artikel tentang pembangkit listrik

1.    Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal di mana 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 saat ini, terdapat 442 PLTN berlisensi di dunia ^[1] dengan 441 diantaranya beroperasi di 31 negara yang berbeda. Keseluruhan reaktor tersebut menyuplai 17% daya listrik dunia.

Sejarah

Reaktor nuklir yang pertama kali membangkitkan listrik adalah stasiun pembangkit percobaan EBR-I pada 20 Desember 1951 di dekat Arco, Idaho, Amerika Serikat. Pada 27 Juni 1954, PLTN pertama dunia yang menghasilkan listrik untuk jaringan listrik (power grid) mulai beroperasi di Obninsk, Uni Soviet [1]. PLTN skala komersil pertama adalah Calder Hall di Inggris yang dibuka pada 17 Oktober 1956 [2].

Jenis-jenis PLTN          

PLTN dikelompokkan berdasarkan jenis reaktor yang digunakan. Tetapi ada juga PLTN yang menerapkan unit-unit independen, dan hal ini bisa menggunakan jenis reaktor yang berbeda. Sebagai tambahan, beberapa jenis reaktor berikut ini, di masa depan diharapkan mempunyai sistem keamanan pasif.

Reaktor Fisi

Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui reaksi fisi nuklir dari isotop fissil uranium dan plutonium.

Selanjutnya reaktor daya fissi dikelompokkan lagi menjadi:

• 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 purwarupa yang diusulkan atau dibangun untuk menghasilkan listrik, meskipun beberapa laboratorium mendemonstrasikan dan beberapa uji kelayakan sudah dilaksanakan.

Reaktor thermal

• Light water reactor (LWR)
• Boiling water reactor (BWR)
• Pressurized water reactor (PWR)
• SSTAR, a sealed, reaktor untuk jaringan kecil, mirip PWR
• Moderator Grafit:
• Magnox
• Advanced gas-cooled reactor (AGR)
• High temperature gas cooled reactor (HTGR)
• RBMK
• Pebble bed reactor (PBMR)
• Moderator Air berat:
• SGHWR
• CANDU

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 purwarupa (prototype) reaktor cepat sudah dibangun di Amerika Serikat, Inggris, Uni Sovyet, Perancis, Jerman, Jepang, India, dan hingga 2004 1 unit reaktor sedang dibangun di China. Berikut beberapa reaktor cepat di dunia:

• EBR-I, 0.2 MWe, AS, 1951-1964.
• Dounreay Fast Reactor, 14 MWe, Inggris, 1958-1977.
• Enrico Fermi Nuclear Generating Station Unit 1, 94 MWe, AS, 1963-1972.
• EBR-II, 20 MWe, AS, 1963-1994.
• Phénix, 250 MWe, Perancis, 1973-sekarang.
• BN-350, 150 MWe plus desalination, USSR/Kazakhstan, 1973-2000.
• Prototype Fast Reactor, 250 MWe, Inggris, 1974-1994.
• BN-600, 600 MWe, USSR/Russia, 1980-sekarang.
• Superphénix, 1200 MWe, Perancis, 1985-1996.
• FBTR, 13.2 MWe, India, 1985-sekarang.
• Monju, 300 MWe, Jepang, 1994-sekarang.
• PFBR, 500 MWe, India, 1998-sekarang.

(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).

Reaktor Fusi

Artikel utama: daya 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 dan kekurangan

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 - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan
• Ketersedian bahan bakar yang melimpah - sekali lagi, karena sangat sedikit bahan bakar yang diperlukan
• Baterai nuklir - (lihat SSTAR)

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. AS siap menampung limbah ex PLTN dan Reaktor Riset. Limbah tidak harus disimpan di negara pemilik PLTN dan Reaktor Riset. Untuk limbah dari industri pengguna zat radioaktif, bisa diolah di Instalasi Pengolahan Limbah Zat Radioaktif, misal yang dimiliki oleh BATAN Serpong.

2.    Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil adalah pembangkit listrik yang membakar bahan bakar fosil seperti batubara, gas alam, atau minyak bumi untuk memproduksi listrik. Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil didesain untuk produksi skala besar yang berlangsung terus menerus. Di banyak negara, pembangkit listrik jenis ini memproduksi sebagian besar energi listrik yang digunakan.

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil selalu memiliki mesin rotasi yang mengubah panas dari pembakaran menjadi energi mekanik yang lalu mengoperasikan generator listrik. Penggerak utamanya mungkin adalah uap, gas bertekanan tinggi, atau mesin siklus dari mesin pembakaran dalam.

Hasil sampingan dari mesin pembakaran dalam harus dipertimbangkan dalam desain mesin dan operasinya. Panas yang terbuang karena efisiensi yang terbatas dari siklus energi, ketika tidak direcovery sebagai pemanas ruangan, akan dibuang ke atmosfer. Gas sisa hasil pembakaran dibuang ke atmosfer; mengandung karbon dioksida dan uap air, juga substansi lain seperti nitrogen, nitrogen dioksida, sulfur dioksida, dan abu ringan (khusus batu bara) dan mungkin merkuri. Abu padat dari pembakaran batu bara juga harus dibuang, meski saat ini abu padat sisa pembakaran batu bara dapat didaur ulang sebagai bahan bangunan.

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil adalah peyumbang utama gas rumah kaca dan berkontribusi besar terhadap pemanasan global. Batu bara menghasilkan gas rumah kaca sedikitnya tiga kali lebih banyak dari gas alam.

Konsep dasar

Pada pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil, energi kimia yang tersimpan dalam bahan bakar fosil (batu bara, gas alam, minyak bumi) dan oksigen dari udara dikonversikan menjadi energi termal, energi mekanis, lalu energi listrik untuk penggunaan berkelanjutan dan distribusi secara luas.

Konversi energi kimia menjadi panas

Pembakaran sempurna dari bahan bakar fosil menggunakan oksigen untuk menginisiasi pembakaran. ,

di mana koefisien stoikiometri x dan y bergantung pada tipe bahan bakar. Persamaan yang lebi simpel lagi adalah:

,
Sisa pembakaran seperti nitrogen dan sulfur dioksida, datang dari bahan bakar yang tidak murni karena terdapat campuran yang tidak diharapkan (pengotor) dari bahan bakar tersebut.

Konversi panas menjadi energi mekanis

Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa setiap siklus tertutup hanya bisa mengkonversi sebagian panas yang diproduksi menjadi kerja. Sisa panas harus dipindahkan ke reservoir yang lebih dingin, menjadi panas yang terbuang. Sebagian panas yang terbuang adalah sama atau lebih besar dari rasio temperatur mutlak reservoir dingin dan reservoir panas. Meningkatkan temperatur reservoir panas dapat meningkatkan efisiensi mesin. panas yang terbuang tidak dapat dimanfaatkan menjadi energi mekanis. Namun dapat dimanfaatkan untuk menghangatkan bangunan, memproduksi air panas, atau memanaskan material dalam skala industri.

Efek lingkungan

Pembakaran batu bara dapat memicu hujan asam dan polusi udara, dan telah dihubungkan dengan pemanasan global karena komposisi kimia dari batu bara dan sulitnya memindahkan pengotor dari bahan bakar padat ini untuk pembakaran. Hujan asam disebabkan oleh emisi nitrogen oksida dan sulfur dioksida ke udara. Emisi tersebut bereaksi dengan uap air di atmosfer, menciptakan bahan asam (asam sulfur, asam nitrit) yang jatuh sebagai hujan.

Karbon dioksida

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil bertanggung jawab penuh terhadap sebagian besar dari emisi karbon dioksida di seluruh dunia, dan 41% dari seluruh emisi karbon dioksida yang dihasilkan oleh manusia. Karbon dioksida diproduksi secara alami oleh alam emlalui letusan gunung berapi, pemecahan biologis, atau respirasi organisme hidup. Karbon dioksida diserap oleh tanaman melalui fotosintesis atau perairan, misanya lautan. Peningkatan kadar karbon dioksida di atmosfer memicu perubahan iklim termasuk pemanasan global.

Partikulat

Masalah lainnya dari pembakaran bahan bakar fosil adalah emisi partikulat yang menjadi ancaman serius bagi kesehatan. Pembangkit listrik bahan bakar fosil memindahkan partikulat dari gas sisa hasil pembakaran dengan baghouse filter atau electrostatic precipitator. Materi partikulat terdiri yang utama adalah abu ringan, namun ada juga sulfat dan nitrat. Abu ringan mengandung bahan yang tidak dapat terbakar yang tersisa setelah pembakaran. Ukuran partikulat bervariasi dari yang berukuran lebih besar dari 2,5 mikrometer hingga yang berukuran lebih kecil dari 0.1 mikrometer. Semakin kecil ukuran, semakin sulit dihilangkan. Terdapat beberapa metode untuk menghilangkan emisi partikulat agar tidak mencemari atmosfer:

• Baghouse filter, yang mengumpulkan partikel abu
• Electrostatic precipitator, yang menggunakan tegangan tinggi untuk menghasilkan medan listrik untuk menangkap partikel abu
• cyclone collector, menggunakan prinsip sentrifugasi untuk menangkap partikel

Alternatif bahan bakar fosil

Alternatif bahan bakar fosil meliputi energi nuklir, energi surya, dan energi terbarukan lainnya