Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

 

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.

SEJARAH SINGKAT

Keradioaktifan pertama kali ditemukan dalam bentuk garam uranium oleh fisikawan Perancis bernama Henri Becquerel pada tahun 1896. Pada tahun 1898 ilmuwan Perancis Marie dan Pierre Curie menemukan unsur radioaktif alami yaitu polonium (84Po) dan radium (88Ra). Sekitar tahun 1930, Irène dan Frédérick Joliot-Curie membuat radioaktif buatan yang pertama dengan cara menumbukkan boron (5B) dan aluminium (13Al) dengan sebuah partikel untuk membentuk isotop radioaktif nitrogen (7N) dan fosfor (15P). Isotop alami unsur-unsur ini bersifat stabil.

Ahli kimia Jerman, Otto Hahn dan Fritz Strassmann menemukan reaksi fissi (nuclear fission) pada tahun 1938. Ketika uranium diradiasikan dengan neutron, beberapa inti uranium terpecah menjadi dua dengan nomor atom setengah dari uranium. Reaksi fissi melepaskan jumlah energi yang sangat besar dan ini digunakan pada senjata dan reaktor nuklir.

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. PLTN skala komersil pertama adalah Calder Hall di Inggris yang dibuka pada 17 Oktober 1956.

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.

Reaktor Fisi

Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui reaksi fisi nuklir dari isotop fissil uranium dan plutonium. Selanjutnya reaktor daya fissi 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 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.

Reaksi Berantai

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, reaktor untuk jaringan kecil mirip PWR

Moderator Grafit

• Magnox

• Advanced Gas-Cooled Reactor (AGR)

• High Temperature Gas Cooled Reactor (HTGR)

• RBMK

• Pabble Bed Reactor (PBR)

Moderator Air Berat

• SGHWR

• 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 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.

Reaktor Fusi

Fusi nuklir menawarkan kemungkinan pelepasan energi yang besar dengan hanya sedikit limbah radioaktif yang dihasilkan serta dengan tingkat keamanan yang lebih baik. Namun demikian, 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.

KEUNTUNGAN DAN 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).

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).

Biaya bahan bakar rendah - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan.

Ketersedian bahan bakar yang melimpah - sekali lagi, 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.