Bagaimana listrik dihasilkan dari PLTN?

Prinsip produksi listrik untuk sebagian besar pembangkit listrik hampir sama, baik berbahan bakar batu bara, minyak atau PLTN, perbedaan utama adalah dari sumber panas dari pembangkit tersebut. Panas yang diproduksi dari teras digunakan untuk mendidihkan air dan memperoleh ua yang memutar turbin, yang pada akhirnya menggerakkan generator dan menghasilkan listrik.

Nah, pada PLTN panas tadi dihasilkan dari rentetan reaksi fisi terkontrol yang terjadi di teras reaktor. Yang mengalami reaksi fisi tentunya bahan bakar PLTN itu sendiri yaitu uranium (bisa juga Thorium).

Berikut adalah komponen/sistem utama dari teras PLTN :

  1. Bahan bakar (fuel) – bahan fisil (yaitu bahan yang cendrung untuk berfisi ketika ditumbuk neutron seperti U-235), baik yang ada pada uranium alam ataupun telah diperkaya.(Uranium alam hanya mengandung 0.7% U-235 dan sisanya kebanyakan U-238 yang bersifat fertile, yaitu probabilitas untuk berfisinya kecil. Sehingga pada umumnya bahan bakar nuklir diperkaya artinya ditambahkan konsentrasi U-235 nya). Terkadang pada bahan bakar juga ditambahkan Plutonium yang bersifat fisil. Bahan bakar pada reaktor nuklir berbentuk pelet logam atau oksida.
  2. Struktur bahan bakar (cladding) – selongsong logam yang ditempati atau mengungkung pellet bahan bakar. Cladding atau disebut juga struktur bahan bakar melindungi bahan bakar dari korosi dan mencegah keluarnya produk fisi.
  3. Moderator – terbuat dari unsur ringan (dibuat unsur ringan mendekati neutron karena secara fisika pengurangan energi akan efektif ketika partikel menumbuk partikel lain yang masanya mrip), moderator berfungsi untuk memperlambat neutron hasil fisi sehingga menjadi neutron termal (neutron dengan energi rendah) tanpa menyerap neutron tersebut. Pada PLTN tipe PWR moderator yang digunakan adalah H2O atau air ringan (sebenarnya air yang biasa kita kenal, tapi dikhususkan penamaan air ringan karena ada D2O yang disebut air berat). Neutron sengaja diperlambat karena dalam keadaan energi yang rendah akan memperbesar terjadinya reaksi fisi ketika bertumbukan dengan U-235 dari bahan bakar.
  4. Pendingin (coollant) – berfungsi untuk mentransfer panas yang dibangkitkan pada bahan bakar di teras ke pembangkit uap (steam generator,SG) untuk lebih lanjut memutar turbin. Pendingin ini bersirkulasi melalui bahan bakar dan pembangkit uap, ketika bersentuhan dengan bahan bakar pendingin mengambil panas lalu ketika sampai di pembangkit uap, panas tersebut ditransfer kepada air yang lebih dingin ( dalam bejana SG, tentunya tanpa terjadi kontak fisik, transfer panas terjadi secara konduksi dan konveksi) dan memberikan panasnya. Pada reaktor tipe PWR didesain agar pendingin tidak sampai mendidih (tetap dalam satu fasa, fasa cair), untuk mencegah air yang bertemperatur tinggi untuk mendidih maka diberikan tekanan tinggi dengan adanya bejana pengatur tekanan (pressurizer).
  5. Batang control (control rods) – terbuat dari bahan penyerap neutron, batang ini dapat dikeluarkan atau dimasukkan ke dalam teras reactor untuk mengontrol populasi dan reaksi neutron pada teras, dan menjaga teras agar tetap pada keadaan kritis, juga bergunan untuk menghentikan reaksi-reaksi neutron dengan menurunkan secara penuh batang kendali.
  6. Bejana tekan (pressure vessel) – adalah bejana yang memuat teras bahan bakar dan semua komponen terkait, biasanya terbuat dari stainless steel. Berfungsi untuk mencegah lepasnya bahan radioaktif pada kasus berlebihnya tekanan.
  7. Struktur pengungkung – terbuat dari beton dan terkadang ditambahkan lapisan logam ditengahnya, berfungsi untuk melindungi operator dan masyarakat umum dari radiasi.
  8. Bejana pengatur tekanan (pressurizer) – berfungsi untuk mengatur tekanan pada teras. Pada tipe reaktor nuklir PWR tekanan pada teras dibuat tinggi hingga 15,5 Kpa, hal ini untuk mencegah mendidihnya pendingin (dalam hal ini air ringan). Ketika terjadi kelebihan tekanan pada teras, pressurizer juga dapat mengurangi dengan mekanisme ’penggembosan’.
  9. Pembangkit uap (steam generator) – bejana terjadinya pertukaran panas antara air yang telah mengambil panas dari bahan bakar dengan air pada siklus kedua (siklus pertama adalah siklus pendingin yang bersirkulasi antara bahan bakar dan SG, disebut juga siklus primer, dan siklus kedua bersirkulasi antara SG dan turbin, disebut juga siklus sekunder—perhatikan bahwa pada tiap siklus air betul-betul jadi pembawa panas/energi disatu sisi menerima lalu disisi lain memberikan energi tersebut). Air pada siklus sekunder kemudian menjadi uap karena panas yang diterimanya, lalu uap inilah yang memutar turbin.

Ilustrasi dari tiap komponen dan hubungan antar komponen dapat dilihat pada gambar sederhana PLTN tipe PWR.


(source:

 

 

http://tsdipura.multiply.com/journal/item/5/Mengenal_PLTN_1)

bahan bacaan lain bisa di dowload via link dibawah:
http://www.warintek.ristek.go.id/nuklir/pengenalan_pltn.pdf
http://students.ee.itb.ac.id/~ikbal04/PLTN.pdf
http://www.technologyindonesia.com/download.php?file=pltn.pdf

Advertisements