Proposal Kerja Praktek

PEMBANGKIT TENAGA LISTRIKPLTN

Pendahuluan

Nuklir, khususnya zat radioaktif telah dipergunakan secara luas dalam berbagai bidang seperti industri, kesehatan, pertanian, peternakan, sterilisasi produk farmasi dan alat kedokteran, pengawetan bahan makanan dan bidang hidrologi, aplikasi tersebut adalah dalam bidang non energi. Salah satu pemanfaatan teknik nuklir dalam bidang energi saat ini sudah berkembang dan dimanfaatkan secara besar-besaran dalam bentuk Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), dimana tenaga nuklir digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang relatif murah, aman dan tidak mencemari lingkungan. Pemanfaatan teknik nuklir dalam bentuk PLTN mulai dikembangkan secara komersial sejak tahun 1954. Pada waktu 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 dioperasikan jenis reactor yang sama dengan daya 60 Mwe. Pada tahun 1956 di Inggris dikembangkan jenis Gas Cooled Reactor (GCR = reaktor berpendingin gas) dengan daya 100 Mwe. Hingga tahun 2010 di seluruh dunia baik di negara maju maupun berkembang telah dioperasikan sebanyak 438 unit PLTN tersebar di 30 negara dengan kontribusi sekitar 187 dari pasokan tenaga listrik dunia dengan total pembangkitan dayanya mencapai 314Mwe. Sementara itu 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. Selain yang memasuki tahap konstruksi 344 unit PLTN lainnya di dunia sedang dalam tahap perencanaan.

LATAR BELAKANG

Saat ini, Pemerintah telah memutuskan untuk menaikkan tarif listrik per 1 juli 2014 hingga November 2014. Di satu sisi, dirut PLN, Nur Pamudji, mengatakan bahwa kenaikan tarif listrik dapat mengurangi subsidi listrik negara dan memperbaiki struktur pendapatan PLN. PLN berjanji akan mempercepat proses pembangunan infrastruktur kelistrikan dan infrastruktur pendukung lainnya khususnya di daerah yang selama ini belum menikmati listrik. Oleh karena itu, strategi pembangkitan tenaga listrik dengan keandalan yang tinggi sangat diperlukan. Formula E = mc2 yang diungkap oleh Albert Einstein merupakan formula ilmiah yang paling dikenal di era modern. Formula ini memaparkan hubungan antara energi, masa dan kecepatan cahaya. Pembangkit listrik tenaga nuklir atau secara singkat disebut reaktor nuklir merupakan salah satu konsep yang memanfaatkan formula ini. Reaktor nuklir bahkan dapat dikatakan sebagai pemanfaatan atau buah ekonomi dari formula ilmiah Einstein diatas. Hal itu karena pasokan energi, yang bisa diberikan oleh reaktor nuklir dalam jumlah yang besar, merupakan salah satu penunjang penting ekonomi.

Reaksi fisi nuklir merupakan proses fisika mendasar yang digunakan untuk membangun reaktor nuklir, baik yang ditujukan untuk menghasilkan listrik atau sebagai mesin pendorong kapal selam, atau bentuk energi lainnya. Secara sederhana yang terjadi dalam reaksi fisi nuklir adalah perubahan massa menjadi energi. Oleh karena itu langkah pertama yang tepat untuk mempelajari aspek fisika dari reaktor nuklir adalah dengan mempelajari reaksi nuklir itu sendiri. Untuk dapat memahami seberapa besar energi yang bisa dihasilkan dari reaksi fisi nuklir, atau secara praktis mengenai seberapa banyak bahan bakar yang perlu kita siapkan untuk menghasilkan sejumlah energi tertentu, kita akan melihat perbandingannya dengan sumber energi lain. Khususnya sumber energi yang umum digunakan yaitu energi dari bahan fosil seperti minyak, batubara, dan gas alam. Kedua sumber energi diatas dihasilkan dari proses mendasar yang sangat berbeda. Energi nuklir berasal dari proses reaksi fisi nuklir sedangkan energi fosil berasal dari proses reaksi kimia. Dengan itu kita bisa memahami bahwa keduanya memiliki rasio energi keluaran terhadap konsumsi bahan bakar yang sangat berbeda. Begitu pula kuantitas produk sampingan keduanya yang sangat berbeda.

Pembahasan

I. Definisi

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.. Hingga tahun 2005 terdapat 443 PLTN berlisensi di dunia, dengan 441 diantaranya beroperasi di 31 negara yang berbeda. Keseluruhan reaktor tersebut menyuplai 17% daya listrik dunia.PLTN beroperasi dengan prinsip yang sama seperti Pusat Listrik Konvensional (PLK), hanya panas yang digunakan untuk menghasilkan uap tidak dihasilkan dari pembakaran fosil, tetapi dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam suatu reaktor nuklir. Tenaga panas tersebut digunakan untuk membangkitkan uap di dalam sistem pembangkit uap (Steam Generator) dan selanjutnya sama seperti PLK, uap digunakanu ntuk menggerakkan turbin-generator sebaga pembangkitt enagal istrik. Sebagai pemindah panas digunakan air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi.

Proses pembangkitan listrik ini tidak membebaskan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dibuang ke lingkungan atau melepaskan partikel yang berbahaya seperti CO2, SO2, NO ke lingkungan, sehingga PLTN ini 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.

II. Proses Kerja

Panas yang dipergunakan untuk membangkitkan uap diproduksi dari pembelahan inti atom yang dapat diuraikan sebagai berikut: Apabila satu neutron (dihasilkan dari sumber neutron) tertangkap oleh inti atom U-235, inti atom akan terbelah menjadi 2 atau3 bagian/fragmen. Energi yang semula mengikat fragmen tersebut diubah menjadi energi kinetik sehingga mereka bergerak dalam kecepatan tinggi. Karena fragmen-fragmen itu berada dalam struktur kristal uranium maka gerakannya akan diperlambat. Dalam proses perlambatan inilah energi kinetik dikonversi menjadi energi panas (energi termal). Energi termal pembelahan 1 kg U-235 murni sekitar 17 milyar kkal atau setara dengan energi termal yang dihasilkan dari pembakaran 2,4 jutakg (2.400 ton) batubara.

Selain fragmen-fragmen tersebut reaksi pembelahan inti juga menghasilkan 2 atau 3 neutron yang dilepaskan dengan kecepatan 10.000 km/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, maka kecepatan neutron ini harus diperlambat. Zat yang dapat memperlambat kecepatan neutron disebut moderator.

Panas yang dihasilkan dari reaksi pembelahan didinginkan oleh air yang bertekanan 160 atm dan suhu 300'C secara terus menerus dipompakan ke dalam reaktor melalui saluran pendingin reaktor. Tidak hanya sebagai pendingin air ini juga berfungsi sebagai moderator, yaitu medium yang memperlambat neutron. Neutron cepat akan kehilangan energinya selama menumbuk atom-atom hidrogen, setelah kecepatannya turun sampai 2000 m/s atau sama dengan kecepatan molekul gas pada suhu 300'C barulah ia mampu membelah inti atom U-235, neutron yang telah diperlambat ini disebut neutron termal dan menyebabkan teriadinya reaksi berantai.

Reaksi berantai dapat berlangsung dalam waktu singkat dan menghasilkan energi yang sangat besar. Untuk dapat dimanfaatkan tenaga panasnya reaksi berantai yang berlangsung di reaktor nuklir harus dikendalikan sehingga dihasilkan energi yang sesuai dengan kebutuhan. Pengendalian ini dilakukan dengan menggunakan batang kendali yang mampu menyerap neutron. Batang kendali dibuat dari bahan yang dapat menyerap neutron seperti Boron atau Cadmium. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam reaksi nuklir pada PLTN: Reaksi pembelahan berantai hanya dimungkinkan apabila ada moderator Kandungan U -235 di dalam bahan bakar nuklir maksimum adalah 3,27%.

III. Komponen

Peralatan Utama

1. Bahan bakar (fuel) Bahan bakar nuklir harus dibedakan kedalam dua jenis yakni bahan fisil dan bahan fertile. Bahan fisil yaitu bahan yang cenderung untuk berfisis ketika ditumbuk neutron dengan berbagai energi. Isotop Uranium-235 adalah salah satu bahan fisil yang sering digunkan. Yang kedua adalh bahan fertile, yaitu bahan yang ketika di bombardier oleh neutron lebih cenderung untuk menangkap neutron (tidak mengalami reaksi fisi melainkan reaksi penangkapan). Kemudian bahan fertile ini akan bertransmutasi melalui peluruhan radioaktif menjadi bahan fisil. Uranium-238 merupakan salah satu contoh bahan fertile. Apabila mengalami reaksi penangkapan maka isotop uranium-238 akan memiliki penambahan jumlah neutron dan bertransmutasi menjadi isotop Plutonium-239 yang merupakan bahan fisil. Isotop bahan fertile juga dapat mengalami reaksi fisi namun hal itu terjadi hanya ketika neutron yang memborbardirnya memiliki energy tinggi, biasanya pada orde MeV. Kedua jenis bahan ini juga digabung dalam kelompok bahan dapat berfisi (fissionable), meskipun seperti dibahas diatas bahan fisil dapat berfisi dengan neutron energy lemah maupun tinggi, sedangkan bahan fertile hanya dengan neutron energy tinggi ataupun didahului oleh reaksi penangkapan dan transmutasi menjadi bahan fisil. Bahan fertile sendiri tidak dapat digunakan untuk membangun reaktor nuklir, diperlukan tambahan bahan fisil untuk dapat mempertahankan reaksi berantai. Uranium alam hanya mengandung 0,7% U-235 dan sisanya kebanyakkan U-238 yang bersifat fertile. Umumnya bahan bakar nuklir diperkaya artinya ditambahkan konsentrasi U-235). Bahan bakar juga terjadang ditambahkan Plutonium yang bersifat fisil. Bahan bakar pada reaktor nuklir berbentuk pelet logam atau oksida.

2. Moderator Terbuat dari unsur ringan (dibuat unsur ringan mendekati massa neutron karena secara fisika pengurangan energi akan efektif ketika partikel menumbuk partikel lain yang massanya mendekati sama). Moderator berfungsi untuk memperlambat neutron hasil fisi sehingga menjadi neutron thermal (neutron energi rendah) tanpa menyerap neutron tersebut.

3. Pendingin (Coollant) Berfungsi untuk mentransfer panas yang dibangkitkan pada bahan bakar di teras ke pembangkit uap (stem generator,SG) untuk lebih lanjut memutar turbin. Pendingin ini bersirkulasi melalui bahan bakar dan pembangkit uap, ketika bersentuhan dengan bahan bakar pendingin mengambil panas lalu ketika sampai di pembangkit uap, panas tersebut ditransfer kepada air yang lebih dingin (dalam bejana SG, tentunya tanpa terjadi kontak fisik, tranfer panas terjadi secara konduksi dan konveksi) dan memberikan panasnya. Reaktor tipe PWR didisain agar pendingin tidak sampai mendidih (tetap dalam satu Fasa, fasa cair), untuk mencegah air yang bertemperatur tinggi untuk mendidih maka diberikan tekanan tinggi dengan adanya bejana pengatur tekanan (pressurizer).

4. Batang Kontrol (control rods) Terbuat dari bahan penyerap neutron , batang ini dapat dikeluarkan dan dimasukkan ke dalam teras reaktor untuk mengontrol populasi dan reaksi neutron pada teras, dan menjaga teras agar tetap pada keadaan kritis, juga berguna untuk menghentikan reaksi-reaksi neutron dengan menurunkan secara penuh pada batang kendali.

5. Bejana tekan (pressure vessel) Bejana yang memuat teras bahan bakar dan semua komponen terkait, biasanya terbuat dari stainless steel. Berfungsi untuk mencegah lepasnya bahan radioaktif pada kasus berlebihnya tekanan

6. Struktur pengungkung Terbuat dari beton dan terkadang ditambahkan lapisan logam di tengahnya, berfungsi untuk melindungi operator dan masyarakat umum dari radiasi.7. Pembangkit uap (steam generator) Bejana terjadinya pertukaran panas antara air yang telah mengambil panas dari bahan bakar dengan air pada siklus kedua (siklus pertama adalah siklus pendingin yang bersikulasi antara bahan bakar dan SG,disebut juga siklus sekunder perhatikan bahwa pada tiap siklus air betul betul jadi pembawa panas /energi disatu sisi menerima lalu disisi lain memberikan enegi tersebut). Air pada siklus sekunder kemudian menjadi uap karena panas yang diterimanya, lalu uap inilah yang memutar turbin.

Peralatan Pendukung

1. Condensate PumpCondensate Pump berfungsi untuk memompa kondensor untuk di proses dalam menurunkan tekanan uap yang digunakan memutar turbin.2. Cirluating Water Pump (CWP)Cirluating Water Pump berfungsi untuk memompa air laut masuk ke kondensor sebagai arus pendingin.3. Vacum PumpBerfungsi untuk mengerluarkan udara yang terjebak didalam air pendingin kondensor, sehingga sistem pendingin dalam kondensor menjadi sempurna 4. Gland Steam CondensorBerfungsi untuk mengembunkan uap setalah dipergunakan seal turbin5. Steam PipeBerfungsi mnyalurkan uap panas yang telah dihasilkan dari tabung reactor ke pembangkit uap.

IV. Jenis-Jenis

PLTN dikelompokkan berdasarkan jenis reaktor yang digunakan. Tetapi ada juga PLTN yang menerapkan unit-unit independen, dan hal ini bisa menggunakan jenis reaktor yang berbeda. Berikut adalah jenis-jenis PLTN : 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 dalam keadaan cepat, dan harus diturunkan energinya atau dilambatkan (dibuat thermal) oleh moderator sehingga dapat menjamin kelangsungan reaksi berantai. Hal ini berkaitan dengan 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 dengan reaktor thermal, neutron yang dihasilkan di reaktor cepat tidak perlu dilambatkan guna menjamin reaksi fissi tetap berlangsung. Boleh dikatakan, bahwa reaktor thermal menggunakan neutron thermal dan reaktor cepat menggunakan neutron cepat dalam proses reaksi fissi masing-masing. Reaktor subkritis menggunakan sumber neutron luar ketimbang menggunakan reaksi berantai untuk menghasilkan reaksi fissi. Hingga 2004 hal ini hanya berupa konsep teori saja, dan tidak ada purwarupa yang diusulkan atau dibangun untuk menghasilkan listrik, meskipun beberapa laboratorium mendemonstrasikan dan beberapa uji kelayakan sudah dilaksanakan.* Reaktor thermal Light water reactor (LWR) Boiling water reactor (BWR) 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: SGHWR CANDU

* Reaktor cepatMeski 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 yang dimilikinya dapat menggunakan semua uranium yang terdapat dalam urainum alam, dan juga dapat mentransmutasikan radioisotop yang tergantung di dalam limbahnya menjadi material luruh cepat. Dengan alasan ini, sebenarnya reaktor cepat secara inheren lebih menjamin kelangsungan 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.

V. Keuntungan & Kekurangan

Keuntungan PLTN dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya 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). Dengan sistem keamanan berlapis (lima perisai), maka radiasi tidak akankeluar mencemari lingkungan. Tidak mencemari udara - tidak menghasilkan gas-gas berbahaya sepert karbon monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap fotokimia.

Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal). Kini limbah dari PLTN dapat didaur ulang menjadi bahan bakar baru. Biaya bahan bakar rendah - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan. Ketersedian bahan bakar (uranium) yang melimpah, karena sangat sedikit bahan bakar yang diperlukan.Berikut ini berberapa hal yang menjadi kekurangan PLTN : Risiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl (yang tidak mempunyai containment building). Limbah nuklir - limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan hingga ribuan tahun.

VI. Perencanaan Pusat Tenaga Listrik

IndonesiaSaat ini Indonesia sedang mengusahakan pembangunan PLTN sebagai strategi kemandirian energi dengan memanfaatkan nuklir sebagai energi alternatif. Di masa mendatang, Pemanfaatan nuklir sebagai sumber energi sangat perlu dikaji lebih mendalam dari berbagai aspek. Dalam jangka panjang diversifikasi sumber energi harus diperhitungkan dengan seksama mengingat bahwa kebergantungan pada sumber energi fosil sudah tidak memungkinkan lagi karena Indonesia akan menjadi net-importer minyak. Salah satu pilihan diversifikasi sumber energi yang diperhitungkan adalah nuklir. Berikut adalah sumber radioaktif di Indonesia. Hasil pengkajian yang dikeluarkan oleh BATAN terkait penentuan lokasi akan potensi radioaktif, menunjuk di kabupaten Sampang, Madura sebagai salah satu lokasi yang terbaik[Alfiatno, 2004]. Saat ini, pemerintah sedang menjajaki pembangunan PLTN di Bali [jawa Pos,2004].Indonesia memiliki banyak ragam potensi energi baik yang sifatnya fossil maupun non-fossil. Pokok permasalahannya adalah Indonesia tidak boleh memiliki ketergantungan yang penuh terhadap sumber energi fosil seperti batu bara, minyak, dan gas, mengingat bahan bakar fosil cenderung semakin menipis dan kontribusi sumber daya energi fosil yang tidak merata. Persoalan kedua adalah harga energi fosil cenderung meningkat akibat kelangkaan. Berikut adalah potensi energi nasional yang dimiliki Indonesia.

DuniaTerlepas pro kontra terhadap energi nuklir, pada tahun 2003 sumber energi ini telah mampu menyumbang sekitar 16% listrik dunia. Angka ini terbesar setelh batu bara(39%), dan air(19%). Bahkan lebih besar dari sumber energi minyak bumi(10%) dan gas(15%) listrik dunia.

Penggunaan energi nuklir memilki peranan yang sangat penting di masa depan. Untuk lebih meningkatkan peranan energi nuklir, banyak Negara maju mengembangkan suatu sistem yang memungkinkan energi nuklir tidak saja sebagai sumber listrik, tetapi sebagai sumber energi panas. Untuk memnuhi ambisi ini, sejumlah konsep reaktor nuklir maju sedang direncanakan, seperti : small dan medium reactor, reaktor temperature tinggi, dan reaktor maju lainnya. Reaktor-reaktor maju lainnya akan terus dikembangkan. Reaktor maju memiliki karakteristik yang unggul seperti sistem keselamatan pasif yang andal, modular, dan berpotensi untuk suatu sitem kogenerasi panas. Sistem kogenerasi panas ini ini yang dimanfaatkan untuk menghasilkan air bersih lewat proses desalinisasi.Penyebaran sumber radioaktif di dunia :

Keputusan pemilihan energi nuklir bukanlah keputusan yang bersifat jangka pendek, baik dari aspek perencanaan pembangunan maupun sapek operasional. Aspek perencaan yang sangat matang dan akurat sangat diperlukan, dimana pada umumnya hal itu membutuhkan waktu yang cukup panjang ( sekitar 5 tahun) sebelum pelaksanaan.

Kesimpulan

Untuk mengurangi jumlah emisi gas CO2, CH4, N2O di atmosfer serta mengatasi krisis energi yang sedang terjadi saat ini adalah dengan mengganti pembangkit listrik berbahan bakar fosil dengan pembangkit listrik berbahan bakar nuklir. Selain ramah terhadap lingkungan, harga listrik yang dihasilkan dari PLTN jauh lebih murah jika dibandingkan dengan pembangkit listrik yang menggunakanbahan bakar fosil. Dengan menggunakan sistem keamana berlapis maka dapat dikatakan bahwa PLTN aman bagi lingkungan dan makhluk hidup.Saran

Diharapkan mahasiswa selaku dari kalangan akademisi mampu terlibat jauh dalam eksperimen-eksperimen dan penelitian pusat tenaga listrik yang andal dari segi operasional dan keamanan serta memilki sifat yang renewable/keberlanjutan.

Daftar Pustaka

file:///G:/Semester_V/Mata%20Kuliah/Pembangkit%20Tenaga%20Listrik/Materi/presentasi/ELEKTRO%20INDONESIA%20-%20Mengenal%20Proses%20Kerja%20dan%20Jenis-Jenis%20PLTN.htm file:///G:/Semester_V/Mata%20Kuliah/Pembangkit%20Tenaga%20Listrik/Materi/presentasi/Indone5ia%20%20%20Catatan%20Fendy%20Sutrisna.htm Afiatno, Bambang Eko. PEMBANGUNAN PLTN, DESALINASI DI MADURA SEBAGAI ALTERNATIVE PASOKAN ENERGY LISTRIK. ISEDD. Surabaya. Pusat Diseminasi lptek Nuklir. PENGENALAN PLTN. Jakarta. Hasbullah. KONVERSI ENERGI NUKLIR. Surabaya. http://www.nuclearoil.com http://www.uic.com.au/reactors.htm http://www.wikipedia.org/Global_warming http://www.world-nuclear.org/info/inf32.html Microsoft Encarta 2008 Reaksi Nuklir : PDF, Akses tanggal 18 November 2014.JURUSAN TEKNIK ELEKTRO - FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR12