Endiah Puji Hastuti
PTRKN - BATAN
ABSTRACT
EVALUATION OF THE FIRST INDONESIAN NUCLEAR POWER PLANT CORE OF PWR TYPE. Development planning for the first Nuclear Power Plant in Indonesia has been appeared on National Energy System (NES=National Energy System) and also on NPP roadmap. One of this step is arranging of user requirement document (URD). Regarding to those document the reactor will be selected for the first NPP should be has the proven technology or has been operated. Concerning to the variatif design of Nuclear power plant by difference vendor, it is necessary to study about basic design of NPP, especially for reactor core design. Purpose of this assessment are to explain the technical aspect of core design for PWR 1000MWe class. Methodology used in this evaluation base on IAEA safety standard, BAPETEN regulation and BATAN cooperation. The selection of reactor core design should be base on design philosophy that refer to simplicity, the high safety margin and also proven technology. The advantage of safety design from conventional reactor to passive system reactor will increase the safety design. The evaluation results show there is variations reactor power for 1000MWe class from 900MWe till 1100MWe was design by many reactor vendors. Regarding to the proven definition by BAPETEN, there is possibility to select the advanced PWR in the future.
Key words: NPP reactor core design, PWR 1000MWe class, first Indonesia NPP
Prosiding Seminar Nasional ke-15 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir ISSN : 0854 � 2910 Surakarta, 17 Oktober 2009
EVALUASI DESAIN TERAS REAKTOR DAYA TIPE PWR PERTAMA INDONESIA
ABSTRAK
EVALUASI DESAIN TERAS REAKTOR DAYA TIPE PWR PERTAMA INDONESIA. Rencana pembangunan reaktor PLTN pertama di Indonesia telah dituangkan dalam Sistem Energi Nasional (SEN) dan direncanakan dalam roadmap PLTN. Salah satu langkah yang telah dilakukan adalah penyusunan dokumen pengguna (URD=user requirement document). Reaktor yang akan dipilih adalah reaktor yang telah proven atau telah dioperasikan. Mengingat bahwa desain reaktor bervariatif, maka perlu dikaji dasar pemilihan desain, dalam kajian ini dibatasi pada desain teras reaktor saja. Kajian ini bertujuan untuk menjelaskan aspek teknis desain teras PWR kelas 1000MWe. Metodologi yang digunakan adalah kajian melalui penelusuran persyaratan desain teras reaktor daya dari Badan tenaga atom internasional (IAEA=International Atomic Energy Agency), dan badan regulasi dalam hal ini adalah BAPETEN serta dari berbagai sumber hasil kerjasama BATAN. Pemilihan desain teras reaktor harus berdasarkan pada filosofi desain yang mengacu pada desain yang sederhana, marjin keselamatan yang tinggi dan bukan merupakan reaktor yang sedang diuji. Peningkatan desain keselamatan reaktor dari konsep sistem keselamatan yang sederhana dengan konsep sistem aktif yang dikembangkan pada PWR yang telah proven menjadi sistem keselamatan pasif, mempunyai nilai tambah pada desain keselamatan. Hasil evaluasi menunjukkan bahwa rentang daya reaktor kelas 1000MWe yang didesain oleh berbagai vendor, sangat bervariasi antara 900 MWe hingga 1100MWe. Mengacu pada definisi proven yang terdapat pada peraturan BAPETEN, tidak tertutup kemungkinan pemilihan reaktor daya maju di masa depan.
Kata kunci: desain teras reaktor daya, PWR kelas 1000MWe, PLTN I Indonesia
PENDAHULUAN
Rencana pembangunan reaktor PLTN pertama di Indonesia telah dituangkan dalam Sistem Energi Nasional (SEN) [1] dan direncanakan dalam roadmap PLTN. Salah satu langkah yang telah dilakukan adalah penyusunan dokumen pengguna (UCD = User Common Document) dan dokumen persyaratan pengguna (URD=user requirement document [2]. Dokumen persyaratan pengguna berisi kebijakan yang diambil dalam memilih tipe reaktor daya yang akan dibangun sebagai PLTN pertama di Indonesia. Reaktor pembangkit daya pertama yang akan dipilih adalah reaktor yang telah proven atau telah mempunyai pengalaman operasi. Mengingat bahwa setiap vendor memiliki desain reaktor yang berbeda, maka perlu dikaji dasar pemilihan desain, dalam kajian ini dibatasi pada desain teras reaktor saja. Reaktor merupakan tempat berlangsungnya reaksi fisi yang merupakan sumber penghasil panas yang sangat besar pada reaktor pembangkit energi. Berbeda dengan pembangkit daya yang berbahan bakar fosil, reaktor PLTN selain membangkitkan panas juga menyebabkan paparan radiasi yang sekecil mungkin boleh diterima oleh pekerja radiasi maupun masyarakat sekitar, oleh karena itu persyaratan yang diterapkan pada desain reaktor sangat ketat. Selain itu terdapat berbagai jenis reaktor PLTN dengan berbagai tingkat daya dan fitur keselamatan yang selalu dikembangkan oleh berbagai vendor, untuk memilih jenis reaktor pertama di Indonesia tentu harus dilakukan dengan hati hati berdasarkan berbagai kriteria yang telah ditetapkan.
Kajian ini bertujuan untuk menjelaskan aspek teknis desain teras PWR kelas 1000MWe. Diharapkan kajian desain teras reaktor daya dan perkembangannya memberikan pemahaman yang komprehensip bagi pengambil keputusan, sebagai pertimbangan pemilihan desain teras reaktor daya. Metodologi yang digunakan adalah kajian melalui penelusuran persyaratan desain teras reaktor daya dari Badan tenaga atom internasional (IAEA=International Atomic Energy Agency), dan badan regulasi dalam hal ini adalah BAPETEN serta dari EPRI (Electrical power research Institute).
Perkembangan desain teras reaktor daya dari berbagai vendor dengan berbagai variasi daya, juga merupakan aspek yang perlu dikaji. Pemilihan desain teras reaktor harus berdasarkan pada filosofi desain yang mengacu pada desain yang sederhana, marjin keselamatan yang tinggi dan bukan merupakan reaktor yang sedang diuji. Peningkatan desain keselamatan reaktor dari konsep sistem keselamatan yang sederhana dengan konsep sistem aktif yang dikembangkan pada PWR yang telah beroperasi menjadi sistem keselamatan pasif, mempunyai nilai tambah pada desain keselamatan.
DESKRIPSI PERSYARATAN DESAIN TERAS REAKTOR
Kriteria Desain
Sebelum menentukan desain teras reaktor daya pertama, terdapat beberapa pertanyaan terkait desain, lisensi serta pendanaan dan kontrak di bawah ini[3]. Parameter terkait desain PLTN dan kinerja teknis.
1. Berapa standard daya yang direncanakan?
2. Fitur keselamatan yang dipilih, dari aspek keselamatan, ekonomi, lingkungan, limbah, infrastruktur dan ketersediaan di Indonesia?
3. Bagaimana keterkaitan desain dengan dokumen pembanding seperti URD atau EUR?
4. Apakah tujuan utama desain yang diharapkan?
5. Bagaimana dengan pengalaman desain dan validasi yang dimiliki terkait desain yang diusulkan dan desain yang serupa?
Pertanyaan terkait keselamatan dan lisensi PLTN
1. Apakah desain telah memenuhi persyaratan badan pengawas?
2. Apakah desain yang diajukan telah memenuhi standard keselamatan IAEA?
3. Apakah desain telah mendapatkan lisensi?
4. Apakah kejadian eksternal telah diperhitungkan dalam desain?
5. Apakah desain fitur keselamatan telah meminimalkan kecelakaan hipotetis terparah?
6. Bagaimana pengaturan pasokan bahan bakar?
7. Apakah ada rencana pengambilan kembali uranium dari bahan bakar bekas?
Pertanyaan terkait dengan pendanaan dan kontrak
1. Bagimana tipe pendanaan yang akan dipilih?
2. Bagaimana kontrak pengiriman yang akan dipilih?
3. Apakah ada kebijakan kerjasama dengan partisipasi nasional atau transfer teknologi dan transfer pengalaman.
Jawaban atas pertanyaan di atas akan menentukan kebijakan awal ke arah jenis dan ukuran reaktor yang akan dipilih. Selanjutnya terdapat persyaratan standard keselamatan yang harus dipenuhi sesuai dengan peraturan badan tenaga atom internasional dan badan pengawas di Indonesia.
Badan Tenaga Atom Internasional telah menetapkan persyaratan standard keselamatan untuk desain teras reaktor yaitu Safety standard NS-R-1: Safety of Nuclear Power Plant [4]. Untuk memenuhi ketentuan persyaratan tersebut maka standar tersebut diuraikan lebih rinci dalam Safety Guide IAEA No: NS-G-1.12 tentang Design of the reactor for Nuclear Power Plant [5,6], yang dibuat dengan tujuan untuk memberikan rekomendasi terkait fitur keselamatan di dalam desain reaktor daya. Di bawah ini diuraikan tujuan dan konsep desain yang perlu diperhatikan.
- Tujuan dan konsep keselamatan
Ada tiga tujuan keselamatan pokok yang menjadi dasar untuk memperoleh persyaratan guna meminimalkan risiko terkait dengan desain reaktor daya, yaitu
1. Tujuan Umum Keselamatan Nuklir yang didesain untuk melindungi perorangan, masyarakat dan lingkungan dari kerusakan dengan membentuk dan menjaga pertahanan yang efektif terhadap bahaya radiologis di dalam instalasi nuklir.
2. Tujuan Proteksi Radiasi, yang dimaksudkan untuk menjamin agar dalam semua keadaan operasi paparan di dalam instalasi atau paparan akibat pelepasan zat radioaktif yang direncanakan dari instalasi dijaga agar berada di bawah batas yang ditetapkan dan sesuai dengan prinsip ALARA (as low as reasonably achievable), serta untuk memastikan mitigasi konsekuensi radioaktif dari setiap kecelakaan.
3. Tujuan Keselamatan Teknis adalah untuk melakukan semua tindakan yang mungkin dalam rangka mencegah kecelakaan di dalam instalasi nuklir dan memitigasi konsekuensinya seandainya terjadi kecelakaan, dan untuk menjamin dengan tingkat keyakinan yang tinggi bahwa, untuk semua kecelakaan yang mungkin yang diperhitungkan dalam desain instalasi, termasuk kecelakaan-kecelakaan yang memiliki kebolehjadian yang kecil, konsekuensi radiologisnya akan kecil dan di bawah batas yang ditetapkan; serta menjamin agar kemungkinan terjadinya kecelakaan yang memiliki konsekuensi radiologis serius sangat kecil.
- Persyaratan manajemen keselamatan
Di dalam persyaratan ini dijelaskan bahwa organisasi pengoperasi memiliki tanggung jawab menyeluruh terhadap keselamatan. Meskipun demikian, semua organisasi yang terlibat dalam kegiatan yang penting terhadap keselamatan memiliki tanggung jawab untuk menjamin agar hal-hal mengenai keselamatan diberikan prioritas tertinggi.
Dalam persyaratan ini diatur beberapa hal yaitu:
- organisasi desain harus menjamin agar instalasi didesain dengan memenuhi persyaratan dari organisasi pengoperasi, termasuk segala persyaratan standar utilitas;
- desain menyertakan perkembangan mutakhir dalam teknologi keselamatan;
- desain telah sesuai dengan spesifikasidesain dan analisis keselamatan;
- agar desain memenuhi persyaratan pengawasan nasional;
- agar desain memenuhi persyaratan mengenai program jaminan mutu yang efektif;
- dan agar keselamatan dalam setiap perubahan dalam desain dipertimbangkan dengan saksama.
Persyaratan teknis utama
Persyaratan utama yang menjadi dasar desain adalah konsep pertahanan berlapis. Konsep pertahanan berlapis diterapkan pada semua aktivitas keselamatan, baik yang terkait dengan organisasi, perilaku ataupun desain, persyaratan ini bertujuan untuk menjamin agar seluruh aktivitas keselamatan terkena ketentuan yang berlapis, agar apabila terjadi kegagalan, akan dapat dideteksi dan dikompensasi atau dikoreksi dengan tindakantindakan yang tepat. Konsep ini telah dikembangkan lebih jauh sejak 1988. Penerapan konsep pertahanan berlapis pada seluruh desain dan operasi memberikan proteksi bertingkat terhadap berbagai macam transien, kejadian operasional terantisipasi dan kecelakaan, termasuk yang disebabkan oleh kegagalan peralatan atau tindakan manusia di dalam instalasi, dan kejadiankejadian yang berasal dari luar instalasi.
Persyaratan desain instalasi
Desain instalasi mensyaratkan terpenuhinya klasifikasi keselamatan Struktur, sistem dan komponen (SSK), termasuk perangkat lunak untuk instrumentasi dan kendali (I&K) yang penting bagi keselamatan harus diidentifikasi dan diklasifikasi berdasarkan fungsi dan bobot kepentingannya terhadap keselamatan. Struktur, sistem dan komponen tersebut harus didesain, dikonstruksi dan dirawat sedemikian sehingga mutu dan keandalannya sepadan dengan klasifikasi ini.
Persyaratan untuk desain sistem instalasi
Perlu dicatat bahwa keselamatan nuklir diperoleh melalui kombinasi berbagai desain manufaktur, konstruksi dan operasi. Aspek penting ditinjau dari neutronik, thermohidrolika, mekanikal, kimia dan iradiasi untuk desain teras reaktor daya yang aman.
KESELAMATAN DALAM DESAIN REAKTOR
Desain teras reaktor mencakup bagian internal bejana reaktor dan peralatan yang terpasang di dalam bejana reaktor untuk keperluan kendali reaktivitas dan system shutdown reactor. Interaksi dari internal dan desain teras reaktor mencakup bagian internal bejana reaktor dan peralatan yang terpasang, peralatan dengan pendingin reaktor dan komponen sistem pendingin reaktor termasuk batas tekanan.
Desain teras reaktor harus mencakup struktur, sistem dan komponen:
- Perangkat bahan bakar (fuel assembly) dan penopang bahan bakar dan komponen lainnya di dalam konfigurasi geometris yang telah ditentukan, moderator dan pendingin di dalam teras reaktor.
- Komponen dan struktur yang digunakan untuk kendali reaktivitas dan shutdown, penyerap neutron (padat atau cair), struktur terkait dan mekanisme penggerak batang kendali, dan komponen terkait di dalam sistem fluida. Struktur penopang (support structures) yang melengkapi fondasi teras di dalam bejana reaktor, struktur pengarah aliran pendingin, seperti core barrel atau tabung tekanan, dan tabung pengarah (guide tube) untuk kendali reaktivitas.
- Internal bejana reactor lainnya, seperti tabung instrumentasi, instrumentasi di dalam teras untuk monitoring teras, pemisah uap dan sumber neutron Teras reaktor adalah tempat terjadinya reaksi fisi, persyaratan desain keselamatan yang harus diperhatikan pada desain teras reaktor dan fitur keselamatan terkait tidak berbeda dengan desain reaktor secara keseluruhan yaitu:
- Tujuan keselamatan nuklir secara umum (General Nuclear safety objective): yang bertujuan untuk melindungi masyarakat dan lingkungan dari bahaya dengan cara menjaga dan mempertahankan (establishing and maintaining) instalasi nuklir secara efektif terhadap ancaman bahaya radiologi.
- Tujuan proteksi radiasi (radiation protection objektif): untuk menjamin agar pada setiap kondisi operasi paparan iradiasi di dalam instalasi nuklir atau paparan yang direncanakan/disebabkan oleh lepasnya material radioaktif dari instalasi yang dipertahankan berada di bawah limit dan as low as reasonably achievable, dan untuk menjamin mitigasi dari konsekuensi radiologis dari berbagai kecelakaan.
Desain Umum teras reaktor dan fitur keselamatan terkait
- Teras reaktor dan sistem pendingin, kendali dan proteksi terkait harus didesain dengan margin yang tepat untuk menjamin agar batasan desain yang ditetapkan tidak dilampaui dan agar standar keselamatan radiasi berlaku pada semua status operasi dan kecelakaan dasar desain, dengan memperhitungkan nilai ketidaktpastian yang ada.
- Teras reaktor dan komponen internalnya yang berada di dalam bejana reaktor harus didesain dan dipasang sedemikian rupa sehingga dapat bertahan terhadap beban statis dan dinamis yang diperkirakan pada semua status operasi, kecelakaan dasar desain dan kejadian luar sampai ke tingkat yang diperlukan untuk menjamin pemadaman reaktor yang aman, dalam rangka menjaga reaktor agar tetap subkritis dan menjamin reaktor tetap dingin.
- Derajat maksimum reaktivitas positif dan laju maksimum peningkatan reaktivitas positif akibat penyisipan pada status operasi dan kecelakaan dasar desain harus dibatasi sedemikian rupa sehingga tidak terjadi kegagalan pada bagian dari sistem pendingin reaktor bertekanan, kemampuan pendinginan akan tetap terjaga, dan tidak ada kerusakan yang berarti pada teras reaktor.
- Harus dijamin bahwa kebolehjadian terjadinya kekritisan-ulang (recriticallity) atau ekskursi reaktivitas yang mengikuti kejadian pemicu terpostulasi dapat diminimalkan di dalam desain.
- Teras reaktor dan sistem pendingin, kendali dan proteksi yang terkait harus didesain untuk dapat dengan mudah diinspeksi dan diuji sepanjang umur instalasi.
- Tujuan keselamatan teknis (technical safety objective). Untuk mengambil seluruh pengukuran yang dapat dilakukan guna mengantisipasi kecelakaan di instalasi nuklir dan memitigasi konsekuensi yang dapat terjadi, untuk menjamin dengan kepercayaan tinggi, bahwa seluruh kecelakaan yang mungkin terjadi telah diperhitungkan dalam desain instalasi, termasuk yang memiliki probabilitas rendah.
