PENDAHULUAN
Setelah perang dunia kedua berakhir, Kanada mulai mengembangkan PLTN
tipe reaktor air berat (air berat: D2O, D: deuterium) berbahan bakar
uranium alam. Reaktor ini dirancang khusus oleh Kanada dan disebut CANDU (Canadian
Deuterium Uranium), dengan menggunakan air berat sebagai bahan moderator
neutron. Karakteristika reaktor tipe CANDU adalah bentuk pipa tekan yang
disusun horisontal, di dalamnya terdapat perangkat bahan bakar yang pendek
(kira-kira 50 cm), bahan bakar dapat ditukar-ganti pada saat reaktor sedang
beroperasi dan sebagai bahan bakar dapat digunakan uranium alam. Di Kanada,
sejak tahun 1960 telah dikembangkan standar bahan bakar untuk PLTN dari reaktor
tipe ini.
Hingga akhir tahun 2000, di Kanada telah dioperasikan reaktor tipe
CANDU sebanyak 14 buah dengan kontribusi daya listrik sebesar 10.615 MWe.
Selain dipakai di Kanada, reaktor CANDU juga diekspor ke luar Kanada. Di
dunia terdapat 33 buah reaktor CANDU yang sedang beroperasi, 9 buah sedang
dibangun dan 8 buah direncanakan akan dibangun.
URAIAN
1. Sejarah
Pengembangan CANDU
Tabel
1 memperlihatkan sejarah pengembangan reaktor CANDU. CANDU adalah
singkatan dari "CANadian Deuterium Uranium" yang
ditujukan untuk PLTN air berat (Pressurized Heavy Water Reactor, PHWR)
yang dirancang oleh Kanada. Air berat digunakan sebagai bahan moderator, dan
air yang mengalir di dalam pipa tekan yang terpasang secara horisontal dalam
teras reaktor digunakan sebagai pendinginnya. Setelah perang dunia kedua
berakhir, Kanada berinisiatif untuk mengembangkan PLTN berbahan uranium alam
(tanpa pengayaan U-235) yang sangat banyak diproduksi Kanada. Itulah awal
pengembangan reaktor CANDU.
Langkah awal pengembangan dimulai dengan pembuatan prototipe
reaktor. Kekritisan daya nol dari reaktor eksperimental terjadi pada tahun
1945, dilanjutkan dengan reaktor NRX yang mencapai kekritisan pertama pada
tahun 1947. Pada tahun 1957 reaktor NRU berhasil pula mencapai kekritisan.
Langkah selanjutnya adalah pembangunan reaktor daya eksperimental 25 MWe NPD-2 (Nuclear
Power Demonstration) pada tahun 1962.
Keberhasilan NPD-2, dilanjutkan dengan persiapan rekayasa dari
reaktor pembangkit daya dengan moderator grafit dan bahan bakar uranium alam di
dalam pipa tekan yang berpendingin air. Reaktor inilah yang secara resmi
disebut sebagai reaktor CANDU. Sebagai PLTN, reaktor ini pertama kali dibangun
di Douglas Point pada tahun 1967 dan mencapai 100 % daya penuh yaitu, 218 MWe.
Berdasarkan pengalaman pengoperasian NPD-2 dan Douglas Point, Kanada
mulai melakukan pengembangan seperlunya sehingga pada saat ini reaktor CANDU
mempunyai peran yang tidak kecil.
2. Status
Pembangunan dan Operasi CANDU
Tabel
2 memperlihatkan daftar reaktor CANDU yang beroperasi di seluruh dunia, dan
Tabel 3
memperlihatkan jadual pembangunan PLTN tipe CANDU. Berdasarkan pengalaman
operasi di PLTN Douglas Point, perusahaan Ontario-Hydro menetapkan untuk
membangun 4 unit PLTN lainnya di lokasi Douglas Point. Perkembangan berlanjut,
pada tahun 1971 telah berhasil dibangun dan dioperasikan PLTN Pickering A (540
MWe x 4), PLTN Bruce A (940 MWe x 4), PLTN Pickering B (540 MWe x 4), PLTN
Bruce B (840 MWe x 4). Beberapa PLTN CANDU berdaya kecil berhasil dibangun di
antaranya Gentilly-2 675 MWe oleh perusahaan Hydro-Qubec, PLTN Point Lepreau
680 MWe oleh perusahaan New Brunswick.
PLTN Bruce A milik perusahaan Ontario-Hydro tidak hanya dipakai
untuk membangkitkan daya listrik, tetapi uap sisa yang dihasilkan juga dipakai
untuk pabrik air berat perusahaan Ontario-Hydro. Selain itu sisa uap dikirim ke
sentra produksi (rumah kaca tanaman tomat, pabrik etanol) di sekitar PLTN.
Sementara itu dua PLTN Pickering dan Bruce juga memasok uap untuk perusahaan
cobalt-60 yang memasok 70-80 % pasar dunia.
Perkembangan terbaru yang mencengangkan adalah pengembangan CANDU-3
berdaya menengah (450 MWe) yang dipasarkan oleh perusahaan tenaga atom Kanada
AECL. CANDU-3 dikembangkan dengan basis CANDU-6 (60 MWe). Melalui perbaikan
rancang bangun dan penerapan teknik pembangunan yang baru, biaya pembangunan
dapat ditekan sehingga mendekati biaya pembangunan CANDU-6 yang dayanya hanya
60 MWe. Oleh karena AECL juga mengincar pasar Amerika, maka reaktor CANDU
didaftarkan ke US NRC untuk mendapat sertifikat kelayakan dari NRC. Tetapi
karena besarnya biaya yang harus dikeluarkan untuk kepentingan itu, maka pada
bulan Maret 1995 rencana ini dibatalkan sampai batas waktu yang belum
ditentukan.
Pada akhir tahun 2000, di dunia terdapat 33 buah PLTN tipe CANDU
yang sedang beroperasi, 9 buah sedang dalam tahap pembangunan dan 8 buah dalam
rencana pembangunan. Dari 33 buah PLTN CANDU yang beroperasi, 24 buah berada di
Kanada di mana 2 buah (Douglas Point dan Gentilly-1) di antaranya akan
didekomisioning (istilah untuk penutupan reaktor nuklir).
Selain beroperasi di Kanada, CANDU juga di ekspor ke luar Kanada.
Sebagai contoh reaktor Crown yang ada di India, dengan air berat bertekanan (pressurized
heavy water reactor), dapat diklasifikasikan sebagai reaktor tipe CANDU.
Reaktor air berat bertekanan yang beroperasi di Argentina untuk produksi Co-60
juga dapat digolongkan sebagai reaktor tipe CANDU. Di Korea beroperasi 4 buah
PLTN tipe CANDU, yaitu Wolson-1, 2, 3, 4. Di India terdapat 12 buah PLTN tipe
CANDU dalam status beroperasi yaitu, Kaiga-1,2; Kakrapar-1,2; Madras-1,2;
Narora-1,2; Rajasthan-1, 2, 3, 4. Dua reaktor Tarapur-3,4 sedang dalam
pembangunan, dan 8 buah dalam rencana pembangunan. Di Pakistan beroperasi satu
PLTN tipe CANDU (Karachi). Di Rumania beroperasi satu PLTN CANDU (Cernavoda-1),
dan 4 buah (Cernavoda-2, 3, 4, 5) sedang dalam pembangunan, salah satu di antaranya
telah siap pada tahun 2002. Di Argentina beroperasi satu PLTN tipe CANDU
(Embalse) dan dua reaktor tergolong CANDU, yaitu reaktor tabung tekan air berat
(Atucha-1, 2). Di China, dibangun dua PLTN tipe CANDU (Qinshan-1,2) yang akan
selesai pada tahun 2003.
3. Prinsip
kerja PLTN tipe CANDU
Konsep CANDU diperlihatkan pada Gambar 1,
sedangkan bentuk perangkat bahan bakar ditunjukkan pada Gambar 2. Gambar 3
memperlihatkan deskripsi bangunan PLTN Pickering-1, dan Gambar 4
menjelaskan aliran pendingin PLTN Pickering-1. Parameter desain reaktor tipe
CANDU diperlihatkan pada Tabel 4.
Teras reaktor CANDU terdiri dari kumpulan pipa tekan yang diletakkan secara
horisontal yang disebut sebagai Kalandria. Jadi Kalandria adalah silinder "shell
and tube" yang diletakkan secara horisontal, di dalamnya terdapat
pipa-pipa tekan dan batang kendali. Kalandria terdiri dari tangki yang diisi
dengan air berat sebagai moderator neutron, di dalamnya terdapat pipa tekan
dalam jumlah besar yang disusun berbentuk kisi bujur sangkar. Pipa tekan ini
menembus dua penutup tangki kalandria, dan di dalam pipa tekan ini diletakkan
beberapa perangkat bahan bakar (panjang perangkat ± 50 cm, panjang kalandria ±
5 meter) yang disusun secara horisontal. Dalam kalandria, moderator dan
pendingin tidak bercampur. Moderator air berat berada di ruang antara pipa-pipa
tekan, sedangkan pendingin berada dalam pipa tekan. Jadi moderator (air berat) dan
pendingin (air biasa) dipisahkan oleh dinding pipa tekan. Bahan yang dipakai
untuk dinding kalandria dan pipa tekan adalah bahan yang tidak banyak menyerap
neutron yaitu logam paduan zirkalloy-2. Untuk menjaga jarak antara tabung tekan
dan dinding kalandria terdapat "spacer" yang diisi oleh gas
karbondioksida untuk isolasi termal.
Pada sistem pengendalian reaktivitas, selain sistem pengendalian pada waktu operasi normal dan waktu memadamkan reaktor, terdapat dua sistem pengendalian darurat yang saling terpisah, yaitu pengendalian darurat dengan batang kendali dan injeksi cepat racun reaksi fisi (zat yang menghambat reaksi fisi ) ke dalam moderator neutron (air berat). Semua sistem ini berada dalam daerah moderator di dalam kalandria yang dapat dioperasikan pada temperatur dan tekanan ruang sehingga keandalannya menjadi tinggi.
Energi panas dari teras reaktor diambil oleh sistem pendingin primer
yang mengalir dalam pipa tekan. Pipa-pipa tekan dalam kalandria dibagi menjadi
dua kelompok, masing-masing kelompok menjadi bagian dari untai pendingin yang
saling terpisah. Setiap untai mempunyai dua pembangkit uap dan dua pompa
pendingin primer. Dalam kalandria, dua kelompok pipa tekan ini dipilih
sedemikian sehingga dua pipa tekan yang saling berdekatan bergabung dalam
kelompok berbeda dan aliran pendingin di dalamnya bergerak dengan arah
berlawanan, dengan demikian arah aliran pendingin primer akan membentuk seperti
angka 8. Dengan sistem pendingin primer seperti diuraikan di atas, jalur
pemipaan menjadi lebih efisien, dapat menghemat perlengkapan maupun kapasitas
air berat dan kesetimbangan panas teras menjadi lebih efisien.
Perangkat bahan bakar dengan panjang 50 cm, tersusun dari 28 batang
(pada pengembangan berikutnya menjadi 37 batang) bahan bakar yang disusun
secara konsentris berlapis. Batang-batang bahan bakar ini diikat dengan las
pada kedua ujung perangkat dengan piringan penopang. Batang bahan bakar terbuat
dari kelongsong zirkalloy-4 yang diisi dengan pelet bahan bakar uranium
(alam) oksida. Dengan berhasilnya pengembangan bahan bakar baru, bagian dalam
kelongsong dapat dilapisi dengan grafit (CANLUB), sehingga bahan bakar menjadi
lebih tahan terhadap perubahan daya yang drastis pada saat penggantian bahan
bakar sewaktu reaktor beroperasi.
Beberapa keistimewaan
PLTN tipe CANDU adalah sebagai berikut:
1.
Penggantian bahan bakar pada
saat reaktor sedang beroperasi. Penggantian bahan bakar semacam ini dapat
dilakukan karena pada kedua sisi horisontal dari kalandria terdapat dua
fasilitas mesin penggantian bahan bakar. Pada satu sisi, mesin memasukkan 2
perangkat bahan bakar baru, dan secara bersamaan pada sisi lain mesin
mengambil 2 perangkat bahan bakar bekas. Dalam satu siklus pengoperasian pipa
tekan berisi 12 buah perangkat, dan 2/3 bagian (8 buah) mengalami penggantian
selama operasi. Pada pipa tekan lain terjadi hal yang serupa. Oleh karena itu
dalam teras reaktor komposisi bahan bakar menjadi bercampur, terdiri dari bahan
bakar baru, bahan bakar setengah pakai dan bahan bakar yang sudah hampir habis masa
pakainya. Karena kondisi ini, reaktor beroperasi dengan reaktivitas-berlebih
yang rendah. Hal ini merupakan keistimewaan CANDU dibandingkan dengan reaktor
air ringan. Dengan mekanisme dan desain ini pemanfaatan neutron menjadi lebih
optimal dan pembakaran uranium alam dapat dilakukan lebih efisien. Pada reaktor
air ringan, pengisian bahan bakar dilakukan pada saat reaktor berhenti, hal ini
menyebabkan tingkat keberlangsungan operasi menjadi lebih rendah jika
dibandingkan dengan CANDU.
2.
Jika terjadi kebocoran
pendingin primer pada pipa tekan, hal ini segera dapat terdeteksi dari lapisan
gas antara kalandria sehingga pipa tekan yang bocor saja yang perlu diganti.
Jika dalam suatu pipa tekan terdapat bahan bakar yang bocor, hal ini segera
dapat terdeteksi dan penggantian perangkat bahan bakar pada pipa tekan di mana
bahan bakarnya mengalami kerusakan segera dapat diganti dengan bahan bakar
baru. Selanjutnya pendingin pada pipa tekan tersebut disirkulasikan ke unit
pemurnian.
3.
Reaktor CANDU berbeda dengan
reaktor bejana tekan bermoderator air berat. Jumlah air yang berada pada sistem
pendingin primer sedikit, sehingga apabila terjadi kecelakaan, pelepasan
energi dari sistem primer juga rendah. Hal ini menyebabkan kerusakan yang
terjadi dalam bangunan reaktor menjadi ringan.
4.
Berbeda dengan reaktor air
ringan, sistem pendingin primer dilengkapi dengan pengolah air pendingin,
sehingga untuk perlengkapan dan pipa distribusi pendingin dapat digunakan baja
karbon yang lebih stabil daripada stainless steel.
5.
Pada teras reaktor CANDU,
desain perangkat bahan bakar dan pipa tekan tidak mengalami banyak perubahan.
Oleh karena itu dengan menambah jumlah pipa tekan saja kemampuan pembangkitan
daya reaktor dapat ditingkatkan. Sebagai contoh, reaktor Darlington 930 MWe
dayanya dapat ditingkatkan menjadi 1100 MWe.
Selain itu,
reaktor CANDU yang biasanya menggunakan uranium diperkaya 0,9 – 1,3%, dapat
menggunakan bahan bakar uranium yang diperkaya dengan plutonium seperti bahan
bakar MOX (mixed oxide fuel), tanpa harus disertai dengan penggantian
fasilitas/perlengkapan reaktor yang ada. Dengan penggunaan bahan bakar MOX,
efisiensi utilisasi bahan bakar dapat ditingkatkan hingga 30%. Pada reaktor
CANDU bahan bakar uranium dapat dibakar hingga U-235 yang terkandung di
dalamnya habis.
No comments:
Post a Comment