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
