Konversi Energi Nuklir
Hasbullah, S.Pd., MT
3E Isu Global
ECONOMIC GROWTH
ENERGY SECURITY
ENVIRONMENTAL PROTECTION
Salah satu solusi SUMBER ENERGI YANG : RAMAH LINGKUNGAN BISA MENYUPLAI UNTUK JANGKA PANJANG
SUMBER ENERGI UTAMA RESOURCES
Fisi Nuklir
Energi
Bahan bakar per 1000 MWe per kg bahan plant bakar per tahun a) 50.000 kWh 30 ton
Batu bara
3 kWh
2.600.000 ton
Minyak bumi
4 kWh
2.000.000 ton
Advanced scenario for nuclear energy Scenario
Reserves
Utilization
Present
LWR
4.36 million tons
Advanced
- FBR 4.36 million ~ 10,000 - Multirecycle tons years - Higher efficiency - U in the sea 4 billion tons ~ million - Thorium ~3xU years
72 years
From : Nuclear Technology, Marshall, W., 1983
Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005
Potensi Energi Nasional ENERGI NON FOSIL
SUMBER DAYA
SETARA
PEMANFAATAN
KAPASITAS TERPASANG
Tenaga Air
845,0 juta BOE
75,67 GW
6.8851,0 GWh
4.200,0 MW
Panas Bumi
219,0 juta BOE
27,00 GW
2,593,50 GWh
800,0 MW
458,75 MW
458,75 MW
54,0 MW
49,81 GW
302,40 MW
Tenaga Surya
4,80 kWh/m2/hari
5,00 MW
Tenaga Angin
9,29 GW
0,50 MW
Mini/micro-hydro
Biomasa
Uranium (Nuklir)
24.112 Ton*
33,00 GW
Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005
Sumber radioaktif di Indonesia
Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005
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
PLTN di Amerika Serikat
PLTN di Dunia
Road-map PLTN di Indonesia Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005
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).
MANFAAT REAKTOR Pembangkit
energi listrik Pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan untuk penelitian. Memproduksi plutonium sebagai bahan senjata nuklir
Reaktor Sebuah
reaktor nuklir paling tidak memiliki empat komponen dasar, yaitu Elemen bahan bakar, Moderator neutron, Batang kendali, dan Perisai beton.
SKEMA REAKTOR
Teknologi Reaktor Nuklir
Fisika Reaktor : • Desain Reaktor • Penanganan limbah • Material Nuklir
Fisika Nuklir : • Data Nuklir • Model Nuklir • Spektroskopik Nuklir
Reaktor Engineering : • Termal hidraulik • • •
Sosial Sains : • • • • •
Aspek teoritis
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.
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
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
Reaksi Fisi
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
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
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
Siklus Bahan bakar Nuklir
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
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)
Evolusi Reaktor Daya
Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005
Evolusi Disain PLTN
Sumber : Materi presentasi Kepala BATAN 14 juni 2005
Reaktor Daya
Klasifikasi Reaktor Daya Reactor types
Thermal reactors
Fast reactor
Reactor names
Moderator
Coolant
Magnox GCR
Graphite
CO2
AGR
Graphite
CO2
PWR BWR BLWR(FUGEN) PHWR(CANDU) HTR THTR RBMK LMFBRs
H2O H2O D2O D2O Graphite Graphite Graphite None
H2O H2O H2O D2O He He H2O Na or Pb/Pb-Bi
Nuclear Power Plant
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).
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.
PLTN dengan PWR
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
PWR Size (Review, Oconee (South Carolina U.S.A.).) Keluaran kalor (MWt)
2568
Suhu air masuk teras (oC) Suhu keluar (oC) Suhu elemen bakar maks (oC) Tekanan operasi (Pa) Jumlah fuel Assembly Batang elemen bakar tiap assembly Assembly batang kendali Massa UO2 (kg) Laju alir pendingin (kg/s)
290 319 2343 1,5 x 107 177 208 69 94100 16546
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
Tipe PLTN (BWR)
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
Gas-Cooled Fast Reactor (GFR)
Characteristics • He (or SC CO2) coolant, direct cycle gas-turbine • 850°C outlet temperature • 600 MWth/288 MWe • U-TRU ceramic fuel in coated particle, dispersion, or homogeneous form • Block, pebble, plate or pin core geometry • Waste minimization • Efficient electricity generation
Reactor physics issues • Core configuration dependent • Neutron streaming • Data for actinides and fuel matrix candidate materials
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 120–400 MWe 15–30 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
Molten Salt Reactor (MSR) Characteristics • Molten fluoride salt fuel • 700–800°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
Sodium-Cooled Fast Reactor (SFR)
Characteristics • Sodium coolant, 550°C Tout • 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
Supercritical-Water-Cooled Reactor (SCWR)
Characteristics • Water coolant at supercritical conditions (~25 MPa) • 510°C outlet temperature • 1700 MWe • UO2 fuel, clad with SS or Nibased alloy • Square (or hex) assemblies with moderator rods • •
High efficiency, compact plant Thermal or fast neutron spectrum
Reactor physics issues • Similar to BWR’s • Increased heterogeneity • Strong coupling of neutronics and T-H • Neutron streaming
Very-High-Temperature Reactor (VHTR) Characteristics • • •
• •
• • •
He coolant, direct cycle 1000°C outlet temperature 600 MW th, nominally based on GT-MHR Coated particle fuel Solid graphite block core High thermal efficiency Hydrogen production Passive safety
Reactor physics issues • •
•
Fuel double heterogeneity Stochastic behavior of pebble movement (for PBR variant) Graphite scattering treatment
Sekian Terima kasih
TUGAS 1.
2.
3.
JELASKAN PRINSIP DARI PEMBANGKITAN TENAGA PANAS BUMI DENGAN TEKNOLOGI FLASH STEAM DAN BINARY CYCLE ! SEBUTKAN DAN JELASKAN PRINSIP KERJA REAKTOR-REAKTOR NUKLIR YG ANDA KETAHUI (LENGKAPI DGN SKEMANYA) ! BAGAIMANA PEMANFAATAN BAHAN URANIUM DIBERBAGAI BIDANG KEHIDUPAN !
