Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) merupakan jenis pembangkit listrik yang menggunakan reaktor nuklir sebagai sumber panas. Seperti halnya pembangkit listrik tenaga panas lainnya, panas yang dihasilkan digunakan untuk menghasilkan uap yang menggerakkan turbin uap yang terhubung ke generator untuk menghasilkan listrik.
Menurut Badan Energi Atom Internasional pada tahun 2018, terdapat 450 pembangkit listrik tenaga nuklir yang beroperasi di 30 negara di seluruh dunia. Kontribusi pembangkit listrik tenaga nuklir terhadap total produksi listrik dunia sekitar 11%. Amerika Serikat dan Perancis merupakan dua negara dengan produksi listrik dari pembangkit listrik tenaga nuklir terbesar.
Apa Itu Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir?
PLTN adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan energi panas dari proses fisi nuklir untuk menghasilkan uap. Uap ini kemudian digunakan untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik.
Pembangkit listrik tenaga nuklir mirip dengan pembangkit listrik tenaga batu bara (PLTU). Namun, tindakan keselamatan yang berbeda diperlukan karena bahan bakar nuklir memiliki sifat yang berbeda dengan batu bara atau bahan bakar fosil lainnya.
Reaktor nuklir memperoleh energi panasnya dengan memecah inti atom di dalam reaktor, dengan uranium menjadi bahan bakar utama yang digunakan secara luas di seluruh dunia. Meskipun demikian, thorium juga memiliki potensi untuk digunakan dalam pembangkit listrik tenaga nuklir, meskipun saat ini belum banyak digunakan.
Sejarah PLTN
Reaktor Grafit X-10 di Oak Ridge, Tennessee, AS, merupakan reaktor nuklir pertama di dunia yang menghasilkan listrik. Kejadian ini terjadi pada 3 September 1948, dan merupakan pembangkit listrik tenaga nuklir pertama yang menggunakan bola lampu. Eksperimen kedua yang lebih besar dilakukan pada 20 Desember 1951 di fasilitas eksperimen EBR-I dekat Arco, Idaho.
Pada 27 Juni 1954, pembangkit listrik tenaga nuklir pertama di dunia yang menghasilkan listrik untuk jaringan listrik, Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Obninsk, mulai beroperasi di Obninsk, Uni Soviet. Pembangkit listrik skala penuh pertama di dunia, Calder Hall, Inggris, dibuka pada 17 Oktober 1956.
Pembangkit listrik skala penuh pertama di dunia yang bertanggung jawab atas produksi listrik serta memproduksi plutonium adalah Pembangkit Listrik Tenaga Atom Shippingport di Pennsylvania, AS, yang terhubung ke jaringan pada 18 Desember 1957.
Prinsip Kerja PLTN
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) memanfaatkan energi panas dari proses fisi nuklir untuk menghasilkan listrik. Bahan bakar nuklir, seperti uranium, dimasukkan ke dalam reaktor nuklir. Di sana, neutron ditembakkan ke atom uranium, menyebabkannya terpecah (fisi) dan melepaskan energi panas yang besar.
Panas ini digunakan untuk memanaskan air, yang kemudian berubah menjadi uap bertekanan tinggi. Uap ini memutar turbin dan menghasilkan listrik. Uap yang keluar dari turbin dikondensasikan kembali menjadi air untuk digunakan kembali.
Proses ini berlangsung secara berkelanjutan, menghasilkan energi listrik yang besar tanpa emisi gas rumah kaca.
Jenis-Jenis Reaktor
1. Pressurized Water Reactor (PWR)
Reaktor PWR merupakan jenis reaktor yang paling banyak digunakan di seluruh
dunia di antara jenis reaktor lainnya. Di dalam reaktor, fluida yang digunakan adalah
air yang bertekanan tinggi yang disemburkan ke dalam inti reaktor yang panas
diakibatkan oleh reaksi fisi dan fusi dari nuklir.
Fluida yang berubah menjadi uap
dialirkan menuju unit steam generator dimana unit ini akan memanaskan air hingga
menjadi uap kemudian dialirkan menuju turbin. Fluida ketika memasuki reaktor
bersuhu sekitar 275°C kemudian dipanaskan hingga bersuhu 315°C dengan tekanan
uap air berkisar antara 2248 Psi. Tingkat efisiensi dari reaktor jenis ini adalah 34%.
Keunggulan Reaktor PWR
Memiliki tingkat kestabilan sistem yang tinggi.
Memiliki dua siklus yaitu siklus di dalam reaktor dan di dalam steam generator.
Kelemahan Reaktor PWR
Tekanan air pendingin harus bertekanan tinggi.
Biaya investasi cukup mahal karena harus menggunakan komponen yang tahan
tekanan tinggi.
Air pendingin menjadi korosif karena bertekanan tinggi.
2. Boiling Water Reactor
BWR merupakan jenis reaktor kedua yang paling banyak digunakan untuk PLTN di
seluruh dunia. Perbedaan antara BWR dengan PWR adalah pada desainnya. Dialam
reaktor BWR, inti reaktor akan memanaskan air hingga berubah menjadi uap dan
menggerakkan turbin.
Sedangkan di dalam sistem PWR reaktor tidak mengubah air
menjadi uap melainkan memanaskan air saja karena proses pengubahan air menjadi
uap terjadi di steam generator. BWR menggunakan air yang di destilasi dengan sistem
closed loop. Tekanan air dikontrol pada tekanan 1100 Psi dengan suhu 285°C.
Keunggulan Reaktor BWR
Reaktor BWR hanya memiliki satu siklus dibandingkan dengan PWR.
Nilai investasi lebih rendah dibanding PWR.
Tekanan uap pada saat beroperasi hanya 1100 Psi.
Kekurangan Reaktor BWR
a. Membentuk kandungan radioaktif pada turbin
3. Advanced Gas Cooled Reactor
AGR adalah jenis reaktor yang dikembangkan dan di gunakan di Inggris. Tingkat
efisiensi reaktor ini adalah 40,7 %. Jenis moderator yang digunakan adalah graphite
dan carbon dioxide sebagai sistem pendinginnya. Pada awalnya bahan bakar yang
digunakan adalah berylium namun dikarenakan berylium tidak stabil untuk digunakan
kemudian digunakan bahan bakar lain yaitu uranium.
Keunggulan AGR
Memiliki efisiensi yang tinggi
Kapasitas pembangkitan energi listrik yang tinggi.
Tidak menimbulkan korosi atau karat.
Moderator jenis graphite lebih stabil pada suhu yang tinggi.
Gas karbon dioksida mengurangi kemungkinan terjadinya kebakaran.
4. Pressurized Heavy Water Reactor
Reaktor PHWR merupakan reaktor yang menggunakan uranium sebagai bahan
bakarnya. Jenis pendingin dan moderator yang digunakan adalah Heavy Water atau
deuterium oxide (D2O). Heavy Water adalah air yang memiliki isotop hidrogen lebih
banyak dari air biasa sehingga memiliki suhu didih yang lebih tinggi daripada air biasa.
Suhu yang lebih tinggi ditujukan untuk meningkatkan tingkat efisiensi reaktor.
Keunggulan Reaktor PHWR
a. Memiliki efisiensi yang lebih tinggi.
b. Dapat menggunakan uranium murni yang tidak diperkaya.
c. Daya yang dihasilkan lebih besar.
Kelemahan Reaktor PHWR
a. Harga Heavy Water yang relatif mahal.
b. Menggunakan bahan bakar lebih banyak daripada reaktor lain
c. Heavy Water yang dipanaskan memiliki tingkat korosifitas yang tinggi
5. High Power Channel Type Reactor
Reaktor ini adalah reaktor yang dibuat dan dikembangkan di Rusia. HPTR
merupakan reaktor tertua yang masih digunakan untuk PLTN komersial salah
satunya digunakan di Chernobyl. Reaktor dibuat menggunakan beton yang
diperkuat kemudian moderator yang digunakan terbuat dari graphite. reaktor ini
menggunakan air sebagai media pendingin. Bahan bakar yang digunakan adalah
uranium yang diperkaya.
Keunggulan Reaktor RBMK
a. Hanya membutuhkan bahan bakar uranium yang sedikit diperkaya.
b. Dapat mengganti bahan bakar selama reaktor beroperasi.
Kelemahan Reaktor RBMK
a. Temperatur graphite yang sangat tinggi menyebabkan reaktor memiliki
kemungkinan untuk meledak yang tinggi.
Komponen Utama PLTN
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir memiliki beberapa komponen utama, diantaranya:
Reaktor Nuklir
Merupakan inti dari PLTN yang berfungsi untuk menghasilkan reaksi fisi nuklir. Reaksi fisi ini menghasilkan panas yang digunakan untuk menghasilkan uap yang akan menggerakkan turbin dan menghasilkan listrik.
Turbin
Turbin digerakkan oleh uap panas yang dihasilkan oleh reaksi fisi dalam reaktor nuklir. Turbin ini berfungsi untuk mengubah energi kinetik dari uap menjadi energi mekanis.
Generator
Generator adalah komponen yang mengubah energi mekanis dari turbin menjadi energi listrik. Generator ini menghasilkan arus listrik yang kemudian dialirkan ke jaringan listrik.
Sistem Pendingin
Sistem pendingin sangat penting untuk menjaga suhu reaktor agar tetap stabil dan mencegah terjadinya overheat. Biasanya menggunakan air sebagai pendingin utama.
Pelindung Radiasi
Komponen ini bertugas melindungi operator dan lingkungan sekitar dari paparan radiasi yang dihasilkan oleh reaksi nuklir dalam reaktor. Hal ini dilakukan dengan menggunakan lapisan pelindung berupa beton tebal dan perisai radiasi lainnya.
Sistem Kontrol
Sistem kontrol digunakan untuk mengatur dan mengontrol reaksi fisi dalam reaktor agar tetap stabil sesuai dengan kebutuhan produksi listrik.
Sistem Pembuangan Limbah
PLTN dilengkapi dengan sistem pengelolaan limbah radioaktif yang dihasilkan oleh proses fisi nuklir. Limbah ini harus dikelola dengan hati-hati dan disimpan secara aman untuk mencegah dampak negatif terhadap lingkungan dan kesehatan manusia.
PLTN menawarkan solusi energi yang efisien, andal, dan ramah lingkungan. Namun, kekhawatiran tentang keamanan dan limbah nuklir menjadi faktor penting yang perlu dipertimbangkan. Dibutuhkan penelitian dan pengembangan yang berkelanjutan untuk meningkatkan keamanan dan efisiensi PLTN, serta solusi yang tepat untuk pengelolaan limbah nuklir.
