BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) didesain berdasarkan 3 (tiga) prinsip yaitu mampu dipadamkan dengan aman (safe shutdown), didinginkan serta mengungkung produk fisi apabila terjadi lepasan dari teras reaktor[1]. Dalam kaitannya dengan mendinginkan, reaktor didesain mampu memindahkan panas dari teras baik hasil fisi secara langsung maupun dari panas peluruhan (decay heat). Sehubungan dengan hal tersebut maka pada reaktor daya perlu disediakan beberapa sistem pendingin baik pendingin pada saat beroperasi, transien, kecelakaan maupun kondisi padam (shutdown). Desain dari sistem tersebut beroperasi berdasarkan secara pasif maupun aktif yaitu secara sirkulasi alam atau memerlukan gaya penggerak dari luar (listrik). Reaktor daya yang sekarang dikembangkan adalah reaktor daya generasi III + yang memiliki ciri khusus yaitu mempunyai daya yang besar, tingkat keekonomisan yang kompetitif serta tingkat keselamatan yang tinggi dengan frekuensi kerusakan teras yang semakin kecil, yaitu lebih kecil dari criteria Internasional Nuclear Safety Advisory Group (INSAG) sebesar 10-5 reaktor tahun -1 [1]. Salah satu reaktor daya generasi III + adalah PWR Advanced Passive 1000 (AP1000) dengan pendingin air ringan. AP1000 berdaya 3400 MW(t) dengan 2 loop, serta menggunakan sistem pasif untuk meningkatkan keselatannya. Sistem pasif tersebut digunakan pada sistem pendingin teras darurat serta pendinginan pengungkung. Sistem pasif ini tidak diterapkan pada kolam penyimpanan bahan bakar bekas (Spent Fuel Pool Storage) dimana pelepasan produk fisi juga terjadi. Sesuai dengan United State-Nuclear Regulatory Commission (US-NRC), salah satu kriteria desain sistem kolam penyimpanan bahan bakar bekas adalah mencegah hilangnya air pendingin sehingga menimbulkan penurunan level air yang 1

2 mengakibatkan tidak cukupnya pendinginan atau perisai radiasi serta kemampuan memindahkan panas sisa (Residual Heat Removal) [2]. Pada kejadian Fukushima pompa sirkulasi air untuk mendinginkan reaktor rusak tidak beroperasi akibat terkena Tsunami sehingga sirkulasi air berhenti. Berhentinya sirkulasi air meningkatkan temperatur air sehingga air mendidih dan menguap. Akibat air menguap terus menerus maka permukaan air menurun sehingga perangkat bahan bakar ataupun batang bahan bakar tidak terkena air. Fenomena penguapan air pendingin juga terjadi pada kolam penyimpanan bahan bakar bekas[3]. Reaktor daya AP1000 menggunakan sistem pasif pada teras reaktor dan sistem aktif pada kolam penyimpanan bahan bakar bekas. Melihat kejadian Fukushima, probabilitas rusaknya pompa sirkulasi air pendingin pada kolam penyimpanan bahan bakar bekas tetap harus diperhatikan meskipun sangat kecil terjadi[4]. Desain kolam penyimpanan bahan bakar bekas dengan sistem pendinginan pasif menjadi salah satu solusi mencegah fenomena penguapan pada kolam bahan bakar bekas terjadi pada reaktor daya AP Perumusan Masalah Kolam penyimpanan bahan bakar bekas AP1000 yang ada saat ini masih memerlukan daya listrik untuk menggerakkan pompa. Pompa mensirkulasikan air di dalam kolam melalui heat exchanger untuk mendinginkan bahan bakar bekas sehingga suhu air di dalam kolam tetap stabil dan bahan bakar bekas selalu dalam kondisi sub kritis. Ketika terjadi kecelakaan kehilangan suplai daya listrik, pendinginan masih dapat dilakukan secara pasif selama 72 jam operasi. Setelah jangka waktu tersebut diperlukan upaya lebih lanjut sehingga kolam penyimpanan bahan bakar bekas dapat tetap beroperasi secara normal. Kebutuhan adanya pompa ini membuat kolam penyimpanan bahan bakar bekas menjadi rawan terjadi kecelakaan apabila daya listrik terputus ataupun kegagalan pada sistem pompa. Salah satu cara untuk mengatasi permasalahan ini 2

3 adalah dengan merancang kolam penyimpanan bahan bakar bekas dengan sistem pendingin pasif. Dengan Sistem pendingin pasif, kolam akan mampu mensirkulasikan aliran air pendingin secara kontinyu tanpa membutuhkan bantuan pompa. Hal ini akan meningkatkan tingkat keselamatan dan kehandalan kolam dalam menghadapi kecelakaan. Selain itu, sistem pendingin pasif juga akan mengurangi biaya pembangunan reaktor secara keseluruhan karena meminimalisasi jumlah pompa, generator AC yang digunakan Tujuan Tujuan dilakukanya penelitian ini adalah melakukan analisis dan optimasi parameter variabel dan geometri untuk mendapatkan rancangan sistem kolam penyimpanan bahan bakar bekas reaktor daya AP1000 dengan sistem pendinginan pasif Manfaat Mendapatkan desain geometri kolam penyimpanan bahan bekas untuk AP1000 dengan sistem pendinginan pasif Hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi pada penelitian desain kolam penyimpanan bahan bakar bekas dengan sistem pendinginan pasif selanjutnya Meningkatkan pemahaman tentang perancangan keselamatan pasif dengan menggunakan sirkulasi alam. 3

4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Telah dilakukan penelitian terhadap keandalan kolam penyimpanan bahan bakar bekas AP1000 oleh D. T. Sony Tjahyani [2012]. Kolam penyimpanan bahan bakar bekas AP1000 memiliki tingkat keandalan yang tinggi karena mempunyai beberapa sistem redundansi untuk menyuplai pendingin. Sistem redundansi tersebut beroperasi secara pasif dan aktif serta masing-masing tidak saling tergantung. Pada Umumnya, penerapan sistem pasif hanya pada fitur keselamatan teknis, terutama pada sistem pendingin teras yang terletak dalam pengungkung. Sedang sistem kolam penyimpanan bahan bakar bekas terletak di luar pengungkung, sehingga sistem pasifnya tidak murni 100%[4]. Kolam penyimpanan bahan bakar bekas AP1000 yang tidak 100% pasif murni memiliki probabilitas kecelakaan yang lebih tinggi dibandingkan apabila menggunakan sistem pendinginan pasif murni. Hal ini didasarkan pada analisis aspek termohidrolika pada kebakaran kolam penyimpanan bahan bakar bekas PLTN Fukushima Daiichi unit 4 yang dirilis oleh NRC. Pada saat terjadi kecelakaan kehilangan pendingin pada kolam penyimpanan bahan bakar bekas, operator memiliki waktu 100 jam (seiktar 4 hari) hingga terjadi pendidihan tanpa memperhitungkan berapa lama bahan bakar bekas berada di dalam kolam penyimpanan dan tanpa adanya sirkulasi pendingin. Lebih dari waktu tersebut apabila sirkulasi air pendingin belum berfungsi maka secara keseluruhan resiko kecelakaan bahan bakar bekas akan mengarah pada terjadinya kebakaran kelongsong Zr (Zirconium cladding fire)[5]. Kemampuan untuk menghilangkan panas peluruhan dari bahan bakar akan berkurang jika permukaan air berkurang (perlahan), terutama ketika turun di bawah bagian atas perangkat bahan bakar. Hali ini menyebabkan suhu dalam perangkat bahan bakar naik, mempercepat 4

5 oksidasi paduan zirkonium (zircaloy) kelongsong dan melukai pelet uranium oksida. Reaksi oksidasi dapat terjadi di udara dan uap, yang bersifat eksotermis yaitu pelepasan panas dalam jumlah besar yang selanjutnya dapat meningkatkan suhu kelongsong. Reaksi Zircaloy dengan uap dapat menghasilkan gas hidrogen dalam jumlah besar. Reaksi oksidadsi ini akan terjadi terus secara lokal dan tetap sekitar 10 kali lebih tinggi dari titik didih air, jika pasokan oksigen dan / uap tersedia untuk reaksi tersebut[5]. Suroso, Sukmanto, dan M. Darwis Isnaini [2011] melakukan Analisis termohidrolika terhadap distribusi heat flux, temperatur kelongsong dan pendingin sepanjang kanal bahan bakar aktif reaktor daya AP1000 dan PWR1000 tipikal yang menghasilkan karakteristika termal teras AP1000 dan PWR1000[6]. Berdasarkan beberapa penelitian yang telah dilakukan, analisis termohidrolika bermanfaat untuk memberikan gambaran persebaran suhu bahan bakar yang ada di dalam kolam penyimpanan bahan bakar bekas. Hal ini dapat dijadikan acuan dalam perancangan geometri desain kolam bahan bakar bekas AP1000 dengan sistem pendinginan pasif murni. 5