pembangkit - batan drive

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
dioperasikanjenis reaktor yang samadengandaya 60 Mwe. Padatahun 1956di Inggris dikembangkan
jenis Gas Cooled Reactor (GCR = reaktor berpendingin gas) dengandaya 100 Mwe.
Hingga tahun 2010 di seluruh dunia baik di negaramaju maupun berkembang telah dioperasikan
sebanyak438 unit PLTN tersebardi 30 negaradengankontribusi sekitar 18 7o dari pasokantenaga
listrik dunia dengantotal pembangkitandayanyamencapai314Mwe. Sementaraitu 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. Selainyang memasukitahapkonstruksi344 unit PLTN
lainnya di dunia sedangdalam tahap perencanaan.
.;::t
.-'.;
Desain PLTN tipe ACR-1000 (AdvanceCandu Reactor)
Perbedaan Pembangkit Listrik Konvensional (PLK) dengan PLTN
Dalam pembangkit listrik konvensional,air diuapkan di dalam suatuketel melalui pembakaran
bahan fosil (minyak, batubara, dan gas). Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin uap yang akan
bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaranturbin selanjutnya digunakan untuk menggerakkan
generator,sehinggaakan menghasilkantenaga listrik.
Pembangkit listrik dengan bahan bakar batubara, minyak dan gas mempunyai potensi
menimbulkan dampak negatif ke lingkungan serta masalah transportasibahan bakar dari tambang
menuju lokasi pembangkitan. Dampak lingkungan akibat pembakaranbahan fosil tersebut dapat
berupa CO, (karbon dioksida), SO, (sulfur dioksida) dan NO, (nitrogen oksida), serta debu yang
mengandung logam berat. Kekhawatiran terbesardalam pembangkitan listrik dengan bahan bakar
fosil adalah dapat menimbulkan hujan asam dan peningkatanpemanasanglobal.
PLTN beroperasidengan prinsip yang sama seperti PLK, hanya panas yang digunakan untuk
menghasilkanuap tidak dihasilkan dari pembakaranfosil, tetapi dihasilkan dari reaksi pembelahan
inti bahan fisil (uranium) dalam suatu reaktor nuklir. Tenaga panas tersebut digunakan untuk
Transmisi
li
Bahanbakar
(uranium)
Moderator
neutron
Reaktor
J",;;;"''*
Air dingin dari
sungai/danau/[aut
Transformer
Skema Pembangkit Listrik Tenagct Nuklir eLfN)
membangkitkanuap di dalam sistempembangkituap (SteamGenerator)dan selanjutnyasamaseperti
PLK, uap digunakanuntuk menggerakkanturbin-generatorsebagaipembangkittenagalistrik. Sebagai
pemindah panas digunakan air yang disirkulasikan secaraterus menerus selamaPLTN beroperasi.
Prosespembangkitan listrik ini tidak membebaskanasap atau debu yang mengandunglogam
berat yang dibuang ke lingkungan atau melepaskanpartikel yang berbahayaseperti CO2, SO2,NO^
ke lingkungan, sehinggaPLTN ini merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah
radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasianPLTN adalahberupaelemenbakar bekasdalam bentuk
padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementarabisa disimpan di lokasi PLTN sebelum dilakukan
p e n y i m p a n a ns e c a r al e s t a r i .
Pembelahan Inti
Panas yang dipergunakan untuk membangkitkan uap diproduksi dari pembelahan inti atom
yang dapat diuraikan sebagaiberikut:
Apabila satu neutron (dihasilkan dari sumber neutron) tertangkap oleh inti atom U-235, inti
atom akan terbelahmenjadi 2 atau3 bagian/fragmen.Energi yang semulamengikat fragmen tersebut
diubah menjadi energi kinetik sehinggamereka bergerak dalam kecepatantinggi. Karena fragmenfragmen itu beradadalam struktur kristal uranium maka gerakannyaakan diperlambat.
Dalam prosesperlambataninilah energikinetik dikonversi menjadi energipanas(energitermal).
Energi termal pembelahan1 kg U-235 murni sekitar 17 milyar kkal atau setaradenganenergi termal
yang dihasilkan dari pembakaran2,4 jutakg (2.400 ton) batubara.
Selain fragmen-fragmen tersebutreaksi pembelahaninti juga menghasilkan2 atau 3 neutron
yang dilepaskan dengan kecepatan 10.000 km/detik. Neutron-neutron ini disebut neutron cepat
yang mampu bergerakbebastanpadirintangi oleh atom-atomuranium atauatom-atomkelongsongnya.
Agar mudah ditangkap oleh inti atom uranium guna menghasilkanreaksi pembelahan,maka kecepatan
neutron ini harus diperlambat.Zatyang dapat memperlambatkecepatanneutron disebut moderator.
Panasyang dihasilkan dari reaksi pembelahandidinginkan oleh air yang bertekanan 160 atm
dan suhu 300'C secaraterusmenerusdipompakanke dalamreaktor melalui saluranpendinginreaktor.
Tidak hanya sebagaipendingin air ini juga berfungsi sebagai moderator, yaitu medium yang
memperlambat neutron. Neutron cepat akan kehilangan energinya selama menumbuk atom-atom
hidrogen, setelah kecepatannyaturun sampai 2000 m/s atau sama dengan kecepatanmolekul gas
pada suhu 300'C barulah ia mampu membelah inti atom U-235, neutron yang telah diperlambat ini
disebut neutron termal dan menvebabkanteriadinva reaksi berantai.
Skema reaksi berantai yanp dikendalikan oleh batanp kendali
Reaksi Berantai Terkendali
Reaksi berantai dapat berlangsungdalam waktu singkat dan menghasilkanenergi yang sangat
besar.Untuk dapat dimanfaatkantenagapanasnyareaksi berantaiyang berlangsungdi reaktor nuklir
harus dikendalikan sehingga dihasilkan energi yang sesuaidengan kebutuhan.
Pengendalian ini dilakukan dengan menggunakan batang kendali yang mampu menyerap
neutron.Batangkendali dibuat dari bahanyang dapatmenyerapneutron sepertiBoron atau Cadmium.
Beberapahal yang perlu diperhatikandalam reaksi nuklir pada PLTN:
o Reaksi pembelahanberantai 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
pembelahanberantai secaratidak terkendali di dalamnya.
Beherapatipe PLTN diantaranya:
ReaktorAir Mendidih (Boiling Water Reactor)
Reaktorjenis ini memanfaatkanair (HrO) sebagaipendingin reaktor dan moderator.Panasyang
dihasilkan oleh reaksi fisi dalam elemenbakar akan diserapoleh air, sehinggaair akan mendidih dan
berubah menjadi uap. Uap yang dihasilkan akan dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin-generator
sehingga dihasilkan listrik. Uap yang telah menggerakkanturbin 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 menggunakanair (HrO) sebagaipendingin. Reaktor ini memiliki dua sistemsirkulasi
pendingin, yaitu pendingin primer dan pendingin sekunder.Sirkulasi pendingin primer berisi air
yang berhubungan langsung dengan sumber panas. Air pendingin sekunder dibuat bertekanan
tinggi sehinggatidak akan mendidih walaupun berada dalam temperaturyang sangattinggi. 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-generatordan menghasilkanlistrik.
Reaktor Air Berat Bertekanan (Pressurized Heavy Water Reactor)
Reaktor ini prinsip kerjanya mirip denganjenis PWR. Letak perbedaanadalahpendingin yang
digunakanadalahair berat (DrO). Penggunaanair berat membuatreaktorjenis ini bisa menggunakan
uranium alam yang tidak diperkaya sebagaibahan bakar.
Reaktor Berpendingin Gas (Gas Cooled Reactor, GCR)
Gas CO, yang disirkulasikan ke dalam bahanbakar reaktor berfungsi sebagaipendingin siklus
primer. Gas panas yang keluar dari reaktor kemudian masuk ke dalam steam generator untuk
Desain PLTN portabel generasibaru
Ruang kendali PLTN
membangkitkan uap pada siklus sekunderyang menggunakanair sekaligusmendinginkan gas COz
tersebut sebelumkembali masuk ke dalam reaktor. Padatipe ini, grafit dipergunakansebagaimoderator
sehingga bisa mempergunakan uranium alam tidak diperkaya sebagai bahan bakar.
Reaktor Grafit Berpending in Air (Light Water Graphite Reactor, LWGR)
Reaktor ini mempergunakangrafit sebagaimoderatordan air sebagaipendingin. 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 termasukke dalam reaktor tipe ini.
Reaktor Pembiak Cepat (Fast Breeder Reactor, FBR)
Reaktor ini mempergunakanplutonium (Pu-239) sebagaibahanbakar 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 sebagaipembiakan bahan bakar. Dengan tanpa
adanya moderator di dalam reaktor untuk menurunkan energi neutron membuat reaktor ini disebut
pembiak cepat. Sebagaipendingin 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 mempergunakanbahan 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-selatumpukan bola-bola keramik berfungsi sebagaipendingin yang
menyerap panashasil reaksi fisi untuk kemudian dipindahkan ke air pendingin melalui steqmgenerator.
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.
PusatDiseminasilptek Nuklir
GedungPerasten:Jl. LebakBulusRayaNo.49,PasarJum'at,
Jakarta12440
KotakPos:4390,Jakarta12043,Indonesia,
Telp.: (021) 7659a01,7659402
Fax.: (021) 75913833,Email: [email protected],
infonuk
@jkt.bozz.com
www.batan.oo.id.
www.infonuklir.com