Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Pengurangan karbon dioksida dalam pembangkit listrik telah menjadi masalah penting karena sekitar 40% emisi karbon dioksida di seluruh dunia berasal dari listrik dan pembangkit termal. Mengenai permintaan dunia ini untuk mengurangi karbon dioksida emisi dalam pembangkit listrik, tiga langkah efektif dipertimbangkan yaitu memaksimalkan energi terbarukan, memanfaatkan tenaga nuklir secara efektif dengan keamanan yang terjamin, dan meningkatkan efisiensi termal tenaga berbahan bakar fosil. Pada artikel ini, kami akan membahas pembangkit listrik tenaga nuklir secara umum.

Reaktor nuklir yang digunakan secara global sebagai reaktor komersial adalah reaktor air ringan (LWR/Light Water Reactor), dan LWR menduduki sekitar 80% dari semua reaktor komersial. Penggunaan LWR air normal untuk moderator neutron dan pendingin panas dari inti reaktor. LWR umumnya dikategorikan ke dalam tipe BWR (Boiling Water Reactor) dan PWR (Pressurized Water Reactor). BWR memanaskan dan merebus air dari aksi fisi nuklir di inti reaktor, dan uap bergerak ke turbin uap dan menggerakkannya. PWR memanaskan air di inti reaktor, tetapi pendingin air bertekanan ini dan tidak mendidih. Air pendingin yang dipanaskan bergerak dari inti reaktor ke pembangkit uap, dan yang menukar panas air untuk uap untuk menggerakkan turbin uap.

Boiling Water Reactor

BWR menghasilkan uap dari air demineralisasi di dalam reaktor itu sendiri, dan menggunakan uap langsung untuk menggerakkan turbin uap. Konfigurasinya sederhana dibandingkan PWR yang memiliki pembangkit uap, dan Reaktor Pressure Vessel (RPV) sebesar BWR dirancang dalam kondisi tekanan yang lebih rendah daripada PWR karena uap utama tekanan hampir sama dengan tekanan reaktor. Sebaliknya, uap dan bahan radioaktif digunakan dalam turbin, sehingga turbin mempertimbangkan: pelindung radiasi untuk komponen, tindakan pencegahan kebocoran uap radioaktif dari turbin, dan dekontaminasi komponen pada saat pemeliharaannya.

Uap direbus dalam inti reaktor bermigrasi menuju turbin uap. Turbin uap mengubah energi uap menjadi torsi poros dengan mengembangkan uap dari sekitar 6,9 MPag ke tekanan vakum, dan transfer torsi ke tenaga listrik dengan turbo-generator. Uap yang mengembang didinginkan dan dikembalikan pada wujud air dalam kondensor, dan kemudian air kondensat dibawa kembali ke reaktor melalui heat exchanger dan pompa air umpan reaktor. BWR komersial mengadopsi sirkulasi paksa siklus langsung sebagai standar, yang menetapkan loop resirkulasi di siklus air mendidih langsung untuk meningkatkan kecepatan aliran pendingin dan kepadatan daya di inti reaktor, dan untuk mengontrol daya termal reaktor dengan menyesuaikan resirkulasi laju aliran. Sebagian dari air umpan yang tergabung dengan saluran pembuangan dari pemisah uap reaktor turun di antara dinding internal tekanan bejana dan selubung inti reaktor, dan bergerak ke loop resirkulasi di mana tekanannya dinaikkan oleh pompa resirkulasi yang terletak di luar bejana, dan dikirim dari dasar bejana ke inti reaktor dengan pompa jet internal.

Pressurized Water Reactor

Siklus PWR terdiri dari dua sistem pendingin. Sistem pendingin utama menggunakan air bertekanan sebagai pendingin inti reaktor. Air panas bertekanan ditransfer ke sistem pendingin sekunder di pembangkit uap, dan air dalam sistem pendingin sekunder diubah menjadi uap untuk menggerakkan turbin. Sistem pendingin sekunder dipisahkan dari sistem pendingin primer di pembangkit uap, dan komponen di sistem pendingin sekunder, termasuk turbin uap, tidak memerlukan tindakan proteksi radiasi dalam operasi dan pemeliharaan mereka.

Pendingin utama bersirkulasi dalam loop dari inti reaktor ke pembangkit uap oleh pompa pendingin reaktor. Tekanan sistem pendingin primer dikendalikan dan dipertahankan pada sekitar 15.4 MPag dengan pressurizer yang terdiri dari electric heater, spray, relief, dan katup pengaman. Suhu air bertekanan dinaikkan oleh inti reaktor hingga sekitar 325 ^oC, dan panas dipindahkan ke sistem sekunder dalam generator uap. Aliran air uap dua fase dihasilkan, dan fraksi airnya dipisahkan dalam pemisah kelembaban multistage di generator uap. Uap sekitar 6.0 MPag dan 277 ^oC bermigrasi ke turbin uap untuk menghasilkan listrik, dan kemudian didinginkan dan dikembalikan ke air di kondensor.

Turbin Pembangkit

Pada turbin uap di pembangkit listrik tenaga nuklir, tekanan uap utama adalah dari 4,9 hingga 6,9 MPa dan penurunan panas total lebih kecil daripada pembangkit listrik berbahan bakar fosil. Konsumsi uap per output daya pembangkit listrik tenaga nuklir berkisar dari 1,6 hingga 1,8 kali lebih besar, dan karena tekanan uap utama yang lebih rendah, aliran volume per output daya 4 hingga 5 kali lebih besar daripada pembangkit listrik berbahan bakar fosil. Sebagai konsekuensi, komponen turbin nuklir menjadi lebih besar, seperti sudu tahap terakhir dari turbin LP, dan kecepatan putar dipertahankan pada 1500 atau 1800 rpm sesuai untuk kekuatan material mereka. Fitur pembeda lainnya adalah turbin nuklir beroperasi dalam kondisi uap jenuh. Seperti yang telah disebutkan, uap utama adalah uap jenuh 0,4% kebasahan, dan setelah ekspansi melalui turbin, kebasahan semakin meningkat. Karena fraksi air dalam uap basah ini menyebabkan erosi berbagai komponen turbin, banyak tindakan untuk antierosi diterapkan dalam turbin nuklir. Mengenai bilah yang berputar, tetesan air dipercepat oleh dampak aliran uap pada bilah, dan efisiensi internal turbin menurun akibat dampak erosi ini. Salah satu langkah untuk menanggulangi hal ini adalah bilah pengekstrak kelembaban, yang memanfaatkan alur di sepanjang bilah memanjang arah di sisi hisap di saluran masuk blade untuk menangkap tetesan air di uap dan keluarkan dengan gaya sentrifugal dari bilah yang berputar ke arah kantong pembuangan diatur pada komponen stasioner di sisi berlawanan dari alur. Komponen stasioner juga mengalami erosi yang berbeda dengan dampak erosi pada bilah yang berputar. Erosi wire-drawn terjadi pada flange permukaan komponen stasioner oleh intrusi saluran melalui celah kecil antara flange yang diikat. Logam anti-erosi menutupi flange sebagai salah satu tindakan melawan erosi wire-drawn.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR KONVERSI ENERGI LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Tanuma, Tadashi. (2017). Advances in Steam Turbines for Modern Power Plants. Duxford: Elsevier.

Author: admin