Sistem Tenaga Listrik

SISTEM TENAGA LISTRIK

Salah satu cara yang paling ekonomis, mudah dan aman untuk

mengirimkan energi adalah melalui bentuk energi listrik. Pada

pusat pembangkit, sumberdaya energi primer seperti bahan bakar

fosil (minyak, gas alam, dan batubara), hidro, panas bumi dan

nuklir diubah menjadi energi listrik. Sumber daya energi

digunakan untuk menggerakkan turbin menjadi energi mekanis,

kemudian turbin menggerakkan generator, dan generator

menghasilkan listrik. Pada prinsipnya apabila suatu penghantar

diputar memotong garis-garis gaya medan magnet yang diam maka

pada penghantar tersebut akan timbul Electro Motor Force (EMF)

atau Gaya Gerak Listrik (GGL). Energi mekanis dapat dibangkitkan

dari bermacam-macam sumber daya energi.

Untuk mendapatkan energi listrik dari energi primer dikenal 2

cara yaitu :

o Pembangkit listrik yang konvensional, pembangkit untuk

mendapatkan energi listrik dari energi primer menggunakan

media perantara (turbin air, turbin uap, turbin gas, motor

bakar).

o Pembangkit listrik yang nonkonvensional, pembangkit untuk

mendapatkan energi listrik dari energi primer langsung tanpa

menggunakan media perantara.

Berikut ini macam-macam metode pembangkitan tenaga listrik:

Macam-macam Pembangkit Listrik

1. Pembangkit Listrik Tenaga Air ( PLTA )

2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap ( PLTU )

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ismail Muchsin ST., MT.

ELEKTRONIKA & TENAGA LISTRIK 1

3. Pembangkit Listrik Tenaga Gas ( PLTG )

4. Pembangkit Listrik Tenaga Gas & Uap ( PLTGU )

5. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel ( PLTD )

6. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi ( PLTP )

7. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir ( PLTN )

1. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

Salah satu pembangkit yang murah dan populer di dunia

adalah pembangkit bertenaga air. Di wilayah yang bergunung-

gunung dengan banyak sumber air, di Indonesia berarti wilayah

seperti Jawa, Sumatera, atau Sulawesi, pembangkit listrik sangat

ideal. Pembangkit listrik ini biasanya disatukan dengan proyek

waduk yang digunakan untuk pertanian dan penanggulangan banjir.

Jangan bayangkan pembangkit listrik ini menggunakan kincir model

kuno, yang bentuknya seperti roda dengan air melaju di atasnya.

sebagian besar pembangkit listrik menggunakan turbin. Air

disalurkan ke bawah. Di sana sudah siap turbin jumlahnya bisa

puluhan di satu waduk yang menggerakkan generator.



2

3

4

5 6

7

8 9

10

11

1. Sungai / Kolam :Tempat penampungan air

2. Intake : Sebagai pintu masuk air dari sungai

3. Katup pengaman : Katup pengatur intake

4. Headrance tunnel

5. Surge tank : Pengaman tekanan air yang tiba-tiba naik saat katup

pengatur ditutup

6. Penstock

7. Main stop valve

8. Turbin : Berfungsi mengubah energi potensial

air menjadi gerak.

9. Generator : penghasil tenaga listrik

10. Main transformer

11. Transmission line : penyalur ke konsumen

2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap ( PLTU )

Bahan bakar berupa minyak, gas, batubara dibakar untuk

memanaskan air yang ada didalam boiler atau ketel sampai

menghasilkan uap. Uap yang terbentuk ditampung sampai mencapai



suhu dan tekanan yang didinginkan kemudian baru dialirkan untuk

menggerakkan turbin uap. Turbin uap ini akan menggerakkan sebuah

generator yang akan menghasilkan tenaga listrik. Uap yang

meninggalkan turbin didinginkan dalam kondensor, kemudian air

yang meninggalkan kondensor dipompa kembali ke boiler.

Skema pembangkit listrik tenaga uap dapat dilihat pada gambar

berikut:

1. Circulating water pump : untuk mencampur air

2. Desalination evaporator

3. Destilate pump

4. Make up water tank

5. Denim water tank

6. Condensor : mengembunkan uap menjadi cair

7. Low heater pressure

8. Deserator : untuk mendapatkan tambahan air akibat

kebocoran dan juga

mengolah air agar memenuhi mutu air ketel (NaCl,

ClO2 & PH)

9. Boiler feed pump



1

2

3

45 6

7

8910

11

12

13

151

4

23

16

17

21

22

18

20 1

9

2625

24

27

10. High pressure heater

11. economizer

12. Steam drum

13. Boiler

14. Super heater

15. Steam turbin

16. Burge / kapak : alat pengangkut bahan bakar

minyak

17. Pumping house

18. Fuel oil tank

19. Fuel oil heater

20. Burner

21. Forced draught fan : menghasilkan udara untuk

pembakaran

22. Air heater : pemanas udara

23. Smoke stack : membuang sisa gas

24. Generator


26. Switch yard

27. Transmission line

3. Pembangkit Listrik Tenaga Gas ( PLTG )

Sistem PLTG menggunakan prinsip siklus Brayton yang dibagi

atas siklus terbuka dan siklus tertutup. Pada siklus terbuka,

fluida kerja adalah udara atmosfer dan pengeluaran panas di

atmosfer karena gas buang dari turbin dibuang ke atmosfer.

Gambar berikut menunjukkan sistem dan siklus kerja Brayton:



1. Burge / kapal : pengangkut bahan bakar

2. Pumping house

3. Fuel pump

4. Electric diesel motor

5. Air filter : penyaring udara agar partikel debu tidak masuk

kedalam kompresor

6. Compressor : menaikkantekanan udara untuk dibakar

bersama bahan baker

7. Combustion system : membakar bahan baker dan udara serta

menghasilkan gas bersuhu dan bertekanan tinggi yang

berenergi

8. Gas turbin : mengubah energi gas menjadi energi gerak yang

memutar generator.

9. Stac / cerobong asap : membuang sisa gas panas dari turbin

10. Generator

11. Main Transformer

12. Switch yard


14. Gas

4. Pembangkit Listrik Tenaga Gas & Uap ( PLTGU )



PLTGU merupakan suatu instalasi peralatan yang berfungsi

untuk mengubah energi panas (hasil pembakaran bahan bakar dan

udara) menjadi energi listrik yang bermanfaat. Pada dasarnya,

sistem PLTGU ini merupakan penggabungan antara PLTG dan PLTU.

PLTU memanfaatkan energi panas dan uap dari gas buang hasil

pembakaran di PLTG untuk memanaskan air di HRSG (Heat Recovery

Steam Genarator), sehingga menjadi uap jenuh kering. Uap jenuh

kering inilah yang akan digunakan untuk memutar sudu (baling-

baling)Gas yang dihasilkan dalam ruang bakar pada Pusat Listrik

Tenaga Gas (PLTG) akan menggerakkan turbin dan kemudian

generator, yang akan mengubahnya menjadi energi listrik. Sama

halnya dengan PLTU, bahan bakar PLTG bisa berwujud cair (BBM)

maupun gas (gas alam). Penggunaan bahan bakar menentukan tingkat

efisiensi pembakaran dan prosesnya. Prinsip kerja PLTG adalah

sebagai berikut, mula-mula udara dimasukkan dalm kompresor

dengan melalui air filter / penyaring udara agar partikel debu

tidak ikut masuk ke dalam kompresor tersebut. Pada kompresor

tekanan udara dinaikkan lalu dialirkan ke ruang bakar untuk

dibakar bersama bahan bakar. Disini, penggunaan bahan bakar

menentukan apakah bisa langsung dibakar dengan udara atau tidak.

Turbin uap, Jika menggunakan BBG, gas bisa langsung

dicampur dengan udara untuk dibakar. Tapi jika menggunakan BBM

harus dilakukan proses pengabutan dahulu pada burner baru

dicampur udara dan dibakar. Pembakaran bahan bakar dan udara ini

akan menghasilkan gas bersuhu dan bertekanan tinggi yang

berenergi (enthalpy). Gas ini lalu disemprotkan ke turbin,

hingga enthalpy gas diubah oleh turbin menjadi energi gerak yang

memutar generator untuk menghasilkan listrik.

Setelah melalui turbin sisa gas panas tersebut dibuang melalui

cerobong/stack. Karena gas yang disemprotkan ke turbin bersuhu



tinggi, maka pada saat yang sama dilakukan pendinginan turbin

dengan udara pendingin dari lubang udara pada turbin.Untuk

mencegah korosi akibat gas bersuhu tinggi ini, maka bahan bakar

yang digunakan tidak boleh mengandung logam Potasium, Vanadium,

dan Sodium yang melampaui 1 part per mill (ppm).

1. Burge / kapal : pengangkut bahan bakar

2. Pumping house

3. Fuel pump

4. Electric diesel motor

5. Air filter : penyaring udara agar partikel debu tidak

masuk kedalam kompresor

6. Compressor : menaikkantekanan udara untuk dibakar

bersama bahan baker

7. Combustion system : membakar bahan baker dan udara serta

menghasilkan



1

2 3

4 5 6

8

7

9

10

11

12

13

14 1

5 16

17

182

0

19

21

23

24

22

gas bersuhu dan bertekanan tinggi yang

berenergi

8. Gas turbin : mengubah energi gas menjadi energi gerak yang

memutar

generator.

9. Selector valpe

10. Stac / cerobong asap : membuang sisa gas panas dari

turbin

11. Generator

12. Heat recovery steam & gas ketel uap PLTU yang

memanfaatkan gas buang PLTG

13. Stac / cerobong asap : membuang sisa gas panas dari

turbin

14. Steam drum

15. Gas turbin

16. Generator

17. Condensor

18. Condensate pump

19. Deserator

20. Boiler feed pump



23. Switch yard


25. Gas

5. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel ( PLTD )

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel cocok untuk lokasi dimana

pengeluaran bahan bakar rendah, persediaan air terbatas, minyak



sangat murah dibandingkan dengan batubara dan semua beban

besarnya adalah seperti yang dapat ditangani oleh mesin

pembangkit dalam kapasitas kecil serta dapat berfungsi dalam

waktu yang singkat.

Kegunaan dari suatu Pembangkit Listrik Tenaga Diesel

(PTLD) adalah penyedia daya listrik yang dapat berfungsi untuk :

Sebagai unit cadangan yang dijalankan pada saat unit

peinbangkit utama yang ada tidak dapat mencukupi

kebutuhan daya listrik.

Sebagai unit pembangkit yang menyuplai listrik selama

24 jam atau sebagai pemikul beban tetap. Sifat

pengoperasian harus pada beban dasar yang

berkapasitas tertinggi dan tidak dipengaruhi oleh

frekuensi beban tetap. Hal ini memungkinkan juga bila

pasokan dapat mengalami gangguan.

Sebagai unit beban puncak atau Peak Load. Bila PLTD

dioperasikan pada beban puncak. biasanya dalam waktu

yang tidak lama. Karena dapat berfungsi untuk

menaikkan tegangan yang turun pada saat beban puncak.

Sebagai unit cadangan yang dijalankan saat keadaan

darurat , saat terjadi pemadaman pada unit pembangkit

utama. Bila terjadi yang mengakibatksn gangguan pada

total seluruh jaringan listrik maka PLTD dapat

beroperasi tanpa bantuan tegangan dari luar dan

langsung mengisi tegangan serta menanggung beban

listrik dengan cepat serta membutuhkan perhatian yang

sedikit.

Sedangkan keuntungan yang didapat daripada Pembangkit Listrik

Tenaga Diesel (PLTD) adalah :



- Investasi modal relatif rendah.

- Waktu pembangunan relatif singkat.

- Disain dan instalasi yang sederhana.

- Bahan bakar yang cukup murah.

- Dapat dijalankan dan dihentikan dengan cepat.

Faktor-faktor yang merupakan pertimbangan pilihan yang sesuai

untuk PLTD antara lain :

- Jarak dari beban dekat.

- Pondasi.

- Pengangkutan bahan bakar.

- Kebisingan dan kesulitan lingkungan.

- Persediaan areal tanah dan air.



1

23

4

5 6 8 7

9 10

11

1. Fuel tank

2. Fuel oil separator

3. Daily tank

4. Fuel oil booster

5. Diesel motor

6. Turbo charge : menaikkan efficiency udara yang dicampur

dengan bahan bakar dan menaikkan tekanan serta

temperaturnya

7. Air intake filter

8. Exhaust gas silencer

9. Generator


11. transmission line

6. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi ( PLTP )

Kekayaan alam Indonesia memang melimpah ruah, dari mulai

sumber daya alam sampai sumber daya mineral semua tersedia.

Sumber daya mineral yang melimpah di negara tercinta ini antara

lain emas, tembaga, platina, nikel, timah, batu bara, migas, dan

panas bumi. Panas bumi (geothermal) adalah salah satu kekayaan

sumber daya mineral yang belum banyak dimanfaatkan.



Saat ini panas bumi (geothermal) mulai menjadi

perhatian dunia karena energi yang dihasilkan dapat dikonversi

menjadi energi listrik, selain bebas polusi. Beberapa pembangkit

listrik bertenaga panas bumi telah terpasang di manca negara

seperti di Amerika Serikat, Inggris, Perancis, Italia, Swedia,

Swiss, Jerman, Selandia Baru, Australia, dan Jepang. Amerika

saat ini bahkan sedang sibuk dengan riset besar mereka di bidang

geothermal dengan nama Enhanced Geothermal Systems (EGS). EGS

diprakarsai oleh US Department of Energy (DOE) dan bekerja sama

dengan beberapa universitas seperti MIT, Southern Methodist

University, dan University of Utah. Proyek ini merupakan program

jangka panjang dimana pada 2050 geothermal meru-pakan sumber

utama tenaga listrik Amerika Serikat. Program EGS bertujuan

untuk meningkatkan sumber daya geothermal, menciptakan teknologi

ter-baik dan ekonomis, memperpanjang life time sumur-sumur

produksi, ekspansi sumber daya, menekan harga listrik geothermal

menjadi seekono-mis mungkin, dan keunggulan lingkungan hidup.

Selain sebagai pemanas, panas bumi ternyata dapat juga mengha-

silkan tenaga listrik. Air panas alam bila bercampur dengan

udara karena terjadi fraktur atau retakan maka selain air panas

akan keluar juga uap panas (steam). Air panas dan steam inilah

yang kemudian dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit tenaga

listrik. Agar panas bumi (geothermal) tersebut bisa dikonversi



1

2 3 4 5 6 87 9

10

11

12

menjadi ener-gi listrik tentu diperlukan pembangkit (power

plants).

1. Sumur uap : mengambil uap panas yang didapat dari kantung

uap dari perut bumi

2. Stream receiving header

3. Separator

4. Demister

5. Governing valve

6. Turbin : merubah energi uap menjadi energi gerakl memutar

generator

7. Generator

8. Main transformer


10. Condensor : mengubah uap menjadi cair

11. Sumur reinjection

12. Tanah

Reservoir panas bumi biasanya diklasifi-kasikan ke dalam dua

golongan yaitu yang ber-suhu rendah (low temperature) dengan suhu

<1500 C dan yang bersuhu tinggi (high tempera-ture) dengan suhu

diatas 1500C. Yang paling baik untuk digunakan sebagai sumber



pem-bangkit tenaga listrik adalah yang masuk kate-gori high

temperature. Namun dengan perkembangan teknologi, sumber panas

bumi dengan kategori low temperature juga dapat digunakan asalkan

suhunya melebihi 500 C.

Pembangkit (power plants) untuk pembangkit listrik tenaga panas

bumi dapat beroperasi pada suhu yang relatif rendah yaitu

berkisar antara 122 s/d 4820 F (50 s/d 2500 C). Bandingkan

dengan pembangkit pada PLTN yang akan beroperasi pada suhu

sekitar 10220 F atau 5500 C. Inilah salah satu keunggulan

pembangkit listrik geothermal. Keuntungan lainnya ialah bersih

dan aman, bahkan geothermal adalah yang terbersih dibandingkan

dengan nuklir, minyak bumi dan batu bara.

Pembangkit yang digunakan untuk meng-konversi fluida geothermal

menjadi tenaga listrik secara umum mempunyai komponen yang sama

dengan power plants lain yang bukan berbasis geothermal, yaitu

terdiri dari generator, turbin sebagai penggerak generator, heat

exchanger, chiller, pompa, dan sebagainya. Saat ini terdapat tiga

macam teknologi pembangkit panas bumi (geothermal power plants) yang

dapat mengkonversi panas bumi menjadi sumber daya listrik, yaitu

dry steam, flash steam, dan binary cycle. Ketiga macam teknologi ini

pada dasarnya digunakan pada kondisi yang berbeda-beda.

Dry Steam Power Plants

Pembangkit tipe ini adalah yang pertama kali ada. Pada tipe ini

uap panas (steam) lang-sung diarahkan ke turbin dan mengaktifkan

generator untuk bekerja menghasilkan listrik. Sisa panas yang

datang dari production well dialirkan kembali ke dalam reservoir

melalui injection well. Pembangkit tipe tertua ini pertama kali



digunakan di Lardarello, Italia, pada 1904 dimana saat ini masih

berfungsi dengan baik. Di Amerika Serikat pun dry steam power masih

digunakan seperti yang ada di Geysers, California Utara.

Flash Steam Power Plants

Panas bumi yang berupa fluida misalnya air panas alam (hot

spring) di atas suhu 1750 C dapat digunakan sebagai sumber

pembangkit Flash Steam Power Plants. Fluida panas tersebut dialirkan

kedalam tangki flash yang tekanannya lebih rendah sehingga

terjadi uap panas secara cepat. Uap panas yang disebut dengan

flash inilah yang menggerakkan turbin untuk meng-aktifkan

generator yang kemudian menghasil-kan listrik. Sisa panas yang

tidak terpakai masuk kembali ke reservoir melalui injection well.

Contoh dari Flash Steam Power Plants adalah Cal-Energy Navy I flash

geothermal power plants di Coso Geothermal field, California, USA.

Binary Cycle Power Plants (BCPP)

BCPP menggunakan teknologi yang berbeda dengan kedua teknologi

sebelumnya yaitu dry steam dan flash steam. Pada BCPP air panas atau

uap panas yang berasal dari sumur produksi (production well) tidak

pernah menyentuh turbin. Air panas bumi digunakan untuk

memanaskan apa yang disebut dengan working fluid pada heat exchanger.

Working fluid kemudian menjadi panas dan menghasilkan uap berupa

flash. Uap yang dihasilkan di heat exchanger tadi lalu dialirkan

untuk memutar turbin dan selanjutnya menggerakkan genera-tor

untuk menghasilkan sumber daya listrik. Uap panas yang

dihasilkan di heat exchanger inilah yang disebut sebagai secondary

(binary) fluid. Binary Cycle Power Plants ini sebetulnya merupakan sistem

tertutup. Jadi tidak ada yang dilepas ke atmosfer.



Keunggulan dari BCPP ialah dapat dioperasikan pada suhu ren-dah

yaitu 90-1750C. Contoh pene-rapan teknologi tipe BCPP ini ada di

Mammoth Pacific Binary Geo-thermal Power Plants di Casa Di-ablo

geothermal field, USA. Diper-kirakan pembangkit listrik panas bumi

BCPP akan semakin banyak digunakan dimasa yang akan datang.

7. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir ( 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 atom tersebut, sehingga pengaruhnya masih

dapat dirasakan sampai sekarang. Disamping sebagai senjata

pamungkas yang dahsyat, sejak lama orang telah demikirkan

bagaimana cara memanfaatkan tenaga nuklir untuk kesejahteraan

manusia. Sampai saat ini tenaga nuklir, khususnya zat radioaktif

telah dipergunakan secara luas dalam berbagai bidang, antara lan

bidang industri, kesehatan, pertanian, peternakan, sterilisasi

produk farmasi dan alat kedokteran, pengawetan bahan makanan,

bidang hidrologi, yang merupakan aplikasi teknologi nuklir untuk

non energi. Salah satu pemanfaatan teknik nuklir, yaitu dalam

bidang energi saat ini sudah berkembang dan dimanfaatkan secara

besar-besaran dalam bentuk Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

(PLTN), dimana tenaga nuklir digunakan untuk membangkitkan

tenaga listrik yang relatif murah, aman, dan tidak mencemari

lingkungan.

Pemanfaatan teknik nuklir dalam bentuk PLTN mulai

dikembangkan secara komersial sejak tahun 1954. Pada waktu itu

di Rusia (USSR), dibangun dan dioperasikan satu unit PLTN air

ringan bertekanan tinggi (VVER=PWR) yang setahun kemudian

mencapai daya 5 MWe. Di Amerika Serikat juga dioperasikan jenis



reaktor yang sama, dengan daya 60 MWe. Pada tahun 1956 di

Inggris dikembangkan PLTN jenis Gas Cooled Reactor (GCR=reaktor

berpendingin gas) dengan daya 100 MWe. Tahun 1997 di seluruh

dunia baik di Negara maju maupun negara berkembang telah

dioperasikan sebanyak 443 unit PLTN yang tersebar di 31 negara

dengan kontribusi sekitar 18% dari pasokan tenaga listrik dunia

dengan total pembangkitan dayanya mencapai 351.000 MWe dengan 36

unit PLTN sedang dalam tahap konstruksi di 18 negara.

Dalam pembangkit listrik konvensional, air diuapkan di

dalam suatu ketel melalui pembakaran fosil (minyak, batubara,

dan gas). Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin uap yang akan

bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin selanjutnya

digunakan untuk menggerakkan generator, dan generator

menghasilkan tenaga listrik.



Pembangkit listrik dengan bahan bakar batubara, minyak,

dan gas mempunyai potensi yang dapat menimbulkan dampak

lingkungan dan masalah transportasi bahan bakar, dari tempat

penambangan menuju lokasi pembangkitan. Dampak lingkungan akibat

pembakaran bahan fosil tersebut dapat berupa CO2 (karbon

dioksida), SO2 (sulfur oksida), NOx (nitrogen oksida), dan debu

yang mengandung logam berat. Kekhawatiran terbesar dalam

pembangkitan listrik dengan bahan bakar fosil adalah dapat

menimbulkan hujan asam dan peningkatan pemanasan global. PLTN

beroperasi dengan prinsip yang sama seperti PLK, hanya panas

yang digunakan untuk menghasilkan uap tidak dihasilkan dari

pembakaran bahan fosil, tetapi dihasilkan dari reaksi pembelahan

inti bahan fisil

(Uranium) di dalam suatu reaktor nuklir. Tenaga panas

tersebut digunakan untuk membangkitkan uap di dalam sistem

pembangkit uap (Steam Generator) dan selanjutnya sama seperti

pada PLK, uap digunakan untuk menggerakkan turbin, turbin

menggerakkan generator, dan generator menghasilkan 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



TURBINGENERATOR

PEMBANGKITUAPREAKTOR

SALURAN AIRSILRKULASI

PEMBELAHAN INTI BAHAN FISIL

MODERATOR

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 bias disimpan di lokasi PLTN sebelum

dilakukan penyimpanan limbah secara lestari.

Tentang Fisika NuklirPanas yang dipergunakan untuk membangkitkan uap diproduksi

sebagai hasil dari pembelahan inti atom yang dapat diuraikan

sebagai berikut:

• Apabila ada suatu neutron (dihasilkan dari sumber neutron)

tertangkap oleh satu inti atom uranium-235, inti atom ini akan

berbelah menjadi dua atau tiga bagian/fragmen. Sebagian dari

energi yang semula mengikat fragmen-fragmen tersebut masing-

masing dalam bentuk energi kinetik, sehingga mereka dapat

bergerak dengan kecepatan tinggi. Oleh karena fragmen-fragmen

tersebut berada di dalam struktur kristal uranium, mereka tidak

dapat bergerak jauh dan gerakannya segera diperlambat.

• Dalam proses perlambatan ini energi kinetik diubah menjadi

panas (energi tyermal). Sebagai gambaran dapat dikemukakan

bahwa energi termal yang dihasilkan dari reaksi pembelahan 1 Kg

Uranium-235 murni besarnya adalah 17 milyar kilo kalori, atau

setara dengan energi termal yang dihasilkan dari pembakaran 2,4

juta Kg (2400 ton) batubara.

• Selain fragmen-fragmen tersebut reaksi pembelahan menghasilkan

pula 2 atau 3 neutron yang dilepaskan dengan kecepatan lebih

besar dari 10.000 km per detik. Neutron-neutron ini disebut



neutron cepat yang mampu bergerak bebas tanpa dirintangi oleh

atom-atom uranium atau atom-atom kelongsongnya. Agar mudah

ditangkap oleh inti atom uranium guna menghasilkan reaksi

pembelahan, kecepatan neutron ini harus diperlambat. Zat yang

dapat memperlambat kecepatan neutron disebut moderator

Air Sebagai Pemerlambat Neutron (Moderator)

Seperti telah disebutkan di atas, panas yang dihasilkan dari

reaksi pembelahan, oleh air yang bertekanan 160 atmosfir dan

suhu 300 derajat Celsius secara terus menerus dipompakan ke

dalam reaktor melalui saluran pendingan reaktor. Air yang

bersirkulasi dalam saluran pendingin ini tidak hanya berfungsi

sebagai pendingin saja melainkan juga bertindak sebagai

moderator, yaitu sebagai medium yang dapat memperlambat neutron.

Neutron cepat akan kehilangan sebagian energinya selama menumbuk

atom-atom hidrogen. Setelah kecepatan neutron turun sampai 2000

m/detik atau sama dengan kecepatan molekul gas pada suhu 300

derajat Celsius, barulah ia mampu membelah inti atom uranium-

235. Neutron yang telah diperlambat disebut neutron termal.

Reaksi Pembelahan Inti Berantai Terkendali

Untuk mendapatkan keluaran termal yang mantap, perlu dijamin

agar banyaknya reaksi pembelahan inti yang terjadi dalam teras

reaktor dipertahankan pada tingkat tetap, yaitu 2 atau 3 neutron

yang dihasilkan dalam reaksi itu hanya satu yang dapat

meneruskan reaksi pembelahan. Neutron lainnya dapat lolos keluar

reaktor, atau diserap oleh bahan lainnya tanpa menimbulkan

reaksi pembelahan atau diserap oleh batang kendali. Batang

kendali dibuat dari bahan-bahan yang menyerap neutron, sehingga



jumlah neutron yang menyebabkan reaksi pembelahan dapat

dikendalikan dengan mengatur keluar atau masuknya batang kendali

ke dalam teras reaktor. Sehubungan dengan urain di atas perlu

digarisbawahi bahwa:

1. Reaksi pembelahan berantai hanya dimungkinkan apabila ada

moderator.

2. Kandungan Uranium-235 di dalam bahan bakar nuklir maksimum

adalah 3,2%. Kandungan ini kecil sekali dan terdistribusi

secara merata dalam isotop Uranium-238, sehingga tidak

mungkin terjadi reaksi pembelahan berantai secara tidak

terkendali di dalamnya.

Radiasi dan Hasil Belahan

Fragmen-fragmen yang diproduksi selama reaksi pembelahan inti

disebut hasil belahan, yang kebanyakan berupa atom-atom

radioaktif seperti xenon-133, kripton-85, dan iodium-131. Zat

radioaktif ini meluruh menjadi atom lain dengan memancarkan

radiasi alpha, beta, gamma atau neutron. Selama proses

peluruhan, radiasi yang dipancarkan dapat diserap oleh bahan-

bahan lain yang berada di dalam reaktor, sehingga energi yang

dilepaskan berubah menjadi panas. Panas ini disebut panas

peluruhan yang akan terus diproduksi walaupun reaktor berhenti

beroperasi. Oleh karena itu reaktor dilengkapi dengan suatu

sistem pembuangan panas peluruhan. Selain hasil belahan, dalam

reaktor dihasilkan pula bahan radioaktif lain sebagai hasil

aktivasi neutron. Bahan radioaktif ini terjadi karena bahan-

bahan lain yang berada di dalam reaktor (seperti kelongsong atau

bahan struktur) menangkap neutron sehingga berubah menjadi unsur

lain yang bersifat radioaktif. Radioaktif adalah sumber utama

timbulnya bahaya dari suatu PLTN, oleh karena itu semua system

pengamanan PLTN ditujukan untuk mencegah atau menghalangi



terlepasnya zat radioaktif ke lingkungan dengan aktivitas yang

melalmpaui nilai batas ambang yang diijinkan menurut peraturan

yang berlaku.

Keselamatan Nuklir

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 mapun jika terjadi kecelakaan. Tindakan proteksi

dilakukan untuk menjamin agar PLTN dapat dihentikan dengan aman

setiap waktu jika diinginkan dan tetap dapat dipertahankan dalam

keadaan aman, yakni memperoleh pendinginan yang cukup. Untuk ini

panas peluruhan yang dihasilkan harus dibuang dari teras

reaktor, karena dapat menimbulkan bahaya akibat pemanasan lebih

pada reaktor.

Keselamatan Terpasang

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. Penghalang Ganda PLTN mempunyai

sistem pengamanan yang ketat dam berlapis-lapis, sehingga

kemungkinan terjadi kecelakaan maupun akibat yang ditimbulkan

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 beroperasi aupun jika terjadi

kecelakaan, kelongsong bahan bakar akan berperan sebagai

penghalang kedua untuk mencegah terlepasnya zat radioaktif

tersebut keluar kelongsong. Dalam hal zat radioaktif masih dapat

keluar dari dalam kelongsong, masih ada penghalang ketiga yaitu

system 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 meter. Bila zat radioaktif itu masih ada yang

lolos dari perisai beton, masih ada penghalang keenam, yaitu

system pengungkung yang terdiri dari pelat baja setebal ± 7 cm

dan beton setebal 1,5 - 2 meter yang kedap udara. Jadi selama

operasi atau jika terjadi kecelakaan, zat radioaktif benar-benar

tersimpan dalam reaktor dan tidak dilepaskan ke lingkungan.

Kalaupun masih ada zat radioaktif yang terlepas jumlahnya sudah

sangat diperkecil sehingga dampaknya terhadap lingkungan tidak

berarti.

Pertahanan Berlapis

Disain keselamatan suatu PLTN menganut falsafah pertahanan

berlapis (defence in depth). Pertahanan berlapis ini meliputi:

lapisan keselamatan pertama, PLTN dirancang dibangun dan

dioperasikan sesuai dengan ketentuan yang sangat ketat, mutu

yang tinggi dan teknologi mutakhir; lapis keselamatan kedua,

PLTN dilengkapi dengan sistem pengamanan/keselamatan yang

digunakan untuk mencegah dan mengatasi akibatakibat dari



kecelakaan yang mungkin dapat terjadi selama umur PLTN; dan

lapis keselamatan ketiga, PLTN dilengkapi dengan sistem

pengamanan tambahan, yang dapat diandalkan untuk dapat mengatasi

kecelakaan hipotesis, atau kecelakaan terparah yang diperkirakan

dapat terjadi pada suatu PLTN. Namun demikian kecelakaan

tersebut kemungkinan terjadinya sedemikian kecil sehingga tidak

akan pernah terjadi selama umur operasi PLTN.

Limbah Radioaktif

Selama operasi PLTN, pencemaran yang disebabkan oleh zat

radioaktif terhadap lingkungan dapat dikatakan tidak ada. Air

laut atau sungai yang dipergunakan untuk membawa panas dari

kondensor 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. Pada PLTN sebagian besar limbah yang dihasilkan

adalah limbah aktivitas rendah (70 - 80%). Sedangkan limbah

aktivitas tinggi dihasilkan pada proses daur ulang elemen bakar

nuklir bekas, sehingga apabila elemen bakar bekasnya tidak

didaur ulang, limbah aktivitas tinggi ini jumlahnya sangat

sedikit. Penanganan limbah radioaktif aktivitas rendah, sedang,

dan tinggi pada umumnya mengikuti tiga prinsip, yaitu:

• Memperkecil volumenya dengan cara evaporasi, insenerasi,

kompaksi/ditekan

• Mengolah menjadi bentuk stabil (baik fisik maupun kimia) untuk

memudahkan dalam transportasi dan penyimpanan 3/4

• Menyimpan limbah yang telah diolah, ditempat yang terisolasi.



Pengolahan limbah cair dengan cara evaporasi/pemanasan untuk

memperkecil volume, kemudian dipadatkan dengan semen (sementasi)

atau dengan gelas masif (vitrifikasi) di dalam wadah yang kedap

air, tahan banting, misalnya terbuat dari beton bertulang atau

dari baja tahan karat. Pengolahan limbah padat adalah dengan

cara diperkecil volumenya melalui proses insenerasi/pembakaran,

selanjutnya abunya disementasi. Sedangkan limbah yang tidak

dapat dibakar diperkecil volumenya dengan kompaksi/penekanan dan

dipadatkan dalam drum/beton dengan semen. Sedang limbah padat

yang tidak dapat dibakar atau tidak dapat dikompaksi, harus

dipotong-potong dan dimasukkan dalam beton kemudian dipadatkan

dengan semen atau gelas masif. Selanjutnya limbah radioaktif

yang telah diolah disimpan secara sementara (10 - 50 tahun) di

gudang penyimpanan limbah yang kedap air sebelum disimpan secara

lestari. Tempat penyimpanan limbah lestari dipilih di

tempat/lokasi khusus, dengan kondisi geologi yang stabil dan

secara ekonomi tidak bermanfaat.



Sistem Tenaga Listrik

Documents

Transcript of Sistem Tenaga Listrik