|
2.1 Definisi PLTN
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal dimana 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 tahun 2005 terdapat 443 PLTN berlisensi di dunia dengan 441 diantaranya beroperasi di 31 negara yang berbeda. Keseluruhan reaktor tersebut menyuplai 17% daya listrik dunia (Aminuddin, 1997).
PLTN dikelompokkan berdasarkan jenis reaktor yang digunakan. Tetapi ada juga PLTN yang menerapkan unit-unit independent 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 fissi dikelompokkan lagi menjadi (Aminuddin, 1997):
· 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.
· 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 yang diusulkan atau dibangun untuk menghasilkan listrik, meskipun beberapa laboratorium mendemonstrasikan dan beberapa uji kelayakan sudah dilaksanakan.
b. Reaktor Thermal
o Magnox
o RBMK
o SGHWR
o CANDU
c. 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 prototype reaktor cepat sudah dibangun di Amerika Serikat, Inggris, Uni Sovyet, Perancis, Jerman, Jepang, India, dan hingga 2004 sebuah reaktor sedang dibangun di China. Berikut beberapa reaktor cepat di dunia:
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 di dekomisi (decommissioned).
d. 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 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 dan hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan.
· Ketersedian bahan bakar yang melimpah 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.
2.2 Sejarah PLTN
Sejarah pemanfaatan energi nuklir melalui Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) dimulai beberapa saat setelah tim yang dipimpin Enrico Fermi berhasil memperoleh reaksi nuklir berantai terkendali yang pertama pada tahun 1942. Reaktor nuklirnya sendiri sangat dirahasiakan dan dibangun di bawah stadion olahraga Universitas Chicago. Mulai saat itu manusia berusaha mengembangkan pemanfaatan sumber tenaga baru tersebut. Namun pada mulanya, pengembangan pemanfaatan energi nuklir masih sangat terbatas, yaitu baru dilakukan di Amerika Serikat dan Jerman. Tidak lama kemudian, Inggris, Perancis, Kanada, dan Rusia juga mulai menjalankan program energi nuklirnya.
Listrik pertama yang dihasilkan dari PLTN terjadi di Idaho, Amerika Serikat, pada tahun 1951. Selanjutnya pada tahun 1954 PLTN skala kecil juga mulai dioperasikan di Rusia. PLTN pertama di dunia yang memenuhi syarat komersial dioperasikan pertama kali pada bulan Oktober 1956 di Calder Hall, Cumberland. Sistem PLTN di Calder Hall ini terdiri atas dua reaktor nuklir yang mampu memproduksi sekitar 80 juta watt tenaga listrik. Sukses pengoperasian PLTN tersebut telah mengilhami munculnya beberapa PLTN dengan model yang sama di berbagai tempat (Akhadi Mukhlis, 2001).
2.3 Prinsip Kerja PLTN
Agar keamanan dapat terjamin sebuah reaktor harus dilengkapi dengan sarana pengontrol reaksi berantai dan sarana pendingin serta sarana pengolahan bahan bakar. Berbeda dengan reaksi kimia biasa, reaksi nuklir terjadi secara terus menerus atau berantai. Energi yang dihasilkan ditentukan dari kecepatan terjadinya pemecahan inti atom. Dalam mengontrol terjadinya reaksi ini, neutron yang mempunyai kecepatan tinggi harus diperlambat, hal ini dapat dilakukan dengan bahan yang disebut moderator. Beberapa contoh moderator adalah H2O (light water), D2O (heavy water, graphite), dan lain-lain. Selain itu ada pula yang dinamakan absorber yang berfungsi untuk menyerap neutron seperti Baron, Xenon, dan sebagainya. Dengan cara mengontrol kadar moderator kita dapat mengontrol reaksi nuklir (Akhadi Mukhlis, 2001).
Sarana lain yang tidak kalah pentingnya adalah pengontrol panas dari reaktor. Sebuah reaktor nuklir akan bekerja normal apabila berada dalam keseimbangan panas (thermal equilibrium). Biasanya masalah ini dapat ditanggulangi oleh bentuk dan struktur reaktor itu sendiri yang memungkinkan panas dapat dialirkan dan dihilangkan secara alamiah. Perubahan beban kerja akan mempengaruhi reaksi sehingga akan mempengaruhi panas yang terjadi. Tetapi selama perubahan ini terjadi secara perlahan-lahan keseimbangan panas reaktor akan tetap terjaga. Dalam desain permulaan harus diperhitungkan perubahan panas yang terjadi pada saat-saat darurat, dalam hal ini mungkin diperlukan tambahan alat pendingin. Bagian penting lainnya adalah sungkup reaktor. Bagian luar reaktor harus dibangun lapisan yang kuat, lapisan ini berfungsi untuk menjaga reaktor dari gangguan luar dan sekaligus untuk menjaga agar radiasi dapat dikurung di dalam sungkup reaktor saja apabila terjadi kebocoran dalam reaktor. Dalam desain seluruh sistim pengaman ini ada beberapa kriteria penting yang harus dipenuhi, misalnyae single falure criteria, dimana kegagalan satu bagian tidak boleh mengakibatkan kegagalan bagian lain, dan multi barrier concept atau sistem pengaman berlapis. Perkembangan teknologi modern yang pesat belakangan ini, terutama dalam bidang komputer adalah sangat besar artinya dalam menjamin terpenuhinya kriteria-kriteria ini. Kegagalan dapat saja terjadi, namun dengan bantuan komputer tiap kesalahan dapat dideteksi dengan cepat dan langkah-langkah yang perlu dapat diambil sedini mungkin untuk menghindari kegagalan total (Batan.go.id, 2010).Gambar 1 Prinsip Kerja PLTN
Panas yang digunakan pada PLTN untuk menghasilkan uap tidak dihasilkan dari pembakaran bahan fosil, tetapi dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam suatu reaktor nuklir. Tenaga panas tersebut digunakan untuk membangkitkan uap di dalam sistem pembangkit uap (steam generator) dan selanjutnya uap digunakan untuk menggerakkan turbin generator sebagai pembangkit tenaga listrik. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi. Proses pembangkitan listrik ini tidak membebaskan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dibuang ke lingkungan atau melepaskan partikel yang berbahaya seperti CO2, SO2, NOx ke lingkungan sehingga PLTN ini merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.
Berbagai usaha pengamanan dilakukan untuk melindungi kesehatan dan keselamatan masyarakat, para pekerja reaktor, dan lingkungan PLTN. Usaha ini dilakukan untuk menjamin agar radioaktif yang dihasilkan reaktor nuklir tidak terlepas ke lingkungan baik selama operasi maupun jika terjadi kecelakaan. Tindakan protektif dilakukan untuk menjamin agar PLTN dapat dihentikan dengan aman setiap waktu jika diinginkan dan dapat tetap dipertahanan dalam keadaan aman, yakni memperoleh pendinginan yang cukup. Untuk itu panas peluruhan yang dihasilkan harus dibuang dari teras reaktor karena dapat menimbulkan bahaya akibat pemanasan lebih pada reaktor.
Keselamatan terpasang dirancang berdasarkan sifat-sifat alamiah air dan uranium. Bila suhu dalam teras reaktor naik, jumlah neutron yang tidak tertangkap maupun yang tidak mengalami proses perlambatan akan bertambah sehingga reaksi pembelahan berkurang. Akibatnya panas yang dihasilkan juga berkurang. Sifat ini akan menjamin bahwa teras reaktor tidak akan rusak walaupun sistem kendali gagal beroperasi. PLTN mempunyai sistem pengaman yang ketat dan berlapis-lapis sehingga kemungkinan terjadi kecelakaan maupun akibat yang ditimbulkannya sangat kecil. Sebagai contoh, zat radioaktif yang dihasilkan selama reaksi pembelahan inti uranium sebagian besar > 99% akan tetap tersimpan di dalam matriks bahan bakar yang berfungsi sebagai penghalang pertama. Selama operasi maupun jika terjadi kecelakaan, kelongsongan bahan bakar akan berperan sebagai penghalang kedua untuk mencegah terlepasnya zat radioaktif tersebut keluar kelongsongan. Dalam hal zat radioaktif masih dapat keluar dari dalam kelongsongan, masih ada penghalang ketiga, yaitu sistem pendingin. Lepas dari sistem pendingin, masih ada penghalang keempat berupa bejana tekan dibuat dari baja dengan tebal ± 20 cm. Penghalang kelima adalah perisai beton dengan tebal 1,5-2 m. Bila zat radioaktif itu masih ada yang lolos dari perisai beton, masih ada penghalang keenam, yaitu sistem pengungkung yang terdiri dari pelat baja setebal ± 7 cm dan beton setebal 1,5-2 m yang kedap udara. Jadi selama operasi atau jika terjadi kecelakaan, zat radioaktif benar-benar tersimpan dalam reaktor dan tidak dilepaskan ke lingkungan. Jika masih ada zat radioaktif yang terlepas, jumlahnya sudah sangat diperkecil sehingga dampaknya terhadap lingkungan tidak berarti.
Gambar 2 Sistem Keselamatan Reaktor dengan Penghalang Ganda
Selama operasi PLTN, pencemaran yang disebabkan oleh zat radioaktif terhadap linkungan dapat dikatakan tidak ada. Air laut atau sungai yang dipergunakan untuk membawa panas dari kondesnsor sama sekali tidak mengandung zat radioaktif karena tidak bercampur dengan air pendingin yang bersirkulasi di dalam reaktor. Gas radioaktif yang dapat keluar dari sistem reaktor tetap terkungkung di dalam sistem pengungkung PLTN dan sudah melalui sistem ventilasi dengan filter yang berlapis-lapis. Gas yang dilepas melalui cerobong aktivitasnya sangat kecil (sekitar 2 milicurie/tahun), sehingga tidak menimbulkan dampak terhadap lingkungan (Batan.go.id, 2010).
Gambar 3 Penyimpanan Bahan Bakar Bekas dan Limbah Radioaktif
2.4 Dampak Pembangunan PLTN
Masyarakat pertama kali mengenal tenaga nuklir dalam bentuk bom atom yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki dalam Perang Dunia II tahun 1945. Sedemikian dahsyatnya akibat yang ditimbulkan oleh bom tersebut sehingga pengaruhnya masih dapat dirasakan sampai sekarang.
Kekhawatiran masyarakat terhadap PLTN bukanlah tanpa alasan, telah terjadi beberapa kecelakaan dalam skala kecil maupun besar. Pada tanggal 28 Maret 1979, telah terjadi kecelakaan yang relatif kecil di TMI (Three Mile Island)-AS, operator tidak menyadari bahwa mereka telah melakukan prosedur yang salah sehingga mengakibatkan reaktor terlalu panas dan akhirnya meleleh. Meskipun pada kecelakaan ini tidak terdapat korban jiwa, namun mempunyai arti yang sangat penting bagi industri nuklir. Sebelum kecelakaan itu, para ahli nuklir sangat yakin betul akan keamanan sebuah reaktor nuklir. Terjadinya kecelakaan ini telah membuka mata masyarakat luas dan para ahli bahwa kemungkinan terjadinya kecelakaan ternyata lebih besar daripada yang diperkirakan.
Kecelakaan terakhir dan terbesar terjadi pada tanggal 25-26 April 1986 di Chernobil, Uni Sovyet dahulu. Kecelakaan ini telah melibatkan secara langsung 135 ribu orang, 24.403 diantaranya dinyatakan terkena radiasi yang cukup berat, dan 29 orang menderita akibat yang fatal. Kecelakaan ini bermula dari rencana untuk mengadakan percobaan untuk mengetahui kemampuan reaktor dalam keadaan darurat. Kurangnya perencanaan matang dan belum mendapat ijin dari yang berwenang serta operator yang bertanggung jawab bukanlah seorang ahli dalam bidang nuklir, mengakibatkan reaktor tidak dapat dikontrol dengan baik.
Industri nuklir adalah industri yang paling banyak mencurahkan tenaga dan pikiran untuk masalah keamanan. Dari penelitian ahli, ditemukan satu titik persamaan bahwa salah satu penyebab utama dalam hampir semua kecelakaan adalah akibat faktor manusia. Hal ini mempunyai arti penting karena secara teori sebetulnya kecelakaan ini tidak semestinya terjadi. Dengan manajemen yang baik dan staf yang kompeten. Faktor ini dapat ditekan seminimal mungkin. Terjadinya kecelakaan telah membawa pengaruh yang besar terutama mencakup tiga kategori yaitu: perubahan datam perusahaan (institusi), peralatan (equipment), dan cara kerja (operasional). Termasuk dalam kategori yang ketiga ini adalah faktor manusia, operator training, dan kesiapsiagaan dalam keadaan darurat (emergency preparedness). Di samping faktor manusia, ditemukan pula bahwa terdapat kekurangan-kekurangan dalam desain yang dalam operasi normal tidak terlihat secara nyata, tetapi dalam keadaan darurat menyebabkan situasi menjadi sulit diatasi. Setelah menyadari hal ini industri nuklir terus meningkatkan kesempurnaan desain. Selain itu dibentuk badan yang khusus bertugas mengontrol keamanan reaktor. Secara luas kecelakaan ini telah mengubah seluruh struktur, manajemen, dan operasi dari industri nuklir.
Sebagai contoh adalah Commonwealth Edison Company, perusahaan listrik ketiga yang terbesar di Amerika Serikat yang 41% dari produksi listriknya dihasilkan dari reaktor nuklir telah memisahkan bagian yang bertanggung jawab akan reaktor dengan bagian dari perusahaan lainnya. Dengan tindakan ini diharapkan bahwa perusahaan dapat mengambil keputusan yang lebih cepat dan efektif. Selain itu, dalam ruang pengontrol telah ditambah dengan teknologi komputer yang dilengkapi dengan layar pengontrol yang lebih canggih. Dengan demikian setiap keadaan yang tidak normal dapat diketahui dan dianalisa dengan cepat dan cermat agar dapat diambil tindakan yang diperlukan dengan segera. Perubahan yang sangat penting adalah dalam program latihan (training program). Untuk menjadi operator dari sebuah reaktor nuklir kini dibutuhkan pendidikan khusus. Dalam program yang memakan waktu 3-10 tahun ini, seorang operator dilatih secara intensif di dalam maupun di luar kelas. Dengan peningkatan mutu latihan, diharapkan seorang operator dapat mengambil keputusan yang bijaksana dalam segala macam situasi darurat (id.wikipedia.org, 2010).
