANGKIT L STR KTENAGANUKLTR I _ Sampai saat ini nuklir khususnya zat radioaktif telah dipergunakan secara luas dalam berbagai bidang seperti industri, kesehatan, pertanian, peternakan, sterilisasi produk farmasi dan alat kedokteran, pengawetan bahan makananodan bidang hidrologi, aplikasi tersebutadalah dalam bidang non energi. Salah satu pemanfaatanteknik nuklir dalam bidang energi saat ini sudah berkembang dan dimanfaatkan secara besar-besaran dalam bentuk Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), dimana tenaga nuklir digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang relatif murah, aman dan tidak mencemari lingkungan. Pemanfaatanteknik nuklir dalam bentuk PLTN mulai dikembangkansecara komersial sejak tahun 1954.Padawaktu itu di Uni Sovyet (USSR), dibangun dan dioperasikan satu unit PLTN air ringan bertekanan tinggi (WER=PWR) yang setahun kemudian mencapai daya 5 Mwe. Di Amerika Serikat juga telah

2 dioperasikan jenis reaktor yang sama dengan daya 60 Mwe. Pada tahun 1956 di Inggris dikembangkan jenis Gas Cooled Reactor (GCR = reaktor berpendingin gas) dengan daya 100 Mwe. Hingga tahun 2010 di seluruh dunia baik di negara maju maupun berkembang telah dioperasikan sebanyak 438 unit PLTN tersebar di 30 negara dengan kontribusi sekitar 18 7o dari pasokan tenaga listrik dunia dengan total pembangkitan dayanya mencapai 314Mwe. Sementara itu 143 PLTN dalam tahap konstruksi di 24 negara, dengan negara yang sedang membangun PLTN terbanyak adalah China 36 unit, India 20 unit dan Rusia 16 unit. Selain yang memasuki tahap konstruksi344 unit PLTN lainnya di dunia sedang dalam tahap perencanaan..;::t.-'.; Desain PLTN tipe ACR-1000 (Advance Candu Reactor) Perbedaan Pembangkit Listrik Konvensional (PLK) dengan PLTN Dalam pembangkit listrik konvensional, air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran bahan fosil (minyak, batubara, dan gas). Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin uap yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin selanjutnya digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga akan menghasilkan tenaga listrik. Pembangkit listrik dengan bahan bakar batubara, minyak dan gas mempunyai potensi menimbulkan dampak negatif ke lingkungan serta masalah transportasi bahan bakar dari tambang menuju lokasi pembangkitan. Dampak lingkungan akibat pembakaran bahan fosil tersebut dapat berupa CO, (karbon dioksida), SO, (sulfur dioksida) dan NO, (nitrogen oksida), serta debu yang mengandung logam berat. Kekhawatiran terbesar dalam pembangkitan listrik dengan bahan bakar fosil adalah dapat menimbulkan hujan asam dan peningkatan pemanasan global. PLTN beroperasi dengan prinsip yang sama seperti PLK, hanya panas yang digunakan untuk menghasilkan uap tidak dihasilkan dari pembakaran fosil, tetapi dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam suatu reaktor nuklir. Tenaga panas tersebut digunakan untuk

3 Transmisi Bahan bakar (uranium) Moderator neutron Reaktor li J",;;;"''* Air dingin dari sungai/danau/[aut Transformer Skema Pembangkit Listrik Tenagct Nuklir elfn) membangkitkan uap di dalam sistem pembangkit uap (Steam Generator) dan selanjutnya sama seperti PLK, uap digunakan untuk menggerakkan turbin-generator sebagai pembangkit tenaga listrik. Sebagai pemindah panas digunakan air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi. Proses pembangkitan listrik ini tidak membebaskan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dibuang ke lingkungan atau melepaskan partikel yang berbahaya seperti CO2, SO2, NO^ ke lingkungan, sehingga PLTN ini merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari. Pembelahan Inti Panas yang dipergunakan untuk membangkitkan uap diproduksi dari pembelahan inti atom yang dapat diuraikan sebagai berikut: Apabila satu neutron (dihasilkan dari sumber neutron) tertangkap oleh inti atom U-235, inti atom akan terbelah menjadi 2 atau3 bagian/fragmen. Energi yang semula mengikat fragmen tersebut diubah menjadi energi kinetik sehingga mereka bergerak dalam kecepatan tinggi. Karena fragmenfragmen itu berada dalam struktur kristal uranium maka gerakannya akan diperlambat. Dalam proses perlambatan inilah energi kinetik dikonversi menjadi energi panas (energi termal). Energi termal pembelahan 1 kg U-235 murni sekitar 17 milyar kkal atau setara dengan energi termal yang dihasilkan dari pembakaran 2,4 jutakg (2.400 ton) batubara. Selain fragmen-fragmen tersebut reaksi pembelahan inti juga menghasilkan 2 atau 3 neutron yang dilepaskan dengan kecepatan km/detik. Neutron-neutron ini disebut neutron cepat

4 yang mampu bergerak bebas tanpa dirintangi oleh atom-atom uranium atau atom-atom kelongsongnya. Agar mudah ditangkap oleh inti atom uranium guna menghasilkan reaksi pembelahan, maka kecepatan neutron ini harus diperlambat. Zatyang dapat memperlambat kecepatan neutron disebut moderator. Panas yang dihasilkan dari reaksi pembelahan didinginkan oleh air yang bertekanan 160 atm dan suhu 300'C secara terus menerus dipompakan ke dalam reaktor melalui saluran pendingin reaktor. Tidak hanya sebagai pendingin air ini juga berfungsi sebagai moderator, yaitu medium yang memperlambat neutron. Neutron cepat akan kehilangan energinya selama menumbuk atom-atom hidrogen, setelah kecepatannya turun sampai 2000 m/s atau sama dengan kecepatan molekul gas pada suhu 300'C barulah ia mampu membelah inti atom U-235, neutron yang telah diperlambat ini disebut neutron termal dan menvebabkan teriadinva reaksi berantai. Skema reaksi berantai yanp dikendalikan oleh batanp kendali Reaksi Berantai Terkendali Reaksi berantai dapat berlangsung dalam waktu singkat dan menghasilkan energi yang sangat besar. Untuk dapat dimanfaatkan tenaga panasnya reaksi berantai yang berlangsung di reaktor nuklir harus dikendalikan sehingga dihasilkan energi yang sesuai dengan kebutuhan. Pengendalian ini dilakukan dengan menggunakan batang kendali yang mampu menyerap neutron. Batang kendali dibuat dari bahan yang dapat menyerap neutron seperti Boron atau Cadmium. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam reaksi nuklir pada PLTN: o Reaksi pembelahan berantai hanya dimungkinkan apabila ada moderator o Kandungan U -235 di dalam bahan bakar nuklir maksimum adalah 3,27o. Katdungan ini kecil sekali dan terdistribusi secara merata dalam isotop U-238, sehingga tidak mungkin terjadi reaksi pembelahan berantai secara tidak terkendali di dalamnya.

5 Beherapa tipe PLTN diantaranya: ReaktorAir Mendidih (Boiling Water Reactor) Reaktor jenis ini memanfaatkan air (HrO) sebagai pendingin reaktor dan moderator. Panas yang dihasilkan oleh reaksi fisi dalam elemen bakar akan diserap oleh air, sehingga air akan mendidih dan berubah menjadi uap. Uap yang dihasilkan akan dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin-generator sehingga dihasilkan listrik. Uap yang telah menggerakkan turbin kemudian didinginkan sehingga berubah menjadi air kembali dan dipompa kembali ke dalam reaktor. Dalam reaktor BWR hanya terdapat satu sistem sirkulasi pendingin. PLTN Vattenfall Jerman di malam hari Reaktor Air Bertekanan (Pressurized Water Reactor) Reaktor PWR menggunakan air (HrO) sebagai pendingin. Reaktor ini memiliki dua sistem sirkulasi pendingin, yaitu pendingin primer dan pendingin sekunder. Sirkulasi pendingin primer berisi air yang berhubungan langsung dengan sumber panas. Air pendingin sekunder dibuat bertekanan tinggi sehingga tidak akan mendidih walaupun berada dalam temperatur yang sangat tinggi. Panas dari sistem pendingin primer kemudian akan dipindahkan ke sistem pendingin sekunder. Air dalam sistem sekunder ini akan berubah menjadi uap dan kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin-generator dan menghasilkan listrik. Reaktor Air Berat Bertekanan (Pressurized Heavy Water Reactor) Reaktor ini prinsip kerjanya mirip dengan jenis PWR. Letak perbedaan adalah pendingin yang digunakan adalah air berat (DrO). Penggunaan air berat membuat reaktor jenis ini bisa menggunakan uranium alam yang tidak diperkaya sebagai bahan bakar. Reaktor Berpendingin Gas (Gas Cooled Reactor, GCR) Gas CO, yang disirkulasikan ke dalam bahan bakar reaktor berfungsi sebagai pendingin siklus primer. Gas panas yang keluar dari reaktor kemudian masuk ke dalam steam generator untuk

6 Desain PLTN portabel generasi baru Ruang kendali PLTN membangkitkan uap pada siklus sekunder yang menggunakan air sekaligus mendinginkan gas COz tersebut sebelum kembali masuk ke dalam reaktor. Pada tipe ini, grafit dipergunakan sebagai moderator sehingga bisa mempergunakan uranium alam tidak diperkaya sebagai bahan bakar. Reaktor Grafit Berpending in Air (Light Water Graphite Reactor, LWGR) Reaktor ini mempergunakan grafit sebagai moderator dan air sebagai pendingin. Air pendingin dibiarkan mendidih di dalam reaktor dan uapnya kemudian dipisahkan dari air dalam steam drum. Uap kemudian dipergunakan untuk menggerakkan turbin. Reaktor yang mengalami kecelakaan di Chernobyl termasuk ke dalam reaktor tipe ini. Reaktor Pembiak Cepat (Fast Breeder Reactor, FBR) Reaktor ini mempergunakan plutonium (Pu-239) sebagai bahan bakar plutonium ditempatkan di bagian tengah inti reaktor, kemudian disebelah luarnya dikelilingi oleh U-238. Uranium-238 ini menyerap neutron yang berasal dari reaksi hasil fisi di bagian tengah reaktor, sehingga berubah menjadi Pt-239. Produksi Pu-239 inilah yang dikenal sebagai pembiakan bahan bakar. Dengan tanpa adanya moderator di dalam reaktor untuk menurunkan energi neutron membuat reaktor ini disebut pembiak cepat. Sebagai pendingin dipakai logam cair sodium (Na) yang tidak bersifat memoderasi dan tahan terhadap temperatur ekstrim di dalam reaktor. Reaktor Pebble Bed (Pebble Bed Reactor) Reaktor ini mempergunakan bahan bakar keramik uranium (U), plutonium (Pu) dan thorium (Th) berbentuk bola (pebble). Bola-bola diletakkan ke dalam silinder reaktor yang bagian bawahnya berbentuk seperti corong sebagai tempat keluarnya bahan bakar yang sudah habis terpakai. Gas helium yang dialirkan di sela-sela tumpukan bola-bola keramik berfungsi sebagai pendingin yang menyerap panas hasil reaksi fisi untuk kemudian dipindahkan ke air pendingin melalui steqm generator. Grafit pada struktur bahan bakar atau bola-bola grafit yang dicampur dengan bola-bola bahan bakar berfungsi sebagai moderator. Aliran tipikal dari pebble ini adalah satu pebble setiap menit. Pusat Diseminasi lptek Nuklir Gedung Perasten :Jl. Lebak Bulus Raya No.49, PasarJum'at, Jakarta Kotak Pos :4390, Jakarta 12043, Indonesia, Telp. :(021) 7659a01, Fax. :(021 ) , batan.go.id, jkt.bozz.com