Analisis Energi Pada PLTN

Di dalam inti atom tersimpan tenaga inti (nuklir) yang luar biasa besarnya. Tenaga nuklir itu hanya dapat dikeluarkan melalui proses pembakaran bahan bakar nuklir. Proses ini sangat berbeda dengan pembakaran kimia biasa yang umumnya sudah dikenal, seperti pembakaran kayu, minyak dan batubara. Besar energi yang tersimpan (E) di dalam inti atom adalah seperti dirumuskan dalam kesetaraan massa dan energi oleh Albert Einstein : E = m C^2, dengan m : massa bahan (kg) dan C = kecepatan cahaya (3 x 10^8 m/s). Energi nuklir berasal dari perubahan sebagian massa inti dan keluar dalam bentuk panas. Dilihat dari proses berlangsungnya, ada dua jenis reaksi nuklir, yaitu reaksi nuklir berantai tak terkendali dan reaksi nuklir berantai terkendali. Reaksi nuklir tak terkendali terjadi misal pada ledakan bom nuklir. Dalam peristiwa ini reaksi nuklir sengaja tidak dikendalikan agar dihasilkan panas yang luar biasa besarnya sehingga ledakan bom memiliki daya rusak yang maksimal. Agar reaksi nuklir yang terjadi dapat dikendalikan secara aman dan energi yang dibebaskan dari reaksi nuklir tersebut dapat dimanfaatkan, maka manusia berusaha untuk membuat suatu sarana reaksi yang dikenal sebagai reaktor nuklir. Jadi reaktor nuklir sebetulnya hanyalah tempat dimana reaksi nuklir berantai terkendali dapat dilangsungkan. Reaksi berantai di dalam reaktor nuklir ini tentu sangat berbeda dengan reaksi berantai pada ledakan bom nuklir. Efisiensi Energi :Untuk mendapatkan gambaran tentang besarnya energi yang dapat dilepaskan oleh reaksi nuklir, berikut ini diberikan contoh perhitungan sederhana. Ambil 1 g (0,001 kg) bahan bakar nuklir 235U. Jumlah atom di dalam bahan bakar ini adalah : N = (1/235) x 6,02 x 10^23 = 25,6 x 10^20 atom 235U. Karena setiap proses fisi bahan bakar nuklir 235U disertai dengan pelepasan energi sebesar 200 MeV, maka 1 g 235U yang melakukan reaksi fisi sempurna dapat melepaskan energi sebesar : E = 25,6 x 10^20 (atom) x 200 (MeV/atom) = 51,2 x 10^22 MeV Jika energi tersebut dinyatakan dengan satuan Joule (J), di mana 1 MeV = 1,6 x 10^-13 J, maka energi yang dilepaskan menjadi : E = 51,2 x 10^22 (MeV) x 1,6 x 10^-13 (J/MeV) = 81,92 x 10^9 J Dengan menganggap hanya 30 % dari energi itu dapat diubah menjadi energi listrik, maka energi listrik yang dapat diperoleh dari 1 g 235U adalah : Elistrik = (30/100) x 81,92 x 10^9 J = 24,58 x 10^9 J Karena 1J = 1 W.s ( E = P.t), maka peralatan elektronik seperti pesawat TV dengan daya (P) 100 W dapat dipenuhi kebutuhan listriknya oleh 1 g 235U selama : t = E listrik / P = 24,58 x 109 (J) / 100 (W) = 24,58 x 10^7 s Angka 24,58 x 10^7 sekon (detik) sama lamanya dengan 7,78 tahun terus-menerus tanpa dimatikan. Jika diasumsikan pesawat TV tersebut hanya dinyalakan selama 12 jam/hari, maka energi listrik dari 1 g 235U bisa dipakai untuk mensuplai kebutuhan listrik pesawat TV selama lebih dari 15 tahun. Contoh perhitungan di atas dapat memberikan gambaran yang cukup jelas mengenai kandungan energi yang tersimpan di dalam bahan bakar nuklir. Energi panas yang dikeluarkan dari pembelahan satu kg bahan bakar nuklir 235U adalah sebesar 17 milyar kilo kalori, atau setara dengan energi yang dihasilkan dari pembakaran 2,4 juta kg (2.400 ton) batubara. Prinsip Kerja :Prinsip kerja PLTN hampir mirip dengan cara kerja pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) berbahan bakar fosil lainnya. Jika PLTU menggunakan boiler untuk menghasilkan energi panasnya, PLTN menggantinya dengan menggunakan reaktor nuklir.Seperti terlihat pada gambar 1, PLTU menggunakan bahan bakar batubara, minyak bumi, gas alam dan sebagainya untuk menghasilkan panas dengan cara dibakar, kemudia panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air di dalam boiler sehingga menghasilkan uap air, uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin uap, dari sini generator dapat menghasilkan listrik karena ikut berputar seporos dengan turbin uap.PLTN juga memiliki prinsip kerja yang sama yaitu di dalam reaktor terjadi reaksi fisi bahan bakar uranium sehingga menghasilkan energi panas, kemudian air di dalam reaktor dididihkan, energi kinetik uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan listrik untuk diteruskan ke jaringan transmisi,.

Gambar 1 mekanisme AlatAnalisis Ekonomi :Dibandingkan dengan PLTU dengan bahan bakar batu bara, memang PLTN ini memliki efesiensi (efisiensi energi yang dapat dirubah menjadi energi listrik) yang lebih kecil dibandingkan PLTU tersebut, dimana Efisiensi suatu PLTU biasanya sekitar 25 sampai 50%. Namun bukan berarti energi yang dihasilkan PLTU batubara lebih besar daripada PLTN, energi yang dihasilkan uranium pada PLTN melalui reaksi fisi sangatlah besar meski efisiensi nya hanya kisaran 30 %, bahan bakar PLTN juga dapat menghemat biaya di pengakutan dan penyimpanan bahan bakar pembangkit listrik .Secara Ekonomi dapat dihitung melalui perbandingan bahan bakar batu bara dan uranium dalam menghasilkan 1000 MW. Gambar 2 Banyaknya bahan bakar yang diperlukan dalam 1 tahununtuk masing-masing pembangkit listrik berkapasitas 1000 MW

dengan menganggap nilai tukar dolar terhadap rupiah adalah Rp.9.500,- dan harga batu bara per ton adalah 100 dolar, lalu harga uranium per pound adalah 113 dolar (1 ton=2000 pound). Maka untuk mengahsilkan energi 1000 MW pada bahan bakar batubara menghabiskan biaya :

sedangkan untuk mengahsilkan energi 1000 MW pada bahan bakar uranium 253 menghabiskan biaya :

Terlihat sekali perbandingan yang sangat jauh antara biaya yang diperlukan untuk mengahsilkan 100 MW dari bahan bakar batubara dan uranium. Maka sudah cukup jelas jika bahan bakar uranium selain mengahasilkan energi yang lebih besar dibandingkan batu bara, uranium juga tidak memerlukan bahan yang sangat banyak untuk menghasilkan 1000 MW dalam satu tahun, lalu yang lebih penting adalah uranium sudah terbukti lebih ekonomis secara kalkulasi daripada bahan bakar batu bara.

Analisis Energi Pada Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir(PLTN)

Oleh:Nama : Eka AnzihoryNIM : M0211024

JURUSAN FISIKA FMIPAUNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA2013