Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Kita dapat menghasilkan listrik melalui tenaga nuklir. Di stasiun tenaga nuklir, listrik dihasilkan melalui reaksi nuklir. Di sini, unsur radioaktif berat seperti Uranium (U235) atau Thorium (Th232) dipisahkan dalam proses fisi nuklir. Fisi ini dilakukan dalam perangkat khusus yang disebut reaktor.

Apa itu fisi nuklir?

Dalam proses fisi, inti atom radioaktif berat dipisahkan menjadi dua bagian hampir sama. Selama pemisahan inti ini, sejumlah besar energi dilepaskan. Pelepasan energi ini disebabkan oleh defek massa. Artinya, total massa produk awal akan berkurang selama fisi. Kerugian massa ini selama fisi diubah menjadi energi panas sesuai dengan persamaan terkenal yang ditetapkan oleh Albert Einstein.

Prinsip dasar stasiun tenaga nuklir sama dengan stasiun tenaga termal konvensional. Perbedaannya hanya pada penggunaan panas yang dihasilkan oleh pembakaran batubara, di sini di stasiun tenaga nuklir, panas yang dihasilkan oleh fisi nuklir digunakan untuk menghasilkan uap dari air di boiler. Uap ini digunakan untuk menggerakkan turbin uap.

Turbin ini adalah motor utama alternator. Alternator ini menghasilkan energi listrik. Meskipun ketersediaan bahan bakar nuklir tidak banyak, namun jumlah bahan bakar nuklir yang sangat sedikit dapat menghasilkan sejumlah besar energi listrik.

Ini adalah fitur unik dari stasiun tenaga nuklir. Satu kilogram uranium setara dengan 4500 metrik ton batubara berkualitas tinggi. Artinya, fisi lengkap 1 kilogram uranium dapat menghasilkan panas sebanyak yang dihasilkan oleh pembakaran lengkap 4500 metrik ton batubara berkualitas tinggi.

Oleh karena itu, meskipun bahan bakar nuklir jauh lebih mahal, biaya bahan bakar nuklir per unit energi listrik masih lebih rendah dibandingkan biaya energi yang dihasilkan melalui bahan bakar lain seperti batubara dan diesel. Untuk mengatasi krisis bahan bakar konvensional di era saat ini, stasiun tenaga nuklir dapat menjadi alternatif paling cocok.

Keuntungan Stasiun Tenaga Nuklir

1. Seperti yang telah kita katakan, konsumsi bahan bakar di stasiun tenaga ini sangat rendah, sehingga biaya untuk menghasilkan satu unit energi jauh lebih rendah dibandingkan metode pembangkitan tenaga konvensional lainnya. Jumlah bahan bakar nuklir yang diperlukan juga lebih sedikit.

2. Stasiun tenaga nuklir menempati ruang yang jauh lebih kecil dibandingkan stasiun tenaga konvensional lainnya dengan kapasitas yang sama.

3. Stasiun ini tidak memerlukan banyak air, sehingga tidak perlu membangun stasiun dekat sumber air alami. Ini juga tidak memerlukan jumlah bahan bakar yang besar, sehingga tidak perlu membangun stasiun dekat tambang batubara atau tempat dengan fasilitas transportasi yang baik. Karena itu, stasiun tenaga nuklir dapat dibangun sangat dekat dengan pusat beban.

4. Ada deposit bahan bakar nuklir yang besar di seluruh dunia, sehingga stasiun-stasiun ini dapat memastikan pasokan energi listrik yang berkelanjutan selama ribuan tahun mendatang.

Kerugian Stasiun Tenaga Nuklir

1. Bahan bakar tidak mudah didapatkan dan sangat mahal.

2. Biaya awal untuk membangun stasiun tenaga nuklir sangat tinggi.

3. Pemasangan dan komisioning stasiun ini jauh lebih rumit dan canggih dibandingkan stasiun tenaga konvensional lainnya.

4. Produk sampingan fisi bersifat radioaktif, dan dapat menyebabkan polusi radioaktif yang tinggi.

5. Biaya pemeliharaan lebih tinggi dan tenaga kerja yang diperlukan untuk menjalankan stasiun tenaga nuklir cukup tinggi, karena membutuhkan orang-orang yang terlatih secara khusus.

6. Fluktuasi beban tiba-tiba tidak dapat diatasi secara efisien oleh stasiun nuklir.

7. Karena produk sampingan reaksi nuklir bersifat sangat radioaktif, penanganan limbah ini menjadi masalah besar. Limbah ini hanya dapat dibuang jauh di dalam tanah atau di laut jauh dari pantai.

Komponen-Komponen Stasiun Tenaga Nuklir

Stasiun tenaga nuklir memiliki empat komponen utama.

1. Reaktor nuklir

2. Penukar panas

3. Turbin uap

4. Alternator

Mari kita bahas komponen-komponen ini satu per satu:

Reaktor Nuklir

Di dalam reaktor nuklir, Uranium 235 mengalami fisi nuklir. Reaksi rantai yang dimulai saat fisi dikendalikan. Reaksi rantai harus dikendalikan, jika tidak laju pelepasan energi akan cepat, ada kemungkinan ledakan yang tinggi. Dalam fisi nuklir, inti bahan bakar nuklir seperti U235 dibombardir oleh aliran lambat neutron. Akibat pembombardiran ini, inti Uranium pecah, yang menyebabkan pelepasan energi panas yang sangat besar dan selama pemecahan inti, beberapa neutron juga dipancarkan.

Neutron-neutron yang dipancarkan ini disebut neutron fisi. Neutron fisi ini menyebabkan fisi lebih lanjut. Fisi lebih lanjut menciptakan lebih banyak neutron fisi yang kembali mempercepat laju fisi. Ini adalah proses kumulatif.

Jika proses tidak dikendalikan, dalam waktu singkat laju fisi menjadi sangat tinggi, akan melepaskan energi yang sangat besar, bisa terjadi ledakan yang berbahaya. Reaksi kumulatif ini disebut reaksi rantai. Reaksi rantai hanya dapat dikendalikan dengan menghilangkan neutron fisi dari reaktor nuklir. Kecepatan fisi dapat dikendalikan dengan mengubah laju penghapusan neutron fisi dari reaktor.

Reaktor nuklir adalah wadah tekanan silinder. Batang-batang bahan bakar terbuat dari bahan bakar nuklir yaitu Uranium, yang biasanya dibungkus dengan grafit sebagai moderator. Moderator melambatkan neutron sebelum bertabrakan dengan inti Uranium. Batang kontrol terbuat dari kadmium karena kadmium adalah penyerap neutron yang kuat.

Batang kontrol dimasukkan ke dalam ruang fisi. Batang kadmium ini dapat ditekan turun dan ditarik naik sesuai kebutuhan. Ketika batang ini ditekan cukup, sebagian besar neutron fisi diserap oleh batang ini, sehingga reaksi rantai berhenti. Ketika batang kontrol ditarik naik, ketersediaan neutron fisi menjadi lebih banyak yang meningkatkan laju reaksi rantai.

Oleh karena itu, jelas bahwa dengan menyesuaikan posisi batang kontrol, laju reaksi nuklir dapat dikendalikan dan akibatnya, pembangkitan energi listrik dapat dikendalikan sesuai permintaan beban. Dalam praktik, dorongan dan tarikan batang kontrol dikendalikan oleh sistem umpan balik otomatis sesuai kebutuhan beban. Tidak dikendalikan secara manual. Panas yang dilepaskan selama reaksi nuklir dibawa ke penukar panas dengan pendingin yang terdiri dari logam natrium.

Penukar Panas

Di dalam penukar panas, panas yang dibawa oleh logam natrium dilepaskan ke air dan air diubah menjadi uap bertekanan tinggi. Setelah melepaskan panas ke air, pendingin natrium kembali ke reaktor melalui pompa sirkulasi pendingin.

Turbin Uap

Di stasiun tenaga nuklir, turbin uap memainkan peran yang sama seperti di stasiun tenaga batubara. Uap menggerakkan turbin dengan cara yang sama. Setelah melakukan tugasnya, uap buang masuk ke kondensor uap di mana uap tersebut dikondensasi untuk memberikan ruang bagi uap di belakangnya.

Alternator