oleh: Elok S. Amitayani
Keuntungan operasi pembangkit nuklir terutama sekali disumbang oleh biaya bahan bakarnya yang murah. Artikel ini akan meringkas proses pembuatan bahan bakar nuklir; dari alam ke reaktor. Perhitungan singkat biaya per kWh listrik dari bahan bakar nuklir ini juga akan ditampilkan.
Tidak diketahui secara pasti berapa harga beli bahan-bakar oleh perusahaan pembangkit nuklir. Salah satu cara untuk memverifikasinya mungkin dengan melihat laporan keuangan mereka atau memberikan quesioner. Dalam perhitungan ini pun shipping cost belum ditambahkan karena akan sangat bervariasi. Setidaknya, dari data yang tersedia dapat ditelusuri perkiraan biaya bahan-bakar pembangkit nuklir per kWh listrik.
Terlepas dari pro-kontra seputar penggunaannya, kontribusi energi nuklir dalam pembangkitan listrik dunia hingga saat ini ternyata cukup besar. Di dunia terdapat 434 unit reaktor beroperasi yang tersebar di 30 negara dengan 370.543 MWe total kapasitas terpasang. Selain itu masih ada 68 reaktor dalam proses konstruksi (sumber: PRIS database IAEA).
Energi nuklir memiliki keunikan ekonomi yakni mahal dalam investasi tapi murah dalam operasi. Hal ini berkebalikan dengan jenis pembangkit fosil. Kekhasan ini memberikan daya tarik lebih bagi investor ketika opsi energi lain menjadi lebih mahal dalam jangka panjang dalam beberapa situasi, misalnya:
Value chain bisnis pembangkit nuklir meliputi forward distribution dimana listrik dijual ke pihak kedua yakni pengelola jaringan, dan backward distribution dimana pengadaan bahan bakar dilakukan.
Sebagai perbandingan berikut adalah data biaya bahan bakar/kWh dari beberapa perusahaan pembangkit di Amerika Serikat yang mengoperasikan pembangkit tenaga nuklir. Perbandingan dengan pembangkit lain yang dikelola perusahaan juga ditampilkan. Data diambil dari Annual Report yang dipublikasi (dalam sen $/kWh).
Sekian.
Biaya bahan bakar per kWh listrik untuk pembangkit nuklir
hanya sekitar 0,76 sen/kWh (76 rupiah) dengan asumsi nilai tukar Rp 10.000 per
dolar. Rata-rata reaktor PWR (pressurized water reactor) 1.000 MW membutuhkan
~24 ton bahan bakar per tahun. Dengan faktor kapasitas 85% akan dihasilkan
7,446 miliar kWh listrik dalam setahun. Harga bahan bakar nuklir siap pakai
adalah sekitar US$ 2.360/kg.
Gambar dikutip dari: http://www.rsd17.org/TeacherWebPage/HighSchool/HFerrer/Nuclear%20Fuel%20Cycle.htm
Keuntungan operasi pembangkit nuklir terutama sekali disumbang oleh biaya bahan bakarnya yang murah. Artikel ini akan meringkas proses pembuatan bahan bakar nuklir; dari alam ke reaktor. Perhitungan singkat biaya per kWh listrik dari bahan bakar nuklir ini juga akan ditampilkan.
Tidak diketahui secara pasti berapa harga beli bahan-bakar oleh perusahaan pembangkit nuklir. Salah satu cara untuk memverifikasinya mungkin dengan melihat laporan keuangan mereka atau memberikan quesioner. Dalam perhitungan ini pun shipping cost belum ditambahkan karena akan sangat bervariasi. Setidaknya, dari data yang tersedia dapat ditelusuri perkiraan biaya bahan-bakar pembangkit nuklir per kWh listrik.
Terlepas dari pro-kontra seputar penggunaannya, kontribusi energi nuklir dalam pembangkitan listrik dunia hingga saat ini ternyata cukup besar. Di dunia terdapat 434 unit reaktor beroperasi yang tersebar di 30 negara dengan 370.543 MWe total kapasitas terpasang. Selain itu masih ada 68 reaktor dalam proses konstruksi (sumber: PRIS database IAEA).
Energi nuklir memiliki keunikan ekonomi yakni mahal dalam investasi tapi murah dalam operasi. Hal ini berkebalikan dengan jenis pembangkit fosil. Kekhasan ini memberikan daya tarik lebih bagi investor ketika opsi energi lain menjadi lebih mahal dalam jangka panjang dalam beberapa situasi, misalnya:
· ketika permintaan energi meningkat tajam seperti di China dan India, atau
· ketika pengurangan polusi dan gas rumah kaca menjadi visi, atau
· ketika keamanan pasokan energi menjadi keharusan seperti di Perancis, Jepang (sebelum bencana Fukushima), Korea Selatan, dan AS.
Bahan bakar yang dimaksud berbentuk senyawa UO2
(uranium dioksida). Bahan dasarnya tentu saja uranium alam yang telah
diperkaya. Apa yang diperkaya?
Tentu saja kandungan uranium 235 (U-235) nya, yang merupakan material fisil yakni material yang dapat mempertahankan, sustaining, reaksi fisi.
Sebagai informasi, kandungan uranium alam terdiri dari ~99,3% isotop uranium 238 (U-238), menyisakan hanya ~0,7% (7 per mil) isotop U-235. Untuk reaktor daya dengan pendingin air ringan (LWR – light water reactor), kadar U-235 ini perlu ditingkatkan menjadi 3-4%. LWR adalah tipe reaktor yang paling banyak digunakan di dunia.
Berbeda dengan proses pada umumnya, peningkatan kadar U-235 tidak dilakukan dengan menambahkan U-235 dari tempat lain, namun dengan mengurangi jumlah U-238 yang ada hingga kadar U-235 yang diperlukan. Pada proses pengayaan ini banyak diproduksi depleted tail, atau uranium yang telah miskin/terkuras kandungan U-235 nya.
Untuk membuat bahan bakar reaktor, uranium perlu melalui 4 tahapan proses yakni: 1) penambangan itu sendiri 2) konversi 3) pengayaan dan 4) fabrikasi.
Hasil akhir proses ini adalah senyawa UO2 diperkaya, yang telah berbentuk pelet dan disusun vertikal dalam selongsong (fuel rod) dan dirangkai bersama menjadi fuel assembly. Fuel assembly inilah yang dimasukkan ke dalam reaktor. UO2 didalamnya akan dibakar dalam reaksi fisi guna menghasilkan energi untuk menggerakkan generator yang membangkitkan tenaga listrik.
Proses dan gambaran biaya pada setiap proses adalah sebagai berikut ini.
1) Uranium 8,9 kg U3O8 x $130 (US$ 1.160)
2) Konversi 7,5 kg UF6 x $11 (US$ 83)
3) Pengayaan 7,3 SWU x $120 (US$ 880)
4) Fabrikasi per kg UO2 (US$ 240)
Harga-harga per Juni 2013. (sumber: WNA. Data dapat bervariasi)
Pada setiap tahap terjadi kehilangan massa yang cukup berarti sehingga untuk membuat 1 kg bahan bakar reaktor dibutuhkan lebih dari 1 kg uranium alam. World Nuclear Association (WNA) menyebutkan dibutuhkan 8,9 kg uranium alam untuk setiap kg bahan bakar reaktor.
Uranium ditambang dan diproses menjadi uranium oksida(U3O8) yang kemudian diubah menjadi UF6 (gas) untuk keperluan pengayaan. Untuk setiap 8,9 kg U3O8 akan dihasilkan 7,5 kg UF6. Pada proses pengayaan kadar U-235 akan ditingkatkan menjadi 3 – 4% dengan satuan kerja SWU (separative work unit). Setelah 7,3 SWU akan dihasilkan 1 kg UF6 diperkaya. Pada proses fabrikasi, UF6 akan diubah menjadi UO2 yang akan dibentuk menjadi pelet dan disusun dalam selongsong/fuel rod.
Kumpulan selongsong (sekitar 200 atau lebih) membentuk bundel bahan bakar/fuel assembly. Setiap tipe reaktor memiliki konfigurasi fuel assemblynya sendiri. Konfigurasi pada AP1000 dari Westinghouse adalah 264 fuel rod per assembly yang disusun dalam matrik 17x17, dengan total fuel assembly 157 (Reactor AP1000 Design Control Document Ch 4).
Rata-rata reaktor PWR 1.000 MW membutuhkan 24 ton bahan bakar dengan biaya bahan bakar sekitar US$ 56,6 juta untuk operasi 1 tahun. Jika faktor kapasitas reaktor adalah 85%, listrik yang dihasilkan adalah 7,446 miliar kWh. Diperoleh biaya bahan bakar per kWh listrik adalah 0,76 sen/kWh (~76 rupiah). Hasil perhitungan ini dapat bervariasi karena periode bahan bakar dapat mencapai 1,5 tahun dan faktor kapasitas dapat mencapai lebih atau bahkan kurang dari 85%.
Tentu saja kandungan uranium 235 (U-235) nya, yang merupakan material fisil yakni material yang dapat mempertahankan, sustaining, reaksi fisi.
Sebagai informasi, kandungan uranium alam terdiri dari ~99,3% isotop uranium 238 (U-238), menyisakan hanya ~0,7% (7 per mil) isotop U-235. Untuk reaktor daya dengan pendingin air ringan (LWR – light water reactor), kadar U-235 ini perlu ditingkatkan menjadi 3-4%. LWR adalah tipe reaktor yang paling banyak digunakan di dunia.
Berbeda dengan proses pada umumnya, peningkatan kadar U-235 tidak dilakukan dengan menambahkan U-235 dari tempat lain, namun dengan mengurangi jumlah U-238 yang ada hingga kadar U-235 yang diperlukan. Pada proses pengayaan ini banyak diproduksi depleted tail, atau uranium yang telah miskin/terkuras kandungan U-235 nya.
Untuk membuat bahan bakar reaktor, uranium perlu melalui 4 tahapan proses yakni: 1) penambangan itu sendiri 2) konversi 3) pengayaan dan 4) fabrikasi.
Hasil akhir proses ini adalah senyawa UO2 diperkaya, yang telah berbentuk pelet dan disusun vertikal dalam selongsong (fuel rod) dan dirangkai bersama menjadi fuel assembly. Fuel assembly inilah yang dimasukkan ke dalam reaktor. UO2 didalamnya akan dibakar dalam reaksi fisi guna menghasilkan energi untuk menggerakkan generator yang membangkitkan tenaga listrik.
Proses dan gambaran biaya pada setiap proses adalah sebagai berikut ini.
1) Uranium 8,9 kg U3O8 x $130 (US$ 1.160)
2) Konversi 7,5 kg UF6 x $11 (US$ 83)
3) Pengayaan 7,3 SWU x $120 (US$ 880)
4) Fabrikasi per kg UO2 (US$ 240)
Harga-harga per Juni 2013. (sumber: WNA. Data dapat bervariasi)
Pada setiap tahap terjadi kehilangan massa yang cukup berarti sehingga untuk membuat 1 kg bahan bakar reaktor dibutuhkan lebih dari 1 kg uranium alam. World Nuclear Association (WNA) menyebutkan dibutuhkan 8,9 kg uranium alam untuk setiap kg bahan bakar reaktor.
Uranium ditambang dan diproses menjadi uranium oksida(U3O8) yang kemudian diubah menjadi UF6 (gas) untuk keperluan pengayaan. Untuk setiap 8,9 kg U3O8 akan dihasilkan 7,5 kg UF6. Pada proses pengayaan kadar U-235 akan ditingkatkan menjadi 3 – 4% dengan satuan kerja SWU (separative work unit). Setelah 7,3 SWU akan dihasilkan 1 kg UF6 diperkaya. Pada proses fabrikasi, UF6 akan diubah menjadi UO2 yang akan dibentuk menjadi pelet dan disusun dalam selongsong/fuel rod.
Kumpulan selongsong (sekitar 200 atau lebih) membentuk bundel bahan bakar/fuel assembly. Setiap tipe reaktor memiliki konfigurasi fuel assemblynya sendiri. Konfigurasi pada AP1000 dari Westinghouse adalah 264 fuel rod per assembly yang disusun dalam matrik 17x17, dengan total fuel assembly 157 (Reactor AP1000 Design Control Document Ch 4).
Rata-rata reaktor PWR 1.000 MW membutuhkan 24 ton bahan bakar dengan biaya bahan bakar sekitar US$ 56,6 juta untuk operasi 1 tahun. Jika faktor kapasitas reaktor adalah 85%, listrik yang dihasilkan adalah 7,446 miliar kWh. Diperoleh biaya bahan bakar per kWh listrik adalah 0,76 sen/kWh (~76 rupiah). Hasil perhitungan ini dapat bervariasi karena periode bahan bakar dapat mencapai 1,5 tahun dan faktor kapasitas dapat mencapai lebih atau bahkan kurang dari 85%.
Sebagai perbandingan berikut adalah data biaya bahan bakar/kWh dari beberapa perusahaan pembangkit di Amerika Serikat yang mengoperasikan pembangkit tenaga nuklir. Perbandingan dengan pembangkit lain yang dikelola perusahaan juga ditampilkan. Data diambil dari Annual Report yang dipublikasi (dalam sen $/kWh).
Alabama Power
Company, US 2012 2011 2010
2009
Coal 3,30 3,16 3,02 -
Nuclear 0,80 0,66 0,60 -
Gas 3,06 3,92 4,47 -
Coal 3,30 3,16 3,02 -
Nuclear 0,80 0,66 0,60 -
Gas 3,06 3,92 4,47 -
Georgia Power
Company, US 2012 2011 2010
2009
Coal - 4 ,70 4 ,53 4 ,12
Nuclear - 0 ,78 0 ,66 0 ,55
Gas - 4 ,92 5 ,75 5 ,30
Coal - 4 ,70 4 ,53 4 ,12
Nuclear - 0 ,78 0 ,66 0 ,55
Gas - 4 ,92 5 ,75 5 ,30
Duke Energy, US 2012 2011 2010
2009
Coal - 3 ,17 3 ,04 2 ,88
Nuclear - 0 ,55 0 ,52 0 ,48
Gas - 5 ,89 6 ,77 7 ,71
Coal - 3 ,17 3 ,04 2 ,88
Nuclear - 0 ,55 0 ,52 0 ,48
Gas - 5 ,89 6 ,77 7 ,71
Sekian.
