PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR

Dimas Nur Rosit S.S

Jurusan Pendidikan Teknik Elektro – S1

Universitas Negeri Yogyakarta

email: grimmjow_jaggerjacks@yahoo.com

Abstrak

Pembangkit listrik tenaga nuklir adalah Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik. Jenis PLTN dibagi menjadi dibagi 2 yaitu PLTN reaktor fisi dan PLTN reaktor fusi. PLTN reaktor fisi membangkitkan panas melalui reaksi fisi nuklir dari isotop fissil uranium dan plutonium. Selanjutnya reaktor daya fisi dikelompokkan lagi menjadi: reaktor thermal, reaktor cepat,dan reaktor subkritis. Sedangkan PLTN reaktor fusi dengan memanfaatkan penggabungan 2 inti atom menjadi 1 inti atom. Dari penggabungan ini tercipta suatu energi besar yang kemudian dimanfaatkan untuk mengubahnya menjadi energi listrik.

Kata kunci: PLTN, Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir, Nuklir, Reaktor.

PENDAHULUAN

Sejarah 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

rerata 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.

1

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).

Sedangkan untuk PLTN Nuklir di Indonesia Di Indonesia, ide pertama untuk

pembangunan dan pengoperasian PLTN sudah dimulai pada tahun 1956 dalam bentuk

pernyataan dalam seminar-seminar yang diselenggarakan di beberapa universitas di

Bandung dan Yogyakarta. Meskipun demikian ide yang sudah mengkristal baru muncul pada

tahun 1972 bersamaan dengan dibentuknya Komisi Persiapan Pembangunan PLTN

(KP2PLTN) oleh Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN) dan Departemen Pekerjaan Umum

dan Tenaga Listrik (Departemen PUTL). Kemudian berlanjut dengan diselenggarakannya

sebuah seminar di Karangkates, Jawa Timur pada tahun 1975 oleh BATAN dan Departemen

PUTL, dimana salah satu hasilnya suatu keputusan bahwa PLTN akan dikembangkan di

Indonesia. Pada saat itu juga sudah diusulkan 14 tempat yang memungkinkan di Pulau Jawa

untuk digunakan sebagai lokasi PLTN, dan kemudian hanya 5 tempat yang dinyatakan

sebagai lokasi yang potensial untuk pembangunan PLTN.

Pada 30 Desember 1993, NewJec menyerahkan dokumen Feasibility Study Report

(FSR) dan Prelimintary Site Data Report ke BATAN. Rekomendasi NewJec adalah untuk

bidang studi non-tapak, secara ekonomis, PLTN kompetitif dan dapat dioperasikan pada

jaringan listrik Jawa – Bali di awal tahun 2000-an. Tipe PLTN direkomendasikan berskala

menengah, dengan calon tapak di Ujung Lemahabang, Grenggengan, dan Ujungwatu.

2

TEORI PENUNJANG

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 saat ini, terdapat 442 PLTN berlisensi di dunia dengan 441

diantaranya beroperasi di 31 negara yang berbeda. Keseluruhan reaktor tersebut menyuplai

17% daya listrik dunia.

1. Jenis – Jenis 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. Sebagai tambahan, beberapa jenis reaktor berikut ini, di masa

depan diharapkan mempunyai sistem keamanan pasif.

a. Reaktor Fisi

Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui reaksi fisi

nuklir dari isotop fissil uranium dan plutonium. Selanjutnya reaktor daya fisi

dikelompokkan lagi menjadi:

1) 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 fisi. Berikut adalah beberapa jenis reaktor

fisi:

Light water reactor (LWR)

3

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

Gambar 1 Jenis - jenis reaktor thermal

2) 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.

Meski reaktor nuklir generasi awal berjenis reaktor cepat, tetapi perkembangan

4

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. 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 sedang dibangun 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 adalah tanggal ketika reaktor mencapai kritis pertama kali, dan

ketika reaktor kritis untuk teakhir kali bila reaktor tersebut sudah

didekomisi (decommissioned).

3) Reaktor subkritis menggunakan sumber neutron luar ketimbang menggunakan

reaksi berantai untuk menghasilkan reaksi fissi. Hingga 2004 hal ini hanya berupa

5

konsep teori saja, dan tidak ada purwarupa yang diusulkan atau dibangun untuk

menghasilkan listrik, meskipun beberapa laboratorium mendemonstrasikan dan

beberapa uji kelayakan sudah dilaksanakan.

b. Reaktor Fusi

Reaktor fusi nuklir merupakan salah satu sumber energi alternatif masa depan

yang menggunakan bahan bakar yang tersedia melimpah, sangat efisien, bersih dari

polusi, tidak akan menimbulkan bahaya kebocoran radiasi dan tidak menyebabkan

sampah radioaktif yang merisaukan seperti pada reaktor fisi nuklir.

Gambar 2 Komponen – komponen PLTN reaktor fusi

Sejauh ini reaktor fusi nuklir masih belum dioperasikan secara komersial.

Prototip reaktor-reaktor fusi saat ini masih dalam tahap eksperimentasi pada

beberapa laboratorium di USA dan di beberapa negara maju lainnya. Suatu

konsorsium dari USA, rusia, Eropa dan Jepang telah mengajukan pembangunan suatu

reaktor fusi yang disebut International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) di

6

Cadarache (Perancis) untuk menguji kelayakan dan keberlanjutan penggunaan reaksi

fusi untuk menghasilkan energi listrik.

Dalam reaksi fusi nuklir dua inti atom ringan bergabung menjadi satu inti baru.

Dalam suatu reaktor fusi, inti-inti atom isotop hidrogen (protium, deuterium, dan

tritium) bergabung menjadi inti atom helium dan netron serta sejumlah besar energi.

Reaksi fusi ini sejenis dengan reaksi yang terjadi di dalam inti matahari dan bersifat

jauh lebih bersih, lebih aman, lebih efisien dan menggunakan bahan bakar yang jauh

lebih berlimpah dibandingkan dengan reaksi fisi nuklir.

Persyaratan untuk terjadinya reaksi fusi nuklir:

suhu awal yang sangat tinggi (di atas 100 juta kelvin)

tekanan yang sangat tinggi

Suhu setinggi yang dipersyaratkan tersebut dapat dicapai dengan bantuan

microwaves dan laser. Pada suhu setinggi ini elektron-elektron atom terpisah dari

intinya dan terbentuk wujud plasma. Inti-inti atom yang akan bergabung memiliki

muatan listrik sejenis (positif) sehingga tolak-menolak sehingga diperlukan energi

yang sangat besar (suhu tinggi) agar mereka dapat mengatasi tolakan listrik. Reaksi

fusi baru dapat terjadi jika inti-inti atom tersebut dapat didekatkan hingga jarak

10−15 m (seper satu juta miliar meter). Pada jarak ini baru terjadi ikatan nuklir yang

mampu mengatasi tolakan listrik dari kedua inti atom yang akan berfusi tersebut.

Tekanan yang sangat tinggi digunakan untuk mendekatkan inti-inti atom yang

akan digabungkan. Persyaratan ini dicapai dengan bantuan medan magnet yang

sangat kuat (yang dihasilkan oleh arus listrik dalam superkonduktor) dan dengan

bantuan laser dengan daya tinggi.

Teknologi terkini baru mencapai suhu dan tekanan yang mampu menghasilkan

fusi antara deuterium dan tritium Fusi antara deuterium dan deuterium

memerlukan suhu dan tekanan yang lebih tinggi. Reaksi fusi yang kedua inilah yang

menjadi tumpuan reaktor fusi nuklir masa mendatang, karena ketersediaan bahan

bakar deuterium yang lebih mudah diperoleh (diekstrak dari air laut), tidak radioaktif

dan menghasilkan energi yang lebih tinggi.

Secara teknis ada dua cara untuk mencapai persyaratan suhu dan tekanan yang

dipersyaratkan untuk terjadinya reaksi fusi, yaitu:

7

menggunakan medan magnet dan medan listrik yang sangat kuat untuk

memanaskan dan memampatkan plasma hidrogen. ITER di Perancis

menggunakan metode yang lebih dikenal sebagai metode Magnetic

confinement ini.

menggunakan berkas laser atau berkas ion untuk memanaskan dan

memampatkan plasma hidrogen. Metode ini (Inertial confinement) digunakan

dalam pusat penelitian reaktor fusi nuklir di Lawrence Livermore Laboratory

(USA).

PEMBAHASAN

1. Prinsip kerja

Pada dasarnya prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir atau PLTN sama

halnya dengan Pembangkit Listrik Konvensional. Dalam proses kerjanya, air akan

diuapkan dalam suatu wadah (ketel) dengan melalui pembakaran. Dalam pembakaran

tersebut akan menghasilkan uap yang akan dialirkan ke dalam turbin yang akan

bergerak jika terdapat tekanan uap. Dalam proses tersebut turbin akan bergerak.

Bergeraknya turbin ini berfungsi untuk menggerakkan generator yang akan

menghasilkan energi listrik. Jika dalam Pembangkit Listrik Konvensional, bedanya yaitu

bahan bakarnya dalam menghasilkan uap panas, yaitu dengan minyak, gas, atau

batubara.

8

Gambar 3. Proses terjadinya perubahan energi nuklir menjadi energi listrik

Proses dari pembakaran bahan bakar tersebut akan menghasilkan gas Karbon

Dioksida atau CO2, Sulfur Dioksida SO2 dan juga Nitrogen Dioksida atau disebut juga

Nox, selain itu pembakaran tersebut menghasilkan debu yang mengandung kadar

logam berat. Sisa-sisa pembakaran tersebut di atas akan menjadi gas emisi ke udara

dan berpotensi besar terhadap pencemaran lingkungan. Beberapa pencemaran

lingkungan tersebut yaitu hujan asam dan pemanasan global (Global Warming).

Sedangkan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir, panas yang dipakai dihasilkan

dari proses reaksi pembelahan inti Uranium di dalam reaktor nuklir. Sebagai bahan

pemindah panas tersebut digunakanlah air yang secara terus-menerus disirkulasikan

selama proses. Bahan bakar yang digunakan untuk pembakaran ini, yang

menggunakan Uranium tersebut tidak melepaskan partikel-partikel seperti Nox, CO2,

ataupun SO2, serta tidak mengeluarkan partikel debu yang mengandung logam berar.

Sehingga Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir adalah pembangkit yang sangat ramah

lingkungan.

2. Keuntungan dan kekurangan

a. Keuntungan PLTN dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah:

9

1) Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal) - gas rumah

kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya

sedikit menghasilkan gas)

2) Tidak mencemari udara - tidak menghasilkan gas-gas berbahaya sepert 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 - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan

5) Ketersedian bahan bakar yang melimpah - sekali lagi, karena sangat sedikit

bahan bakar yang diperlukan

6) Baterai nuklir - (lihat SSTAR)

b. Berikut ini berberapa hal yang menjadi kekurangan PLTN:

1) Risiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah

kecelakaan Chernobyl (yang tidak mempunyai containment building)

2) Limbah nuklir - limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan

hingga ribuan tahun. AS siap menampung limbah ex PLTN dan Reaktor Riset.

Limbah tidak harus disimpan di negara pemilik PLTN dan Reaktor Riset. Untuk

limbah dari industri pengguna zat radioaktif, bisa diolah di Instalasi Pengolahan

Limbah Zat Radioaktif, misal yang dimiliki oleh BATAN Serpong.

10

DAFTAR PUSTAKA

http://antinuklirindo.wordpress.com/2011/03/18/hello-world/

http://www.batan.go.id/ppen/tu/Sejarah%20PLTN.htm

http://kpip-pltn.blogspot.com/p/sejarah-nuklir.html

http://ilmupengetahuan.org/pembangkit-listrik-tenaga-nuklir/

http://eldin-fisikamodern.blogspot.com/2011/10/apa-dan-bagaimana-kerja-reaktor-fusi.html

11