Sahabat NU_Kliir 11: PLTN

BAB 1

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Masyarakat pertama kali mengenal tenaga nuklir dalam bentuk bom atom yang dijatuhkan diHiroshima dan Nagasaki dalam Perang Dunia II tahun 1945. Sedemikian dahsyatnya akibat yang ditimbulkan oleh bom tersebut sehingga pengaruhnya masih dapat dirasakan sampaisekarang.Di samping sebagai senjata pamungkas yang dahsyat, sejak lama orang telah memikirkan bagaimana cara memanfaatkan tenaga nuklir untuk kesejahteraan umat manusia. Sampai saat ini tenaga nuklir, khususnya zat radioaktif telah dipergunakan secara luas dalamberbagai bidang antara lain bidang industri, kesehatan, pertanian, peternakan, sterilisasi produk farmasi dan alat kedokteran, pengawetan bahan makanan, bidang hidrologi, yang merupakan aplikasi teknik nuklir untuk non energi. Salah satu pemanfaatan teknik 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. Pemanfaatan tenaga nuklir dalam bentuk PLTN mulai dikembangkan secara komersial sejak tahun 1954. Pada waktu itu di Rusia (USSR), dibangun dan dioperasikan satu unit PLTN air ringan bertekanan tinggi (VVER = PWR) yang setahun kemudian mencapai daya 5 Mwe. Pada tahun 1956 di Inggris dikembangkan PLTN jenis Gas Cooled Reactor (GCR + Reaktor berpendingin gas) dengan daya 100 Mwe. Pada tahun 1997 di seluruh dunia baik di negara maju maupun negara sedang berkembang telah dioperasikan sebanyak 443 unit PLTN yang tersebar di 31 negara dengan kontribusi sekitar 18 % dari pasokan tenaga listrik dunia dengan total pembangkitan dayanya mencapai 351.000 Mwe dan 36 unit PLTN sedang dalam tahap kontruksi di 18 negara. Seiring dengan krisis energi yang sedang menimpa Indonesia saat ini yang ditandai dengan semakin menipisnya cadangan minyak yang dimiliki Indonesia, maka pemerintah berniat membangun PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir) di Indonesia. Pemerintah merasa pembangkit-pembangkit listrik yang sudah ada sekarang dirasa masih kurang untuk memenuhi konsumsi listrik di Indonesia.

B. Rumusan Masalah

Rumusan masalah dari makalah ini adalah sebagai berikut :

1. Apakah pengertian dari PLTN ?

2. Bagaimanakah prinsip kerja dari PLTN?

3. Apakah Perbedaan Pembangkit Listrik Konvensional (PLK) dengan PLTN ?

4. Apasajakah jenis-jenis dari PLTN?

5. Bagaimanakah menjaga keselamatan PLTN ?

C. Tujuan

Tujuan dari makalah ini adalah sebagai berikut :

1. Untuk mengetahui pengertian dari PLTN

2. Untuk mengetahui prinsip kerja dari PLTN

3. Untuk mengetahui perbedaan pembangkit Listrik Konvensional (PLK) dengan PLTN

4. Untuk mengetahui jenis-jenis dari PLTN

5. Untuk mengetahui cara menjaga keselamatan PLTN

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian PLTN

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik. PLTN termasuk dalam pembangkit daya base load, yang dapat bekerja dengan baik ketika daya keluarannya konstan (meskipun boiling water reactor dapat turun hingga setengah dayanya ketika malam hari). Daya yang dibangkitkan per unit pembangkit berkisar dari 40 MWe 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 [1], dengan 441 diantaranya beroperasi di 31 negara yang berbeda [2]. Keseluruhan reaktor tersebut menyuplai 17% daya listrik dunia. Reaktor nuklir yang pertama kali membangkitkan listrik adalah stasiun pembangkit percobaan EBR-I pada 20 Desember 1951 di dekat Arco, Idaho, Amerika Serikat. Pada 27 Juni 1954, PLTN pertama dunia yang menghasilkan listrik untuk jaringan listrik (power grid) mulai beroperasi di Obninsk, Uni Soviet [3]. PLTN skala komersil pertama adalah Calder Hall di Inggris yang dibuka pada 17 Oktober 1956.
Masyarakat pertama kali mengenal tenaga nuklir dalam bentuk bom atom yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki dalam Perang Dunia II tahun 1945. Sedemikian dahsyatnya akibat yang ditimbulkan oleh bom tersebut sehingga pengaruhnya masih dapat dirasakan sampai sekarang. Di samping sebagai senjata pamungkas yang dahsyat, sejak lama orang telah memikirkan bagaimana cara memanfaatkan tenaga nuklir untuk kesejahteraan umat manusia. Sampai saat ini tenaga nuklir, khususnya zat radioaktif telah dipergunakan secara luas dalam berbagai bidang antara lain bidang industri, kesehatan, pertanian, peternakan, sterilisasi produk farmasi dan alat kedokteran, pengawetan bahan makanan, bidang hidrologi, yang merupakan aplikasi teknik nuklir untuk non energi. Salah satu pemanfaatan teknik 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. Pemanfaatan tenaga nuklir dalam bentuk PLTN mulai dikembangkan secara komersial sejak tahun 1954. Pada waktu itu di Rusia (USSR), dibangun dan dioperasikan satu unit PLTN air ringan bertekanan tinggi (VVER = PWR) yang setahun kemudian mencapai daya 5 Mwe. Pada tahun 1956 di Inggris dikembangkan PLTN jenis Gas Cooled Reactor (GCR + Reaktor berpendingin gas) dengan daya 100 Mwe.
Pada tahun 1997 di seluruh dunia baik di negara maju maupun negara sedang berkembang telah dioperasikan sebanyak 443 unit PLTN yang tersebar di 31 negara dengan kontribusi 18 % dari pasokan tenaga listrik dunia dengan total pembangkitan dayanya mencapai 351.000 Mwe dan 36 unit PLTN sedang dalam tahap kontruksi di 18 negara. Perbedaan Pembangkit Listrik Konvensional (PLK) dengan PLTN Dalam pembangkit listrik konvensional, air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran bahan fosil (minyak, batubara dan gas). Uang yang dihasilkan dialirkan ke turbin uap yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin selanjutnya digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga akan dihasilkan tenaga listrik. Pembangkit listrik dengan bahan bakar batubara, minyak dan gas mempunyai potensi yang dapat menimbulkan dampak lingkungan dan masalah transportasi bahanbakar dari tambang menuju lokasi pembangkitan. Dampak lingkungan akibat pembakaran bahan fosil tersebut dapat berupa CO2 (karbon dioksida), SO2 (sulfur dioksida) dan NOx (nitrogen oksida), serta debu yang mengandung logam berat. Kekhawatiran terbesar dalam pembangkit listrik dengan bahan bakar fosil adalah dapat menimbulkan hujan asam dan peningkatan pemanasan global. Prinsip kerja PLTN, pada dasarnya sama dengan pembangkit listrik konvensional, yaitu ; air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran. Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga menghasilkan tenaga listrik. Perbedaannya pada pembangkit listrik konvensional bahan bakar untuk menghasilkan panas menggunakan bahan bakar fosil seperti ; batubara, minyak dan gas. Dampak dari pembakaran bahan bakar fosil ini, akan mengeluarkan karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (SO2) dan nitrogen oksida (Nox), serta debu yang mengandung logam berat. Sisa pembakaran tersebut akan ter-emisikan ke udara dan berpotensi mencemari lingkungan hidup, yang bisa menimbulkan hujan asam dan peningkatan suhu global. Sedangkan pada PLTN panas yang digunakan untuk menghasilkan uap yang sama, dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam reactor nuklir. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi. Proses pembangkit yang menggunakan bahan bakar uranium ini tidak melepaskan partikel seperti CO2, SO2, atau NOx, juga tidak mengeluarkan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dilepas ke lingkungan. Oleh karena itu PLTN merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN, adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN, sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.

B. Proses Kerja PLTN

Proses kerja PLTN sebenarnya sama dengan proses kerja pembangkit listrik konvensional seperti pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), yang umumnya sedah dikenal secara luas. Yang membedakan antara dua jenis pembangkit listrik itu adalah sumber panas yang digunakan. PLTN mendapatkan suplai panas dari reaksi nuklir, sedangkan PLTUmendapatkan panas dari pembakaran bahan bakar fosil seperti batubara atau minyak bumi.Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalu PLTN.

Reaktor daya hanya memanfaatkan energi panas yang timbul dari rekasi fisi, sedang kelebihan neutron dalam teras reaktor akan dibuang atau diserap menggunakan batang kendali. Karena memanfaatkan panas hasil fisi, maka rekator daya dirancang berdaya thermal tinggi dari orderatusan hingga ribuan MW. Proses pemanfaatan hasil fisi untuk menghasilkan energi listrik di dalam PLTN adalahsebagai berikut :

Bahan bakar nuklir melakukan reaksi fisi sehingga dilepaskan energi dalam bentuk panas yang sangat besar.
Panas hasil reaksi tersebut dimanfaatkan untuk menguapkan air pendingin, bisapendingin primer maupun sekunder bergantung pada tiper reaktor nuklir yangdigunakan
Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin sehingga dihasilkan energi gerak (kinetik)
Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai untuk memutar generator sehingga dihasilkan arus listrik

Energi yang dihasilkan melalui reaksi fisi ini dapat dimanfaatkan untuk hal-hal yang lebih berguna misalnya untuk membangkitkan listrik. Untuk itu, reaksi berantai yang terjadi dalam reaksi fisi harus dibuat lebih terkendali di dalam sebuah reaktor nuklir. Oleh karena itulah dibuat sebuah bangunan yang dikenal sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir yang disingkatnya PLTN adalah stasiun pembangkit listrik di mana panas didapat dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik, jadi memang panas itulah sumber dari energi listrik.

Gambar 2.1 : Skema pembangkit listrik tenaga nuklir

Dalam penggunaannya, energi nuklir ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Kelebihannya adalah tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal, gas rumah kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya sedikit menghasilkan gas). Tidak mencemari udara karena PLTN tidak menghasilkan gas-gas berbahaya seperti karbon monoksida, sulfur dioksida, aerosol, merkuri, nitrogen oksida, partikulat atau asap fotokimia. Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal). Bahan bakarnya tidak mahal dikarenakan hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan. Mudah untuk dipindahkan (dengan sistem keamanan yang ketat).Kekurangan adalah butuh biaya yang besar untuk sistem penyimpanannya disebabkan dari bahaya radiasi energi nuklir itu sendiri, limbah nuklir yang sangat radioaktif, dan adanya resiko kecelakaan nuklir seperti di Chernobyl dan Jepang.

C. Jenis-jenis PLTN

PLTN dikelompokkan berdasarkan jenis reaktor yang digunakan. Tetapi ada juga PLTNyang menerapkan unit-unit independen, dan hal ini bisa menggunakan jenis reaktor yangberbeda. Sebagai tambahan, beberapa jenis reaktor berikut ini, di masa depan diharapkanmempunyai sistem keamanan pasif.

Reaktor Fisi

Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui reaksi fisi nuklir dari isotop fissiluranium dan plutonium.

Selanjutnya reaktor daya fisi dikelompokkan lagi menjadi:

Reaktor thermal menggunakan moderator neutron untuk melambatkan atau me- moderate neutron sehingga mereka dapat menghasilkan reaksi fissi selanjutnya. Neutron yang dihasilkan dari reaksi fissi mempunyai energi yang tinggi atau dalamkeadaan cepat, dan harus diturunkan energinya atau di lambatkan (dibua thermal) olehmoderator sehingga dapat menjamin kelangsungan reaksi berantai. Hal ini berkaitandengan jenis bahan bakar yang digunakan reaktor thermal yang lebih memilih neutron lambat ketimbang neutron cepat untuk melakukan reaksi fissi.
Reaktor cepat menjaga kesinambungan reaksi berantai tanpa memerlukan moderator neutron. Karena reaktor cepat menggunkan jenis bahan bakar yang berbeda denganreaktor thermal, neutron yang dihasilkan di reaktor cepat tidak perlu dilambatkan gunamenjamin reaksi fissi tetap berlangsung. Boleh dikatakan, bahwa reaktor thermalmenggunakan neutron thermal dan reaktor cepat menggunakan neutron cepat dalamproses reaksi fissi masing-masing.
Reaktor sub kritis menggunakan sumber neutron luar ketimbang menggunakan reaksiberantai untuk menghasilkan reaksi fissi. Hingga 2004 hal ini hanya berupa konsepteori saja, dan tidak ada purwarupa yang diusulkan atau dibangun untuk menghasilkan listrik, meskipun beberapa laboratorium mendemonstrasikan dan beberapa ujikelayakan sudah dilaksanakan.

Reaktor thermal

Light water reactor (LWR)

Boiling water reactor (WR)
Pressurized water reactor (PWR)
SSTAR, a sealed, reaktor untuk jaringan kecil, mirip PWR

Moderator Grafit:

Magnox
Advanced gas-cooled reactor (AGR)
High temperature gas cooled reactor (HTGR)
RBMK
Pebble bed reactor (PBMR)

Moderator Air berat:

o SGHWR

o CANDU

Reaktor cepat

Meski reaktor nuklir generasi awal berjenis reaktor cepat, tetapi perkembangan reaktor nuklir jenis ini kalah dibandingkan dengan reaktor thermal.

Keuntungan reaktor cepat diantaranya adalah siklus bahan bakar nuklir yangdimilikinya dapat menggunakan semua uranium yang terdapat dalam urainum alam, dan jugadapat mentransmutasikan radioisotop yang tergantung di dalam limbahnya menjadi material luruh cepat. Dengan alasan ini, sebenarnya reaktor cepat secara inheren lebih menjaminkelangsungan ketersedian energi ketimbang reaktor thermal. Lihat juga reaktor fast breeder.Karena sebagian besar reaktor cepat digunakan untuk menghasilkan plutonium, maka reaktor jenis ini terkait erat dengan proliferasi nuklir.

Lebih dari 20 purwarupa (prototype) reaktor cepat sudah dibangun di Amerika Serikat,Inggris, Uni Sovyet, Perancis, Jerman, Jepang, India, dan hingga 2004 1 unit reaktor sedangdibangun di China. Berikut beberapa reaktor cepat di dunia:

§ EBR-I, 0.2 MWe, AS, 1951-1964.

§ Dounreay Fast Reactor, 14 MWe, Inggris, 1958-1977.

§ Enrico Fermi Nuclear Generating Station Unit 1, 94 MWe, AS, 1963-1972.

§ EBR-II, 20 MWe, AS, 1963-1994.

§ Phénix, 250 MWe, Perancis, 1973-sekarang.

§ BN-350, 150 MWe plus desalination, USSR/Kazakhstan, 1973-2000.

§ Prototype Fast Reactor, 250 MWe, Inggris, 1974-1994.

§ BN-600, 600 MWe, USSR/Russia, 1980-sekarang.

§ Superphénix, 1200 MWe, Perancis, 1985-1996.

§ FBTR, 13.2 MWe, India, 1985-sekarang.

§ Monju, 300 MWe, Jepang, 1994-sekarang.

§ PFBR, 500 MWe, India, 1998-sekarang.

Daya listrik yang ditampilkan adalah daya listrik maksimum, tanggal yang ditampilkan adalahtanggal ketika reaktor mencapai kritis pertama kali, dan ketika reaktor kritis untuk teakhir kalibila reaktor tersebut sudah di dekomisi (decommissioned).

D. Fisika Nuklir

Panas yang digunakan untuk membangkitkan uap diproduksi sebagai hasil dari pembelahan inti atom yang dapat diuraikan sebagai berikut :

Apabila satu neutron (dihasilkan dari sumber neutron) tertangkap oleh satu inti atom uranium-235, inti atom ini akan terbelah menjadi 2 atau 3 bagian/fragmen.

Sebagian dari energi yang semula mengikat fragmen-fragmen tersebut masing masing dalam bentuk energi kinetik, sehingga mereka dapat bergerak dengan kecepatan tinggi. Oleh karena fragmen-fragmen itu berada di dalam struktur kristal uranium, mereka tidak dapat bergerak jauh dan gerakannya segera diperlambat. Dalam proses perlambatan ini energi kinetik diubah menjadi panas (energi termal). Sebagai gambaaran dapat dikemukakan bahwa energi termal yang dihasilkan dari reaksi pembelahan 1 kg uranium-235 murni besarnya adalah 17 milyar kilo kalori, atau setara dengan energi termal yang dihasilkan dari pembakaran 2,4 juta kg (2400 ton) batubara. Selain fragmen-fragmen tersebut reaksi pembelahan menghasilkan pula 2 atau 3 neutron yang dilepaskan dengan kecepatan lebih besar dari 10.000 km per detik. Neutron-neutron ini disebut neutron cepat yang mampu bergerak bebas tanpa dirintangi oleh atom-atom uranium atau atom-atom kelongsongnya. Agar mudah ditangkap oleh inti atom uranium guna menghasilkan reaksi pembelahan, kecepatan neutron ini harus diperlambat. Zat yang dapat memperlambat kecepatan neutron disebut moderator.

BAB III

PENUTUP

Dari uraian di atas maka dapat diambil kesimpulan mengenai Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir :

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) merupakan stasiun pembangkit listrik thermal di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik.
Pada proses kerja dari PLTN hampir sama dengan proses kerja dari PembangkitListrik Konvensional, hanya saja yang membedakannya adalah sumber panas yangdigunakan. Pada PLTN mendapatkan suplai panas dari reaksi nuklir.
PLTN dikelompokkan berdasarkan jenis reaktor yang digunakan, yaitu reaktor fisi danreaktor fusi.
Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui reaksi fisi nuklir dari isotop fissiluranium dan plutonium. Reaktor daya fisi dibagi menjadi : reaktor thermal, reaktor cepat dan reaktor subkritis.
Reaktor daya fusi menawarkan kemungkinan pelepasan energi yang besar denganhanya sedikit limbah radioaktif yang dihasilkan serta dengan tingkat keamanan yanglebih baik.
Beberapa usaha pengamanan dilakukan untuk melindungi kesehatan dan keselamatanmasyarakat, para pekerja reaktor dan lingkungan PLTN diantaranya denganpenghalang ganda dan pertahanan berlapis.
PLTN memiliki keuntungan dan kerugian dalam pelaksanaannya, diantara beberapakeuntungan salah satunya adalah Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selamaoperasi normal) gas rumah kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya sedikit menghasilkan gas. Dan salah satu kerugiannya adalah Risiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl(yang tidak mempunyai containment building).