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 )

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. 

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

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

25.  Main transformer

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
13. Transmission line
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

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
21. Main transformer
22. Main transformer
23. Switch yard
24. Transmission line
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. 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
10. Main transformer
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 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

9.    Transmission line

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 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 Nuklir

Panas 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.