Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

Gambar 1. Skema cara kerja pembangkit listrik berbahan bakar batubara.
Batubara yang merupakan materi bakar dipasok ke dalam tungku (furnace). Di situ batubara  dibakar dan akan menghasilkan energi atau kalor. Selanjutnya energi tersebut akan dipindahkan ke air di dalam boiler (F), di mana air kemudian akan mendidih dan berubah bentuk menjadi uap (A). Uap yang mempunyai suhu tinggi dan tekanan tinggi ini akan dialirkan ke turbin (B). Di dalam turbin, uap akan melewati sudu-sudu turbin yang kemudian akan memutar poros untuk menggerakkan generator (C) dan menghasilkan listrik. Uap yang telah melewati turbin selanjutnya akan masuk ke dalam kondensor (D), di mana uap tersebut akan didinginkan dan berubah bentuknya kembali menjadi cair. Air dari kondenser selanjutnya akan dikembalikan ke dalam boiler dengan menggunakan pompa umpan (E).  Demikian seterusnya proses tersebut berlangsung berulang-ulang. Karena proses tersebut berulang dan menggunakan uap sebagai media untuk memindahkan energi, maka  proses ini disebut dengan istilah siklus uap atau dikenal juga dengan istilah siklus Rankine.
Lalu bagaimana halnya dengan reaktor nuklir atau PLTN?  PLTN yang beroperasi dikala ini sebagian besar juga bekerja berdasarkan proses siklus Rankine. Oleh sebab itu secara garis besar prinsip pembangkitan listriknya juga ibarat dengan PLTU. Akan tetapi bedanya, materi bakarnya diganti dengan materi bakar nuklir. Proses terbentuknya energi tidak berada di tungku, melainkan di teras reaktor.  Gambar 2 di bawah ini menampilkan denah kerja PLTN.
Gambar 2. Skema cara kerja pembangkit listrik tenaga nuklir.
Kalau dilihat dari Gambar 1 dan Gambar 2, akan tampak dengan terang perbedaannya. Tungku dan boiler yang ada di PLTU ternyata diganti dengan sistem pemasok uap nuklir atau SPUN (Nuclear Steam Supply System/NSSS). Di luar dari SPUN, komponen-komponen yang ada sangatlah ibarat dengan yang ada di PLTU. Oleh sebab itu, orang yang bekerja di PLTN tidak hanya berasal dari lulusan teknik nuklir saja, tetapi juga dari bidang keteknikan yang lain ibarat teknik mesin, teknik listrik, teknik kimia dan sebagainya. Lalu apa yang ada di dalam SPUN tersebut? Kita akan meninjau dua jenis PLTN yang banyak digunakan di dunia, yaitu jenis reaktor air tekan / RAT (Pressurized Water Reactor/PWR) dan reaktor air didih / RAD (Boiling Water Reactor / BWR), yang skemanya mampu kita lihat di Gambar 3 dan 4.
Gambar 3. Skema cara kerja reaktor air tekan.
Pada PLTN jenis RAT, kita mampu melihat bahwa uap yang kemudian akan masuk ke turbin ternyata dihasilkan di steam generator (SG) atau pembangkit uap. Makara di sini yang bertindak sebagai boileradalah SG.
Bahan bakar nuklir berada di dalam teras reaktor (reactor core), dan teras reaktor berada di dalam ember reaktor (reactor vessel). Bahan bakar akan mengalami reaksi fisi dan menghasilkan energi termal yang berada di material materi bakar itu sendiri. Agar energi tersebut dapat dimanfaatkan, maka materi bakar harus didinginkan menggunakan air pendingin. Makara air pendingin ini akan mengalir ke dalam teras reaktor dari bawah, selanjutnya mengambil kalor dari materi bakar, dengan demikian suhunya akan naik, dan selanjutnya keluar ke atas dari teras untuk selanjutnya masuk ke SG. Di dalam SG energi yang dikandung oleh air akan digunakan untuk menguapkan air yang akan masuk ke turbin. Air yang sudah hambar selanjutnya akan dikembalikan ke teras reaktor. Pada PLTN jenis ini, air pendingin reaktor dijaga jangan hingga mendidih, caranya dengan mempertahankan tekanan air tetap tinggi. Agar tujuan ini tercapai digunakan komponen yang disebut pressurizer(PRZ).
Makara jikalau mau dicari ciri khas dari PLTN tipe PWR ini:
  1. PWR mempunyai dua fatwa pendingin yang terpisah, yaitu air untuk mendinginkan reaktor (istilahnya adalahsistem pendingin primer) dan air yang akan menjadi uap untuk memutar turbin (istilahnya yaitu sistem pendingin sekunder).
  2. Proses pendidihan air terjadi di SG, di mana energi ditransfer dari  pendingin primer ke  pendingin sekunder.
  3. Pada sistem pendingin primer tidak terjadi pendidihan sebab tekanan dijaga tetap tinggi oleh PRZ.
  4. Batang kendali yang  mengatur berlangsungnya reaksi fisi terletak di adegan atas ember reaktor.
Gambar 4. Skema cara kerja reaktor air didih.
Tampak dari Gambar 4 di atas bahwa pada BWR hanya ada satu jenis air pendingin saja. Proses pendidihan terjadi di dalam ember reaktor, atau dengan kata lain yang bertindak sebagai boiler ya ember reaktornya itu sendiri. Energi yang dihasilkan dari reaksi fisi akan digunakan secara eksklusif untuk mendidihkan air dan uap yang dihasilkan dari ember reaktor akan eksklusif dialirkan menuju ke turbin.
Ciri khas dari reaktor ini adalah:
  1. Hanya ada satu jenis fatwa pendingin.
  2. Proses pendidihan berlangsung di dalam ember reaktor.
  3. Karena terjadi pendidihan pada sistem pendingin maka tekanan pendingin lebih rendah daripada PLTN jenis PWR.
  4. Karena uap akan mengumpul di adegan atas bejana, maka batang kendali ditempatkan di adegan bawah ember reaktor.
Mengapa menggunakan air? Dengar-dengar ada reaktor yang menggunakan air berat bahkan menggunakan garam sebagai pendinginnya? Katanya kecelakaan di Fukushima diakibatkan dari ledakan hidrogen yang berasal dari reaksi antara air dengan materi bakar, berarti ancaman dong jikalau pakai air?
Mengapa ada batang kendali? Material yang digunakan apa? Bisa tidak mengendalikan reaktor tanpa batang kendali?
Oke… oke.. mungkin di antara pembaca ada yang bertanya-tanya semacam itu…Bahkan mungkin pertanyaan yang lebih advanced lagi. Tapi kita harus menahan diri dulu. Agar mampu menjawab pertanyaan-pertanyaan lanjutan semacam itu kita harus tahu fondasinya terlebih dahulu. Apa itu nuklir, apa saja material nuklir, bagaimana interaksi antara neutron dengan material, apa yang dimaksud dengan radioaktivitas, dan sebagainya, dan sebagainya. Makara di artikel-artikel berikutnya kita akan meninjau dasar-dasar ilmu nuklir. Oke? Just stay tuned…
 

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel