Status PLTN dunia

Jenis-jenis reaktor daya yang digunakan untuk pembangkitan listrik

Fakta menarik mengenai PLTN

• Uji coba pemanfaatan tenaga nuklir untuk menghasilkan listrik dilakukan di Amerika Serikat pada 20 Desember 1951. Dalam uji coba ini, reaksi fisi dalam reaktor EBR-1 mampu menghasilkan energi untuk menyalakan 4 buah bola lampu.
• Pada 30 April 2002, reaktor Obnisk (tipe LWGR), dihentikan pengoperasiannya setelah 48 tahun (1954-2002) mensubsidi kebutuhan listrik di Rusia
• Reaktor Calder Hall yang berada di Sellafield-Inggris, adalah reaktor daya pertama yang mampu menghasilkan listrik berskala industri, yaitu sebesar 196 megawatt [untuk ukuran reaktor modern daya listrik yang dihasilkan sudah melebihi angka ini]. Reaktor ini dioperasikan pertama kali pada tahun 1956, dan di shut-down pada 31 Maret 2003 setelah beroperasi selama 40 tahun,.
• Reaktor Uterweser di Jerman (1350 MWe) sejak pertama kali beroperasi pada tahun 1978, telah menghasilkan lebih banyak listrik bila dibandingkan reaktor lainnya
• Reaktor Emsland (tipe PWR) di Jerman, mulai beroperasi pada tahun 1988 dengan faktor beban kumulatif (cummulative load factor) sebesar 93,3%. Reaktor ini mempelopori konsep life time performance, yang kemudian diterapkan oleh 2 raktor milik Korea Selatan, Wolsong-3 (tipe PHWR) dan Ulchin-4 (tipe PWR)
• Pada tahun 1994, reaktor Candu, Pickering-7, memecahkan rekor dunia dengan terus beroperasi selama 894 hari non stop. Proses penggantian bahan bakar dilakukan selama selang waktu tersebut
• Rekor yang sama juga berhasil dipecahkan oleh reaktor BWR, LaSalle-1 (1137 MWe) milik Amerika Serikat, dengan beroperasi non-stop tanpa penggantian bahan bakar [umumnya reaktor tipe LWR, harus di shut down untuk proses penggantian bahan bakar]. Selama 739 hari, reaktor akhirnya harus di matikan sementara untuk penggantian rutin bahan bakar, pada tanggal 2 Februari 2006
• Tahun 2008 faktor beban (load factor) reaktor Indian Point-3 (Amerika Serikat) mampu menembus angka 101, 8%. Reaktor ini kemudian didaulat sebagai reaktor dengan kinerja terbaik pada tahun 2008, di ikuti oleh reaktor Sequoyah-1 (Amerika Serikat) dan Fukushima II-1 (Jepang)
• Hingga juni 2009, tercatat 13.660 tahun operasi reaktor dan sudah menghasilkan 56.600 milyar kWh listrik bagi dunia
• Pada tahun 2008 total listrik yang dihasilkan dari nuklir adalah 2601 milyar kWh, atau sekitar 15% dari total listrik yang dihasilkan pada tahun tersebut

Fisi nuklir dan tipe-tipe reaktor

•  Seperti halnya pembangkit listrik termal, reaktor nuklir bekerja dengan menghasilkan panas yang kemudian digunakan untuk mendidihkan air. Uap panas yang dari proses pendidihan ini kemudian dialirkan untuk menggerakkan generator. Pada reaktor nuklir, panas proses dihasilkan melalui reaksi fisi nuklir.

• Uranium didalam elemen bakar ditembakkan dengan sebuah neutron sehingga mengalami pembelahan inti dan menjadi 2 inti baru diikuti dengan pelepasan energi panas, dan beberapa neutron. Neutron-neutron yang dihasilkan dari pembelahan ini akan menghasilkan reaksi fisi lainnya, sehingga terjadilah reaksi fisi berantai
• Neutron yang dilepaskan sebagai produk reaksi fisi, merupakan neutron cepat dan memiliki energi yang tinggi. Untuk dapat menghasilkan reaksi fisi lanjutan, neutron-neutron ini harus diperlambat oleh suatu material yang disebut moderator
• Pengendalian reaksi berantai dilakukan dengan menggerakkan maju-mundur komponen reaktor yang disebut batang kendali. Dari pergerakan ini, batang kendali akan menyerap neutron-neutron di dalam reaktor, sehingga reaksi fisi dapat diperlambat maupun dihentikan
•  Reaktor tipe BWR (Boiling Water Reactor atau reaktor air didih) dan PWR (Pressurised Water Reactor atau reaktor air bertekanan), atau yang lebih dikenal sebagai reaktor tipe LWR (Light Water Reactor atau reaktor air ringan), menggunakan air ringan (H20) baik itu sebagai pendingin maupun moderator.
•  Tipe PHWR (Pressurised Heavy Water Reactor atau reaktor air berat bertekanan) adalah reaktor yang menggunakan air berat (deutrium oksida) sebagai moderator. Tidak seperti LWR,  sirkuit pendingin dan moderator pada PHWR di buat terpisah. Dengan bahan pendingin dapat menggunakan air ringan maupun air berat.
• Uap panas pada reaktor PWR dihasilkan dengan tidak langsung yaitu dengan mengalirkan panas hasil reaksi melalui pendingin primer (tekanan yang tinggi menjaga agar pendingin tetap berwujud cair) ke pendingin sekunder sehingga diperoleh uap panas yang kemudian dialirkan untuk menggerakkan turbin.
• Pada reaktor BWR, uap panas dihasilkan secara langsung melalui proses pendidihan pendingin primer. Uap kemudian dipisahkan dari sisa air dalam reaktor dengan menggunakan pemisah uap yang ditempatkan ke atas inti, untuk kemudian dialirkan untuk memutar turbin.
• Dalam reaktor Candu PHWR, elemen bakar ditempatkan didalam sebuah tabung bertekanan dan pendinginan dilakukan secara individual. Tabung bertekanan ditempatkan di dalam sebuah tangki besar yang disebut calandria yang berisi moderator berupa air berat. Tidak seperti LWR, yang menggunakan uranium sedikit diperkaya (low enriched uranium), PHWR umumnya menggunakan bahan bakar dari uranium alam, atau terkadang hanya sedikit diperkaya.
• Reaktor tipe GCR (Gas Cooled Reactor atau reaktor berpendingin gas) dan AGR (Advance Gas Reactor atau reaktor gas maju ) menggunakan karbon dioksida sebagai pendingin dan grafit sebagai moderator. Seperti halnya PHWR, moderator grafit memungkinkan uranium alam (untuk GCR) atau low enriched uranium (pada AGR) sebagai  bahan bakar.
• Reaktor tipe LWGR (Light Water Graphite Reactor atau reaktor grafit berpendingin air ringan) menggunakan bahan bakar diperkaya dengan pendingin berupa air ringan, yang dikelilingi oleh moderator grafit. Tipe ini lebih sering disebut sebagai RBMK, yaitu reaktor pada kecelakaan PLTN Chernobyl (1986).
• Reaktor tipe FBR (Fast breeder Reactor atau reaktor pembiak cepat) adalah reaktor yang tidak menggunakan moderator dan berbahan bakar campuran plutonium oksida dan uranium. Inti reaktor dikelilingi oleh selubung uranium-238. Selubung uranium ini berfungsi untuk menyerap neutron yang berasal dari reaksi fisi di inti reaktor dan sehingga uranium akan berubah menjadi plutonium. Proses produksi plutonium ini lah yang dikenal sebagai proses pembiakan bahan bakar. Bahan pendingin menggunakan logam cair sodium yang tidak bersifat memoderasi dan tahan terhadap temperatur tinggi
• Tipe HTGR (High Temperatur Gas-cooled Reactor atau reaktor temperatur tinggi berpendingin gas) - belum di operasikan seacara komersil - merupakan pengembangan dari reaktor berpendingin gas tipe sebelumnya. Reaktor tipe ini menggunakan grafit sebagai moderator dan helium sebagai pendingin. HTGR didesain agar mencapai sistem keselamatan yang maksimal dengan menerapkan berbagai sistem keselamatan pasif. Bahan bakar reaktor dilapisi dengan keramik yang mampu bertahan pada suhu hingga 1600oC dan efisiensi pengoperasian dapat dicapai pada suhu 950oC. Gas helium selain dapat memutar turbin secara langsung untuk memproduksi listrik, dapat juga digunakan untuk menghasilkan panas proses untuk berbagai keperluan
• Ada dua tipe reaktor HTGR, diklasifikasikan berdasarkan bagaimana bahan bakar di susun menjadi bundel bahan bakar. Pada reaktor pebble bed, bahan bakar dan bahan moderator, di mampatkan dalam bentuk bola (pebble) berdiameter 6 cm. Bola-bola ini kemudian ditempatkan didalam silinder reaktor yang bagian bawahnya berbentuk seperti corong sebagai tempat keluarnya bahan bakar yang sudah habis terpakai. Sebagai pendingin digunakan gas helium yang dialirkan disela-sela tumpukan bola-bola keramik. Aliran tipikal dari pebble ini adalah satu pebble per menit. Alternatif desain dari HTGR adalah bahan bakar disatukan dalam blok-blok grafis (umumnya berupa prisma hexagonal) dalam berbagai konfigurasi, gas helium sebagai pendingin dialirkan dalam sela-sela antara blok-blok bahan bakar.
• Reaktor generasi terbaru didesain dengan kinerja maksimal, sistem keselamatan yang lebih maju, serta umur reaktor yang panjang (lebih ekonomis). Beberapa desain sedang dalam proses lisesensi dan direncanakan untuk mulai dibangun pada tahun 2020.
•  Walaupun reaktor saat ini didesain untuk menghasilkan daya yang melampaui 1000 Mwe, beberapa vendor PLTN juga terus mengembangkan reaktor berdaya kecil, yaitu hanya sekitar 10 Mwe

Kinerja bahan bakar nuklir

• Derajat bakar (burn-up), dapat diartikan jumlah megawatt harian per ton bahan bakar (MWd/t), mengindikasikan jumlah listrik yang dihasilkan dari sejumlah bahan bakar yang digunakan
• Saat ini, reaktor tipe PWR mampu beroperasi pada 40.000 MWd/t, dengan menggunakan uranium-235 diperkaya 4%
• Desain perakitan dan manajemen bahan bakar yang lebih maju, dikombinasikan dengan pengkayaan uranium hingga 5%, mampu memaksimalkan derajat bakar hingga mencapai 50.000 MWd/t -60.000 MWd/t
• Dengan derajat bakar sebesar 45.000 MWd/t, satu ton uranium alam dapat menghasilkan listrik yang setara dengan 17.000 – 20.000 ton batu bara hitam.

Catatan :

• Burn-up : derajat-bakar : Ukuran konsumsi bahan bakar reaktor. Dapat dinyatakan dalam: (1)   persentase atom yang mengalami fisi, (2)   banyaknya energi yang dihasilkan per satuan berat bahan bakar dalam reaktor.
• Load factor : faktor beban : Perbandingan antara beban rerata pembangkit listrik dalam jangka waktu tertentu dan beban puncak selama jangka waktu tersebut.