BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

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. Disamping 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 radio aktif 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 1954. Pada waktu itu di Russia, dibangun dan dioperasikan satu unit PLTN air ringan bertekanan tinggi (VVER = PWR) yang setahun kemudian mencapai daya 5MWe. Pada tahun 1956 di Inggris dikembangkan PLTN jenis Gas Cooled Reactor (GCR) dengan daya 100MWe. Pada tahun 1997 di seluruh dunia baik dinegara maju maupun 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 konstruksi di 18 negara.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa definisi dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir ?2. Apa saja komponen utama dalam Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) ?3. Bagaimana prinsip kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) ?4. Apa saja tipe-tipe dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) ?5. Apa keuntungan dan kerugian dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) ?

1.3 Tujuan

1. Mengetahui definisi dan komponen utama dalam Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).

2. Mengetahui prinsip kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).3. Untuk mengetahui tipe-tipe dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).4. Mengetahui keuntungan dan kerugian dari pemanfaatan Pembangkit Listrik Tenaga

Nuklir (PLTN).

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Definisi 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 reaktor 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.

Teknologi PLTN dirancang agar energi nuklir yang terlepas dari proses fisi dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi dalam kehidupan sehari-hari. PLTN merupakan sebuah sistem yang dalam operasinya menggunakan reaktor daya yang berperan sebagai tungku penghasil panas.Komponen utama dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) yaitu :1. Reaktor2. Sistem Kendali3. Instrumentasi4. Bejana tekan berpendingin utama5. Pengungkung

Komponen dasar dari reaktor nuklir antara lain:1. Bahan bakar nuklir, berbentuk batang logam berisi bahan radioaktif yang berbentuk

pelat. Sebagai contoh bahan bakar nuklir adalah:a. Uranium-235 (U-235)b. Pu-239c. U-233

2. Moderator, berfungsi menyerap energi neutron.3. Reflector, berfungsi memantulkan kembali neutron.4. Pendingin berupa bahan gas atau logam cair untuk mengurangi energi panas dalam

reaktor.5. Batang kendali, berfungsi menyerap neutron untuk mengatur reaksi fisi.6. Perisai, merupakan pelindung dari proses reaksi fisi yang berbahaya.

2.2 Prinsip Kerja PLTN

Gambar 2.2.1 Prinsip kerja sederhana PLTN

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. 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 reaktor 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 berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN, sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.

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 thermal). Sebagai gambaran dapat dikemukakan bahwa energi thermal yang dihasilkan dari reaksi pembelahan 1 kg uranium-235 murni besarnya adalah 17 milyar kilo kalori, atau setara dengan energi thermal 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.

Seperti telah disebutkan di atas, panas yang dihasilkan dari reaksi pembelahan, oleh air yang bertekanan 160 atmosfir dan suhu 3000 C secara terus menerus dipompakan ke dalam reaktor melalui saluran pendingin reaktor. Air bersirkulasi dalam saluran pendingin ini tidak hanya berfungsi sebagai pendingin saja melainkan juga bertindak sebagai moderator, yaitu sebagai medium yang dapat memperlambat neutron. Neutron cepat akan kehilangan sebagian energinya selama menumbuk atom-atom hidrogen. Setelah kecepatan neutron turun sampai 2000 m per detik atau sama dengan kecepatan molekul gas pada suhu 3000 C, barulah ia mampu membelah inti atom uranium-235. Neutron yang telah diperlambat disebut neutron thermal.

Untuk mendapatkan keluaran thermal yang mantap, perlu dijamin agar banyaknya reaksi pembelahan inti yang terjadi dalam teras reaktor dipertahankan pada tingkat tetap,

yaitu 2 atau 3 neutron yang dihasilkan dalam reaksi itu hanya satu yang dapat meneruskan reaksi pembelahan. Neutron lainnya dapat lolos keluar reaktor, atau terserap oleh bahan lainnya tanpa menimbulkan reaksi pembelahan atau diserap oleh batang kendali. Batang kendali dibuat dari bahan-bahan yang dapat menyerap neutron, sehingga jumlah neutron yang menyebabkan reaksi pembelahan dapat dikendalikan dengan mengatur keluar atau masuknya batang kendali ke dalam teras reaktor.

Fragmen-fragmen yang diproduksi selama reaksi pembelahan inti disebut hasil belahan, yang kebanyakan berupa atom-atom radioaktif seperti xenon-133, kripton-85 dan iodium- 131. Zat radioaktif ini meluruh menjadi atom lain dengan memancarkan radiasi alpha, beta, gamma atau neutron. Selama proses peluruhan, radiasi yang dipancarkan dapat diserap oleh bahan-bahan lain yang berada di dalam reaktor, sehingga energi yang dilepaskan berubah menjadi panas. Panas ini disebut panas peluruhan yang akan terus diproduksi walaupun reaktor berhenti beroperasi. Oleh karena itu reaktor dilengkapi dengan suatu sistem pembuangan panas peluruhan. Selain hasil belahan, dalam reaktor dihasilkan pula bahan radioaktif lain sebagai hasil aktivitas neutron. Bahan radioaktif ini terjadi karena bahan-bahan lain yang berada di dalam reaktor (seperti kelongsongan atau bahan struktur) menangkap neutron sehingga berubah menjadi unsur lain yang bersifat radioaktif. Radioaktif adalah sumber utama timbulnya bahaya dari suatu PLTN, oleh karena itu semua sistem pengamanan PLTN ditujukan untuk mencegah atau menghalangi terlepasnya zatradioaktif ke lingkungan dengan aktivitas yang melampaui nilai batas ambang yang diizinkan menurut peraturan yang berlaku.

2.3 Tipe-Tipe PLTN

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.Tipe – tipe reaktor PLTN yang telah beroperasi di dunia antara lain :

1. Reaktor air didih  (Boiling Water Reactor, BWR)Pada reaktor air didih, panas hasil fisi dipakai secara langsung untuk menguapkan air pendingin dan uap yang terbentuk langsung dipakai untuk memutar turbin. Turbin tekanan tinggi menerima uap pada suhu sekitar 290 ºC dan tekanan sebesar 7,2 MPa. Sebagian uap diteruskan lagi ke turbin tekanan rendah. Dengan sistem ini dapat diperoleh efisiensi thermal sebesar 34 %. Efisiensi thermal ini menunjukkan prosentase panas hasil fisi yang dapat dikonversikan menjadi energi listrik. Setelah melalui turbin, uap tersebut akan mengalami proses pendinginan sehingga berubah menjadi air yang langsung dialirkan ke teras reaktor untuk diuapkan lagi dan seterusnya. Dalam reaktor ini digunakan bahan bakar 235U dengan tingkat pengayaannya 3-4 % dalam bentuk UO2.

Gambar 2.3.1 Reaktor air didih (Boiling Water Reactor, BWR)

2. Reaktor Air Tekan ( Pressurized Water Reactor, PWR)Reaktor Air Tekan juga menggunakan H2O sebagai pendingin sekaligus moderator. Bedanya dengan Reaktor Air Didih adalah penggunaan dua macam pendingin, yaitu pendingin primer dan sekunder. Panas yang dihasilkan dari reaksi fisi dipakai untuk memanaskan air pendingin primer. Dalam reaktor ini dilengkapi dengan alat pengontrol tekanan (pessurizer) yang dipakai untuk mempertahankan tekanan sistem pendingin primer.

Gambar 2.3.2 Reaktor Air Tekan ( Pressurized Water Reactor, PWR)

3. Reaktor Air Berat atau HWR (Heavy Water Reactor)Reaktor Air Berat merupakan jenis reaktor yang menggunakan D2O (air berat) sebagai moderator sekaligus pendingin. Reaktor ini menggunakan bahan bakar uranium alam sehingga harus digunakan air berat yang penampang lintang serapannya terhadap neutron sangat kecil. PLTN dengan Reaktor Air berat yang paling terkenal adalah CANDU (Canadian Deuterium Uranium) yang pertama kali dikembangkan oleh Canada.

4. Reaktor Magnox atau MR (Magnox Reactor)Reaktor Magnox menggunakan bahan bakar dalam bentuk logam uranium atau paduannya yang dimasukkan ke dalam kelongsong paduan magnesium (Mg). Reaktor Magnox menggunakan CO2 sebagai pendingin, grafit sebagai moderator, dan uranium alam sebagai bahan bakar. Panas hasil fisi diambil dengan mengalirkan gas CO2 melalui elemen bakar menuju ke sistem pembangkit uap. Dari pertukaran panas ini akan dihasilkan uap air yang selanjutnya dapat dipakai untuk memutar turbin.

Gambar 2.3.4 Reaktor Magnox atau MR (Magnox Reactor)

Hasil dari usaha dalam penyempurnaan unjuk kerja Reaktor Magnox adalah diperkenalkannya Reaktor Maju Berpendingin Gas atau AGR (Advanced Gas-cooled Reactor). Dalam reaktor ini juga menggunakan CO2 sebagai pendingin, grafit sebagai moderator, namun bahan bakarnya berupa uranium sedikit diperkaya yang dibungkus dengan kelongsong dari baja tahan karat. Pengayaan bahan bakar ini dimaksudkan untuk meningkatkan efisiensi thermal dan fraksi bakar bahan bakarnya.

5. Reaktor Temperatur Tinggi atau HTR (High Temperature Reactor)ini mampu menghasilkan panas hingga 750 ºC dengan efisiensi thermalnya sekitar 40 %. Panas yang dibangkitkan dalam teras reaktor dipindahkan menggunakan pendingin He (sistem primer) ke pembangkit uap. Dalam pembangkit uap ini panas akan diserap oleh sistem uap air umpan (sistem sekunder) dan uap yang dihasilkannya dialirkan ke turbin. Dalam reaktor ini juga ada sistem pemisah antara sistem pendingin primer yang radioaktif dan sistem pendingin sekunder yang tidak radioaktif.

Gambar 2.3.5 Reaktor Temperatur Tinggi atau HTR (High Temperature Reactor)

Elemen bahan bakar yang digunakan dalam Reaktor Temperatur Tinggi berbentuk bola, tiap elemen mengandung 192 gram carbon, 0,96 gram 235U dan 10,2 gram 232Th yang dapat dibiakkan menjadi bahan bakar baru 233U. Proses fisi dalam teras reaktor mampu memanaskan gas He hingga mencapai suhu 750 _C. Setelah terjadi pertukaran panas dengan sistem sekunder, suhu gas He akan turun menjadi 250 ºC. Gas He selanjutnya dipompakan lagi ke teras reaktor untuk mengambil panas fisi, demikian seterusnya. Dalam operasi normal, reaktor ini membutuhkan bahan bakar bola berdiameter 60 mm sebanyak ± 675.000 butir yang diletakkan di dalam teras reaktor. Rata-rata setiap butir bahan bakar tinggal di dalam teras selama enam bulan pada operasi beban penuh.

2.4 Keuntungan dan Kerugian Pembangkit Listrik Tenaga Nuklira. Keuntungan pembangkit listrik tenaga nuklir adalah:

1. Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal). 2. Tidak mencemari udara.

Tidak menghasilkan gas-gas berbahaya seperti karbon monoksida, sulfur dioksida aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap fotokimia.

3. Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal).4. Biaya bahan bakar rendah.5. Ketersedian bahan bakar yang melimpah karena sangat sedikit bahan bakar yang diperlukan.

b. Kerugian pembangkit listrik tenaga nuklir adalah:

1. Resiko kecelakaan nuklir. Kasus kebocoran reaktor nuklir paling parah dan tragis sepanjang sejarah adalah insiden Chernobyl yang terjadi pada tanggal 26 April 1986 di Ukraina.

2. Limbah nuklirlimbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan hingga ribuan tahun.

BAB IIIPENUTUP

3.1 Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan yang telah dijabarkan sebelumnya, maka dapat di ambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Pusat Listrik Tenaga Nuklir adalah stasiun pembangkit listrik thermal di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik.

2. Komponen utama PLTN terdiri dari Reaktor, Sistem Kendali, Instrumentasi, Bejana tekan berpendingin utama, Pengungkung, Sistem keselamatan, Turbin Uap, Generator Listrik dan Pompa

3. Prinsip kerja PLTN adalah uap dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam reaktor nuklir. Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga menghasilkan tenaga listrik.

4. PLTN mempunyai kelebihan antara lain tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca, tidak mencemari udara, sedikit menghasilkan limbah padat, biaya bahan bakar rendah, ketersedian bahan bakar yang melimpah.

5. PLTN mempunyai kekurangan antara lain risiko kecelakaan nuklir dan limbah radioaktif nuklir tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan hingga ribuan tahun.

3.2 Daftar Pustaka1. http://www.google.com

2. https://www.academia.edu/8538564/PLTN_Pembangkit_Listrik_Tenaga_Listrik_

3. http://muhammadcandras.blogspot.co.id/2012/11/makalah-pembangkit-listrik-tenaga.html

MAKALAH

SISTEM PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK

“PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR”

OLEH

Nama : DWI RAHAYU WIDHIYANTI

NIM : 13/344334/SV/02850

Kelas : TL-A

PROGRAM DIPLOMA TEKNIK ELEKTRO

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA

SEKOLAH VOKASI

UNIVERSITAS GADJAH MADA

2015