Makalah Ilmiah

Analisa Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

di Kota Makassar

Oleh :

Muhammad Fauzi Mustamin (H21113505)

Ruzaini H Abidin (H21113311)

Fidelis Sarwogebi Nyllan (H21113321)

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Hasanuddin

Makassar

2014

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Energi merupakan salah satu kebutuhan utama dalam kehidupan manusia. Peningkatan

kebutuhan energi dapat merupakan indikator peningkatan kemakmuran, namun bersamaan

dengan itu juga menimbulkan masalah dalam usaha penyediaannya.

Salah satu alternatif yang adapt digunakan sebagai pembangkit energi adalah pemanfaatan energi

nuklir. Tenaga nuklir ini digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang relatif lebih murah,

aman, dan tidak mencemari lingkungan sekitar.

Hingga tahun 2010 diseluruh dunia, baik negara maju maupun berkembang telah dioperasikan

sebanyak 438 unit PLTN tersebar di 30 negara dengan kontribusi sekitar 18 % dari pasokan

tenaga listrik dunia dengan total pembangkitan dayanya mencapai 374 MWe. Sementara itu 143

PLTN dalam tahap konstruksi di 24 negara, dengan Negara terbanyak yang membangun PLTN

adalah China 36 unit, India 20 unit, dan Rusia 16 unit. Selain yang memasuki tahap konstruksi,

344 PLTN lainnya di dunia sedang dalam tahap perencanaan (BATAN,2011).

Dari pemaparan singkat tentang energi nuklir diatas, maka kami mahasiswa dari kelompok VII

dalam kelas energi terbarukan, semester ganjil 2014-2015, Prodi Fisika Universitas Hasanuddin,

mengambil materi tentang pembangkit energi dengan memanfaatkan tenaga nuklir dengan

mengambil sampel kasus untuk menyuplai sebuah kota sekelas kota Makassar.

I.2 Ruang Lingkup

Makalah ini memfokuskan aspek kajiannya pada Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir tipe Reaktor

Air Tekanan atau Pressure Water Reactor (PWR) dengan bahan bakar Uranium dengan isotope

235 (U-235). Adapun wilayah analisanya adalah Kota Makassar dan sekitarnya.

I.3 Tujuan

1. Memahami konsep kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir.

2. Mengetahui besar daya yang dihasilkan dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir.

3. Menganalisa pengadaan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir di Kota Makassar

BAB II

LANDASAN TEORI

II.1 Kriteria Penentuan Jenis PLTN

Meskipun yang dibutuhkan dalam reaksi berantai hanyalah jumlah bahan bakar inti, terdapat

banyak kombinasi material dan cara penyusunannya untuk membangun sebuah PLTN dan

beroperasi dengan baik. Beberapa tipe reaktor telah coba digunakan sejak 1942, ketika reaktor

pertama mulai beroperasi. Pengalaman dari berbagai konsep reaktor telah membawa beberapa

pilihan yang dapat digunakan dalam menentukan kriteria reaktor yang tepat seperti ekonomis,

reliability, dan kebutuhan masyarakat sekitar (Murray dkk,2009).

Skema klasifikasi secara umum untuk reaktor telah berkembang terkait perbedaan dari fitur-fitur

yang sesuai dengan kebutuhan suatu wilayah. Berikut beberapa kriteria yang menjadi dasar

dalam pemilihan jenis PLTN yang akan dibuat (Murray dkk,2009) :

a. Tujuan Pengadaan

Banyak reaktor dalam pengoperasiannya memiliki tujuan sesuai dengan kebutuhan

komersial daya listrik. Tipe lain menyediakan pelatihan ataupun penelitian tentang

radiasi, dan juga dapat digunakan sebagai tenaga penggerak bagi kapal biasa ataupun

kapal selam.

a. Energi Neutron

Sebuah reaktor cepat merupakan tempat dimana neutron berada pada range energi 0,1

sampai 1 MeV, sedikit dibawah dari energi neutron pada proses fisi. Neutron berada pada

keadaan energi tetap karena ada sedikit material yang relatif membuatnya melambat.

b. Moderator dan pendingin

Pada banyak reaktor, suatu substansi menyediakan dua fungsi; sebagai moderator

pelambatan neutron dan untuk melepas produksi panasnya. Adapun yang lain memakai

material berbeda untuk reaktor dan pendinginnya. Material yang sering digunakan adalah

sebagai berikut :

Tabel 2.1 Jenis Moderator dan Pendingin (Murray dkk,2009)

Moderator Pendingin

Air Ringan

Air Berat

Grafit

Berilium

Air Ringan

Karbon Dioksida

Helium

Soduim Liquid

c. Bahan Bakar

Uranium dengan kadar U-235 merupakan bahan yang sering digunakan pada reaktor pada

umumnya, dengan penyuburannya (enrichment) bergantung pada kemampuan material

penyerap yang ada. Plutonium berperan sebagai bahan bakar untuk reaktor pembiak cepat

(fast breeder) dan dapat didaur ulang untuk reaktor termal. Beberapa reaktor dibangun

dengan penybur Th-232, dan serpihan U-233. Bahan bakarnya memiliki bentuk yang

bervariasi secara fisik sebah logam, atau campuran logam seperti alumunium, atau

senyawa oksida UO2 atau karbit UC.

d. Penataan

Pada reaktor modern, bahan bakarnya terisolasi dari pendingin yang biasa disebut dengan

heterogeneous arrangement. Alternatifnya adalah hasil gabungan homogen moderator

dengan bahan bakar dan pendingin.

e. Struktur Material

Fungsi pendukung, penyimpanan produksi fisi, dan konduksi panas dihasilkan oleh

logam yang bervariasi. Contoh utama adalah alumunium, stainless steel, dan ziracoly,

sebuah campuran dari zirconuium.

II.2 Jenis PLTN

Dengan memperhatikan letak dari fitur-fitur pada rekator, konsep dari reaktor tersebut dapat

diidentifikasi. Beberapa tipe reaktor yang paling menjanjikan dan banyak digunakan adalah

sebagai berikut (Murray dkk,2009) :

a. Pressured water reactor (PWR), sebuah reaktor termal dengan air ringan pada tekanan

dan temperature tinggi yang berperan sebagai moderator-pendingin, dan sebuah

penataan yang heterogen dengan sedikit diperkaya dengan bahan bakar uranium.

b. Boiling water reactor (BWR), hamper sama dengan PWR kecuali tekanan dan

temperature pendingin yang rendah.

c. Canadaian deuterium uranium (CANDU), yang menggunakan moderator air berat

dan uranium alami yang dapat diganti selama pembangkit beroperasi.

d. Liquid metal fast breeder reactor (LMFBR), tanpa moderator, pendinginnya berupa

sodium liquid, dan bahan bakarnya plutonium, dikelilingi oleh uranium murni.

Tabel dibawah memperlihatkan pembangkit listrik tenaga nuklir di penjuru dunia. Di Amerika

Serikat, terdapat 68 PWR dan 35 BWR yang beroperasi. Semua gas-cooled reactor berlokasi di

Inggris, sementara semua moderator dengan grafit dan LMFBR berada di Rusia (Murray

dkk,2009).

Tabel 2.2 Gambaran PLTN di seluruh dunia (Murray dkk,2009)

II.3 Reaktor Air Ringan

Reaktor dengan skala besar yang dignuakan untuk energi panas yang kemudian dikonversi

menjadi listrik memiliki rangkaian yang tidak sederhana. Untuk mengilustrasikannya, kita dapat

mengidentifikasi komponen dan fungsinya dari PWR. Gambar 2.1 memberikan indikasi besar

dari setiap bagian. Bahan bakar di instalasi kedalam PWR terdiri dari pellet silinder yang sedikit

diperkaya dengan uranium oxide (UO2) dengan diameter kira-kira 3/8 in (~1cm) dan panjang

kira-kira 0.6 in (~1.5cm). Sintering, proses tekanan-temperatur tinggi, memadatkan bubuk UO2

untuk mencapai kerapatan kira-kira 95% secara teori di dalam pellet. (Murray dkk,2009).

Gambar 2.1 Konstruksi Reaktor

Batang kendali (control rods) terdiri dari boron karbit atau sebuah campuran cadmium, silver,

dan indium, menghasilkan kemampuan untuk merubah nilai dari penyerapan neutron. Untuk

PWR, batang kendalinya dimasukkan kedalam pin bahan bakar kosong dan secara magnetik

terhubung dengan mekanisme penggerak. Vessel tekanannya kemudian dipenuhi air ringan, yang

berperan sebagai moderator neutron, sebagai pendingin untuk menghilangkan panas dari raksi

fisi, dan juga sebagai reflector, lapisan dari material yang mengelilingi inti membantu

mengurangi neuotron yang keluar (Murray dkk,2009).

Gambar 2.2 Rangkaian bahan bakar PWR

Sesuai dengan diagram reaktor vessel pada gambar 2.3, reaktor daya mengandung peralatan

seperti spacers untuk mempertahankan banyak batang yang terpisah; penguat struktur inti;

pencegah arus langsung dari pendingin secara efektif; pemandu, pengunci, dan penggerak untuk

batang pengontrol; memandu tabung dan arus listrik untuk instrument pendeteksi neutron; serta

menjaga operasi dari tekanan yang tinggi (Murray dkk,2009).

Gambar 2.3 Reaktor Vessel

Gambar 2.4 memperlihatkan diagram alir dari reaktor tipe PWR. Pendingin primer mengalir

kedalam reaktor tekanan vessel (RPV) melalui sebuah inlet nozzle dan kemudian diarahkan

kebawah sehingga airnya masuk ke dalam dasar inti. Setelah menyerap panas dari reaksi fisi,

pendingin keluar dari RPV dan mencapai generator uap. Kemudian panasnya di transferkan ke

secondary system untuk menghasilkan uap, pendingin reaktor memompa kembali air primer ke

RPV. Pembangkit listrik terdiri dari simpul primer, sehingga reaktornya terhubung dengan 2, 3,

atau 4 generator uap dan sistem reaktor pendingin (RCS) (Murray dkk,2009).

Gambar 2.4 Diagram alir sistem PWR

II.4 Reaksi Fisi Nuklir

Peristiwa pecahnya inti suatu atom menjadi dua atau tiga buah inti atom lain yang lebih ringan

disebut fisi. Proses reaksi biasanya berawal dari penetrasi partikel elementer neutron ke dalam

inti atom yang kemudian menjadi tidak stabil dan akhirnya pecah menjadi dua inti atom lain

yang disebut produksi fisi. Selain produksi fisi, biasanya dilepaskan pula beberapa buah neutron

(n), energi dalam, dan radiasi gamma (Murray dkk, 2009).

Gambar 2.5 Reaksi Fisi

Apabila satu neutron (dihasilkan dari sumber neutron) tertangkap oleh inti atom U-235, inti

atom akan terbelah menjadi 2 atau3 bagian/fragmen. Energi yang semula mengikatkan

fragmen tersebut diubah menjadi energi kinetik sehingga mereka bergerak dalam kecepatan

tinggi. Karena fragmen-fragmen itu berada dalam struktur kristal uranium maka

gerakannya akan diperlambat (Murray dkk ,2009).

Persamaan reaksi nuklir fisi dihasilkan dari penyerapan neutron pada U-235 dapat ditulis dalam

formasi umum :

92235 + 0

1 111 + 22

2 + 01 + ...(2.1)

Dengan F1 dan F2 adalah hasil fragmen dari proses fisi uranium yang ditembakkan neutron. Satu

contoh, dimana reaksi fisinya menghasilkan fragmen isotop krypton dan barium :

92235 + 0

1 3690 + 56

144 + 2 01 + .(2.2)

Besarnya energi yang dihasilkan dari suatu proses fisi, dimana pada kasus kita adalah sebagai

pembangkit listrik, dapat diformulasikan secara umum dengan :

= [(235 + ) (1 + 2 + )]2...(2.3)

Dengan satuan energi yang dihasilkan adalah joule. Dimana konversi 1 = 1,602 1013 .

Efisiensi yang dari bahan bakar nuklir yang digunakan saat reaksi fisi ditentukan oleh factor

reproduksi yang didefinisikan :

= /....(2.4)

Dengan melambangkan thermal microscopic cross section dengan menyatakan capture dan

menyatakan fission.

Setiap reaksi fisi menghasilkan energi = 190 . Sehingga jumlah fisi yang dibutuhkan

untuk menghasilkan 1 W.s energi adalah

1

= (

1

190 ) (

1

1.602 1013 ) = 3.29 1010

.(2.5)

Setiap reaksi fisi membutuhkan bahan bakar satu atom untuk dibakar. Setiap satu hari

pengoperasian reaktor per megawatt daya termal (MWt), jumlah inti U-235 yang dibakar dalam

reaksi fisi adalah :

(106

) (

3.29 1010

.) (

86.400

) = 2.84 1021

..(2.6)

Jumlah atom yang dikonsumsi dalam reaktor lebih besar dari factor / karena reaksi

penangkapan radiasi.

II.5 Pembuatan Bahan Bakar Reaktor

Bahan bakar utama reaktor nuklir saat ini adalah nuklida U-235 yang bisa ditambang dari alam.

Uranium alam tersusun atas U-238, U-235, dan U-234 dengan komposisi 99,2%, 0,71%, dan

0,005% (berat). Pembuatan bahan bakarnya membutuhkan beberapa tahapan proses. Bijih

uranium hasil tambang diolah menjadi tepung U3O8 yang biasa disebut yellow cake yang

kemudian dikonversi menjadi uranium hexaflorida (UF6) dengan kandungan U-235 0,7% dari

total uranium (Peryoga,2007).

Kebanyakan reaktor nuklir menggunakan bahan bakar dengan kandungan U-235 sekitar 3%-5%,

sehingga kandungan U-235 dalam UF6 harus diperkaya, misalnya melalui proses sentrifugal gas.

Proses ini memanfaatkan massa U-235 yang lebih ringan daripada U-238. Pada proses ini gas

UF6 diputar dengan kecepatan supersonik sehingga gas UF6 dengan kandungan U-235 yang lebih

banyak relatif akan berada ditengah tabung pemutar sentrifugal sefangkan gas UF6 dengan

kandungan U-235 yang sedikit akan berada disisi tabung (Peryoga,2007).

Gambar 2.6 Proses Uranium Enrichment

Gas UF6 dengan kandungan U-235 sekitar 3-5% kemudian dikonversi menjadi tepung UO2. Pada

proses selanjutnya, tepung UO2 ini akan dimampatkan menjadi bentuk silinder pejal dengan

tinggi 10 mm dan lebar 8 mm yang disebut pellet. Pellet-peellet ini kemudian disusun dalam

cladding berupa silinder logam setinggi 4 m. Susunan ini disebut batang bahan bakar (fuel rod).

Kemudian disusun lagi menjadi elemen bahan bakar, yang kembali mengalami penyusunan di

dalam bejana reaktor untuk membentuk inti reactor (Peryoga,2007).

Gambar 2.7 Skema Alur Pembuatan Bahan Bakar Nuklir

BAB III

KERANGKA PROYEK & RINCIAN ANGGARAN

III.1 Kerangka Proyek

Gambar 3.1 Kota Makassar (Google, 2014)

Dalam proyek yang kami rencanakan, sampel proyeknya mengambil kebutuhan listik di Kota

Makassar. Mengingat dengan energi nuklir yang menjadi sumber bahan bakarnya, merupakan

sumber bahan bakar yang paling efisien jika dibandingkan dengan batu bara dan gas alam. Hal

ini juga akan sangat membantu bagi terjaganya sumber daya fossil yang masih sangat

dibutuhkan, utamanya bagi industri rumahan dan untuk kendaraan.

Melihat kondisi Kota Makassar sekarang, lokasi yang strategis dalam pembangunan PLTN ini

dapat dilakukan disekitar wilayah pinggiran kota, seperti daerah perbatasan Makassar-Gowa

yang relatif masih memiliki lahan yang cukup tersedia disamping juga sebagai mengurangi risiko

yang bisa saja terjadi.

III.2 Analisa Kebutuhan Listrik di Kota Makassar

Berikut adalah table kebutuhan energi di Kota Makassar, mengacu pada data dari Badan Pusat

Statistik kota Makassar pada tahun 2011.

Tabel 3.1 Kebutuhan Listrik Kota Makassar Tahun 2011 (Nadya,2012)

No. Unit/Cabang Pelanggan

(Buah)

Daya

Tersambung

(VA)

Energi Terjual

(Kwh)

1. Kantor Cabang - - 19.795.010

2. Rayon Makassar Utara 64.254 201.441.900 417.624.945

3. Rayon Makassar Selatan 92.819 171.358.125 377.648.875

4. Rayon Makassar Timur 69.000 147.298.400 305.023.238

5. Rayon Makassar Barat 32.461 84.839.950 178.102.330

6. Sub Ranting Baranglompo 678 398.900 462.557

7. Sub Ranting Kodingareng 681 344.300 602.393

8. Lisdes Lae-Lae 205 191.200 127.850

Jumlah

2010 260.098 605.872.775 1.299.387.198

2009 241.396 559.639.875 1.172.533.660

2008 240.027 547.440.075 99.585.752

III.3 Analisa Kebutuhan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Kita merencanakan menggunakan U-235 sebagai bahan bakar. Dimana sesuai dengan persamaan

2.6, jumlah atom U-235 yang dibutuhkan adalah 2.84 1021 untuk setiap megawatt perharinya.

Namun karena adanya efisiensi / , jumlah atomnya menjadi :

(2,84 1021

. )

= (2,48 1021) (582,6 + 98.3

582,6) = 3,32 1021

.

Sementara untuk menghitung massa yang dibutuhkan, jumlah atom tadi haruslah dikalikan lagi

dengan bilangan Avogadro, sehingga :

(3,32 1021

. ) (235/)

6,022 1023/= 1,3 /.

Mengacu pada table kebutuhan listrik Kota Makassar di atas, dengan mengambil kebutuhan

listrik pertahun sekitar 1.300.000.000 kWh atau 1.300 MWt setiap tahunnya, massa U-235 yang

dibutuhkan setiap harinya sekitar :

235 = (1300

360) 1,3 /. = 4,694 /

Atau untuk satu tahun, 4,694 360 = 1.689,84 1,7 untuk membuhi kebutuhan Kota

Makassar. Bandingkan dengan batu bara dengan daya yang dihasilkan sekitar 6.000 /

atau untuk memenuhi kebutuhan Kota Makassar sesuai dengan data di atas, membutuhkan

226.666,6 ton baru bara pertahunnya.

III.4 Rincian Dana

Pembangunan PLTN tentulah membutuhkan biaya yang cukup besar, namun akan sangat jauh

biaya yang dibutuhkan untuk memperoleh bahan bakar yang dibutuhkan saat PLTN telah

beroperasi dibandingkan dengan pembangkit listrik yang lain.

Menurut Nuclear Technology Review 2009, IAEA, Vienna 2009, biaya sesaat untuk

pembangunan PLTN adalah sekitar 2.000 US$/kWh, atau untuk daerah Makassar dengan

kebutuhan listrik 1.300.000.000 kWh, dana yang dibutuhkan sekitar 2,6 Triliun US$

(BATAN,2011).

Dengan berpedoman pada data tersebut diatas, menurut BATAN, dengan asumsi pembangunan

PLTN menghabiskan dana 2.000 US$/kWh, maka harga listrik PLTN akan berkisar antara

4,8sen$/kWh (BATAN,2011).

BAB IV

PENUTUP

IV.1 Kesimpulan

Pembangkit listrik tenaga nuklir lebih efisien dibandingkan dengan sumber energi sumber fosil

seperti batu bara. Sebagai perbandingan, uranium sebagai sumber energi nuklir membutuhkan

1,7 ton untuk memenuhi kebutuhan listrik kota Makassar selama setahun, sedangkan jika

menggunakan batu bara membutuhkan 226.666,6 ton.

Biaya pembangunan PLTN membutuhkan dana sekitar 2,6 Triliun US$. Dibutuhkan persiapan

yang benar-benar matang serta kerja sama dari berbagai pihak untuk merealisasikan pembangkit

listrik tenaga nuklir.

IV.2 Saran

Makalah ini dapat dijadikan sebagai acuan dimasa yang akan datang, saat pemerintah kota

Makassar mulai mempertimbangkan pembangunan PLTN. Mengingat visi kota Makassar yang

menuju kota dunia, pembangunan PLTN tentulah sangat sinkron dengan visi besar tersebut.

Berkaca pada kota-kota besar di belahan dunia telah banyak yang menggunakan PLTN sebagai

sumber energi untuk memenuhi kebutuhan masyarakat kota tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

BATAN. 2011. Pengenalan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Jakarta : Pusat

Diseminasi Iptek Nuklir.

Murray, Raymond & Holbert, Keith,. 2009. Nuclear Energy. Oxford : Elsevier

Nadya Ahsani, Andi. 2012. Analisis Faktor-faktor yang Mempengaruhi Permintaan Listrik

Rumah Tangga di Kota Makassar. Skripsi. Program Studi Ilmu Ekonomi. Universitas

Hasanuddin.

Peryoga, Yoga, dkk. 2007. Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir. Jakarta : Kementrian

Riset dan Teknologi.

Google. 4 Desember 2014. https://www.google.com/maps/ @-

5.144074,119.444018,50721m/data=!3m1!1e3