PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR
(PLTN)
Rencana Belajar Siswa
Kompetensi : PLTN
Sub Kompetensi :
a.
Menganalisis
PLTN sebagai sebuah unit pembangkit.
b.
Menalar
sistem pengelolaan PLTN sebagai sebuah unit usaha dalam bidang pembangkitan
listrik.
c.
Menyajikan
pemanfaatan energi listrik untuk peningkatan produktivitas usaha.
Tujuan Pembelajaran
Pada akhir pemelajaran siswa diharapkan
mampu:
1.
Memahami
fungsi-fungsi yang diperlukan berkenaan dengan pengelolaan PLTN;
2.
Mempraktikkan
pengelolaan pada sebuah PLTN;
3.
Mengenali
karakteristik setiap sub sistem PLTN;
4.
Menjelaskan
keunggulan PLTN dibandingkan dengan pembangkit listrik lain;
URAIAN
MATERI
SEJARAH PLTN ( PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA NUKLIR )
Meskipun umat manusia telah menguasai
daya nuklir baru-baru ini, reaktor nuklir yang pertama muncul dikendalikan oleh
alam. Lima belas reaktor fisi nuklir alami telah ditemukan di tambang Oklo, Gabon, West Africa. Pertama ditemukan pada tahun 1972 oleh ahli fisika
Perancis Francis Perrin. Reaktor alami ini dikenal dengan sebutan Reaktor Fossil Oklo. Reaktor-reaktor ini diperkirakan
aktif selama 150 juta tahun, dengan daya keluaran rata-rata 100 kW. Bintang-bintang
juga mengandalkan fusi nuklir guna membangkitkan panas, cahaya dan radiasi
lainnya. Konsep reaktor nuklir alami diajukan pertama kali oleh Paul Kuroda pada tahun 1956 saat di Universitas Arkansas.
Reaktor nuklir generasi pertama
digunakan untuk menghasilkan plutonium sebagai bahan senjata nuklir. Selain
itu, reaktor nuklir juga digunakan oleh angkatan laut Amerika (lihat Reaktor Angkatan Laut Amerika Serikat) untuk menggerakkan kapal selam dan kapal pengangkut pesawat udara.
Pada pertengahan 1950-an, baik Uni Sovyet maupun negara-negara barat
meningkatkan penelitian nuklirnya termasuk penggunaan atom di luar militer.
Tetapi, sebagaimana program militer, penelitian atom di bidang non-militer juga
dilakukan dengan rahasia.
Pada 20 Desember 1951, listrik dari generator yang digerakkan oleh
tenaga nuklir pertama kali dihasilkan oleh Experimental Breeder Reactor-I (EBR-1) yang berlokasi di Arco, Idaho. Pada 26 Juni 1954, pukul 5:30 pagi, PLTN pertama dunia utnuk pertama kalinya mulai
beroperasi di Obninsk, Kaluga Oblast, USSR. PLTN ini menghasilkan 5 megawatt,
cukup untuk melayani daya 2,000 rumah.
PLTN skala komersial pertama dunia
adalah Calder Hall, yang mulai beroperasi pada 17
Oktober 1956. Reaktor generasi pertama lainnya adalah Shippingport Reactor yang berada di Pennsylvania (1957).
Sebelum kecelakaan Three Mile Island pada 1979, sebenarnya permintaan akan PLTN baru
di Amerika Serikat sudah menurun karena alasan ekonomi. Dari tahun 1978 sampai
dengan 2004, tidak ada permintaan PLTN baru di Amerikat
Serikat, meskipun hal itu mungkin akan berubah pada tahun 2010.
Tidak seperti halnya kecelakaan Three
Mile Island, kecelakaan Chernobyl pada tahun 1986 tidak berpengaruh pada peningkatan
standar reaktor nuklir negara barat. Hal ini dikarenakan memang reaktor
Chernobyl dikenal mempunyai desain yang tidak aman , menggunakan reaktor jenis RBMK, tanpa kubah pengaman (containment building) dan dioperasikan dengan tidak
aman, dan pihak barat memetik pelajaran dari hal ini.
Pada tahun 1992 topan Andrew menghamtam Turkey Point Nuclear Generating
Station. Lebih dari
US$90 juta kerugian yang diderita, sebagian besar menimpa tangki penampungan
air dan cerobong asap pembangkit listrik berbahan bakar fossil
(minyak/batubara) yang ada dilokasi, tapi containment building tidak mengalami kerusakan.
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir PLTN
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit
listrik thermal dimana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih
reaktor nuklir pembangkit listrik.PLTN termasuk dalam pembangkit daya base
load, yang dapat bekerja dengan baik ketikadaya keluarannya konstan (meskipun
boiling water reactor dapat turun hingga setengah dayanya ketika malam hari).
Daya yang dibangkitkan per unit pembangkit berkisar dari 40MWe hingga 1000 MWe.
Unit baru yang sedang dibangun pada tahun 2005 mempunyai daya 600-1200 MWe.
Hingga tahun 2005 terdapat 443 PLTN berlisensi di dunia, dengan 441diantaranya
beroperasi di 31 negara yang berbeda. Keseluruhan reaktor tersebut menyuplai17%
daya listrik dunia.Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir atau yang
lebih dikenal dengan singkatan PLTN, sudah digunakan teknologinya lebih dari 50
tahun yang lalu. Keunggulan PLTN adalah tidak menghasilkan emisi gas CO2 sama
sekali. Selain itu PLTN juga mampu menghasilkan daya stabil yang jauh lebih
besar jika dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya. Perlu diketahui juga
bahwa bahan bakar uranium yang sudah habis dipakai dapat didaur ulang kembali
menghasilkan bahan bakar baru untuk teknologi di masa depan.
Indonesia
sebenarnya sangat cocok mengembangkan pembangkit listrik ini, sebagai upaya
diversifikasi penggunaan pembangkit listrik primer berbahan bakar fosil,
seperti batubara, minyak bumi, dan gas alam. Dengan penanggulangan radiasi yang
cermat dan berlapis, PLTN dapat menjadi solusi kebutuhan energi listrik yang
besar di Indonesia.
PRINSIP KERJA PLTN
Prinsip kerja
PLTN hampir mirip dengan cara kerja pembangkit listrik tenaga uap (PLTU)
berbahan bakar fosil lainnya. Jika PLTU menggunakan boiler untuk menghasilkan
energi panasnya, PLTN menggantinya dengan menggunakan reaktor nuklir.
Seperti
terlihat pada gambar 1, PLTU menggunakan bahan bakar batubara, minyak bumi, gas
alam dan sebagainya untuk menghasilkan panas dengan cara dibakar, kemudia panas
yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air di dalam boiler sehingga
menghasilkan uap air, uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin uap,
dari sini generator dapat menghasilkan listrik karena ikut berputar seporos
dengan turbin uap.
PLTN juga
memiliki prinsip kerja yang sama yaitu di dalam reaktor terjadi reaksi fisi
bahan bakar uranium sehingga menghasilkan energi panas, kemudian air di dalam
reaktor dididihkan, energi kinetik uap air yang didapat digunakan untuk memutar
turbin sehingga menghasilkan listrik untuk diteruskan ke jaringan transmisi.
KOMPONEN PLTN
Komponen-komponen yang
umum ditemui dalam PLTN adalah reaktor nuklir, steam generator, turbin
uap, condenser, generator dan banguan pengungkung reaktor.
1. REAKTOR NUKLIR
Reaktor
nuklir adalah tempat terjadinya reaksi nuklir terkendali sehingga dihasilkan
energi dalam bentuk panas.
2. STEAM GENERATOR
Steam generator (pembangkit uap) merupakan suatu alat untuk
mengubah air menjadi uap. Pada reaktor tipe PWR, steam generator dibuat
terpisah dari reaktor, sedangkan pada reaktor tipe BWR, reaktor sendiri
sekaligus berfungsi sebagai steam generator.
3. TURBIN UAP
Turbin uap mengubah energi kinetik uap menjadi putaran
poros turbin. Pada pembangkit listrik dengan kapasitas besar seperti PLTN
biasanya terdapat 2 atau 3 buah turbin yaitu turbin tekanan tinggi, menengah (intermediate)
dan rendah.
4. GENERATOR LISTRIK
Putaran
poros turbin dikonversi menjadi listrik oleh generator. Peletakan dikopel
langsung poros ke poros dengan turbin uap.
5. KONDENSER
Kondenser
menerima input uap dari stage terakhir turbin tekanan dan mengubahnya
kembali menjadi air (dikondensasi).
6. RUANG CONTROL (CONTROL
ROOM)
Ruang
control adalah tempat mengendalikan reaktor. Di ruangan ini terdapat display
kondisi operasi semua peralatan utama dan pendukung sehingga kondisi operai
PLTN termonitor secara terus menerus dan dapat segara diambil tindakan yang
tepat pada saat diperlukan. Selama PLTN beroperasi, sejumlah operator terlatih
harus bertugas dan berjaga di ruang control. Pada saat PLTN dioperasikan secara
bergiliran dalam grup.
7. BANGUNAN PENGUNGKUNG
REAKTOR
Bangunan ini terbuat dari beton untuk melindungi lingkungan
dari kemungkinan keluarnya radiasi dan material radioaktif ke lingkungan dan
sebaliknya juga berfungsi sebagai pelindung reaktor dari kemungkinan kerusakan
akibat faktor-faktor luar.
Pondasi untuk bangunan digali sampai diperoleh batuan keras
(bedrock) untuk menjamin kekokohan yang memadai.
Reaktor Nuklir
1. Reaktor Fisi
Semua PLTN komersial yang
ada didunia menggunakan reaksi nuklir fisi. Pada umumnya reaktor jenis ini
menggunakan bahan bakar nuklir Uranium dan reaktor jenis ini akan menghasilkan
Plutonium, meskipun dimungkinkan juga menggunakan siklus bahan bakar Thorium.
Reaktor fisi dapat dibagi menjadi 2 kelompok besar berdasarkan energy neutron
yang digunakan dalam proses fisi, yaitu:
a. Reaktor Thermal
Reaktor thermal (lambat)
menggunakan neutron lambat atau neutron thermal. Reaktor ini bercirikan
mempunyai moderator neutron / material pelambat yang ditujukan untuk
melambatkan neutron sampai mempunyai energi kinetik rerata partikel yang ada
disekitarnya, dengan kata lain, sampai mereka "dithermalkan". Reaktor
termal, reaktor jenis ini menggunakan neutron lambat atau neutron thermal.
Hampir semua reaktor yang ada saat ini adalah reaktor jenis reaktor termal.
Reaktor ini mempunyai bahan moderasi neutron yang dapat memperlambat neutron
hingga mencapai energy termal. Kemungkinan (propabilitas) lebih besar
terjadinya reaksi fisi antara neutron termal dan bahan fisil seperti Uranium
235, Plutonium 239 dan Plutonium 241 dan akan mempunyai kemungkinan lebih kecil
terjadinya reaksi fisi dengan Uranium 238. Dalam reaktor jenis ini, biasanya
pendingin juga berfungsi sebagai moderator neutron, reaktor jenis ini umumnya
menggunakan pendingin air dalam tekanan tinggi untuk meningkatkan titik didih
air pendingin. Reaktor ini diwadahi dalam suatu tanki reaktor yang didalamnya
dilengkapi dengan instrumentasi pemantau dan pengendali reaktor, pelindung
radiasi dan gedung containment
b. Reaktor Cepat
Reaktor cepat, reaktor jenis ini
menggunakan neutron cepat untuk menghasilkan fisi dalam bahan bakar reaktor
nuklir. reaktor jenis ini tidak memiliki moderator neutron, dan menggunakan
bahan pendingin yang kurang memoderasi neutron. Untuk tetap menjaga agar reaksi
nuklir berantai tetap berjalan maka diperlukan bahan bakar yang mempunyai bahan
belah (fissile material) dengan kandungan uranium 235 yang lebih tinggi (lebih
dari 20 %). Reaktor cepat mempunyai potensi menghasilkan limbah
trasnuranic yang lebih kecil karena semua aktinida dapat terbelah dengan
menggunakan neutron cepat, namun reaktor ini sulit untuk dibangun dan mahal
dalam pengoperasiannya.
Fusi nuklir menawarkan kemungkinan pelepasan
energi yang besar dengan hanya sedikit limbah radioaktif yang dihasilkan serta dengan tingkat
keamanan yang lebih baik. Namun, saat ini masih terdapat kendal-kendala bidang
keilmuan, teknik dan ekonomi yang menghambat penggunaan energi fusi guna
pembangkitan listrik. Hal ini masih menjadi bidang penelitian aktif dengan
skala besar seperti dapat dilihat di JET, ITER, dan Z machine
STRUKTUR ATOM URANIUM
Sejatinya
segala unsur yang terdapat di alam terbentuk dari kumpulan atom-atom. Ada 92
jenis atom yang telah didefinisikan hingga saat ini. Inti dari suatu atom
terdiri atas proton yang bernilai positip dan neutron yang bersifat netral.
Disekitar intinya terdapat elektron yang mengelilingi, biasanya berjumlah sama
dengan proton dan terikat dengan gaya elektromagnetiknya. Jumlah proton
pada atom menjadi ciri khas suatu jenis atom dan lebih dikenal dengan sebutan
nomer atom, yang menentukan unsur kimia atom tersebut.
Unsur uranium
memiliki jumlah proton 92 buah atau dengan kata lain nomer atom Uranium adalah
92. Namun di alam, terdapat 3 jenis unsur yang memiliki jumlah proton 92 buah,
masing-masing memiliki jumlah neutron sebanyak 142, 143, dan 148 buah. Unsur
yang memiliki 143 buah neutron ini disebut dengan Uranium-235, sedangkan yang
memiliki 148 buah neutron disebut dengan Uranium-238. Suatu unsur yang memiliki
nomer atom sama namun jumlah neutron yang berbeda biasa disebut dengan isotop.
Gambar berikut adalah struktur dari atom Uranium dan tabel yang menjelaskan
tentang isotopnya.
Uranium yang
terdapat di alam bebas sebagian besar adalah Uranium yang sulit bereaksi, yaitu
Uranium-238. Hanya 0,7 persen saja Uranium yang mengandung isotop Uranium-235.
Sedangkan bahan bakar Uranium yang digunakan di PLTN adalah Uranium yang
kandungan Uranium-235 nya sudah ditingkatkan menjadi 3-5 %.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar