Untuk mencukupi kebutuhan listrik untuk suatu wilayah yang luas tentunya membutuhkan daya listrik yang sangat besar atau dengan kata lain membutuhkan ratusan atau bahkan ribuan MW (megawatt) listrik. Daya listrik yang sebesar ini tentulah membutuhkan pembangkit listrik skala besar. Salah satu jenis pembangkit listrik yang banyak ditemui di negara kita adalah Pembangkit Listrik Tenaga Uap atau disebut PLTU. Boiler merupakan salah satu komponen utama dari PLTU.

Boiler adalah alat penghasil uap bersuhu tinggi yang mana biasa dikenal dengan uap superheat. Untuk menggerakkan sebuah turbin tentu membutuhkan uap superheat dikarenakan untuk mencegah terjadinya kavitasi yang akan menyebabkan sudu-sudu turbin menjadi rusak. Karena sebagaimana diketahui suhu uap superheat tentu jauh diatas dari titik didih air. Maka diperlukanlah sebuah boiler yang mampu bekerja secara efektif dan efisien.

Dengan majunya teknologi, banyak ditemukan jenis-jenis boiler, salah satu diantaranya adalah PWR dan BWR. PWR memiliki kepanjangan Presurized Water Reactor sedangkan kepanjangan dari BWR adalah Boiler Water Reactor. Perbedaan utama dari keduanya adalah pada PWR, reaktor inti akan digunakan hanya untuk memanaskan air dan tidak sampai mendidih sedangkan pada BWR,reaktor inti akan digunakan untuk menghasilkan uap superheat yang akan digunakan untuk menggerakkan turbin.

Boiling Water Reactor (BWR) menggunakan air demineralisasi yang akan digunakan sebagai pendingin dan neutron moderator serta sebagai media kerja. Kalor dalam BWR akan dihasilkan melalui reaksi fisi yang terjadi di dalam inti reaktor, dan akan menyebabkan air berubah fase menjadi uap superheat. Setelah menjadi uap superheat barulah uap ini akan digunakan untuk menggerakkan turbin, setelah uap superheat keluar dari turbin maka pada akhirnya uap tersebut akan masuk ke dalam condenser dan uap tersebut akan mengalami perubahan fase menjadi air kembali dan akan digunakan dalam power plant system loop sebagaimana sebelumnya.


Proses pengendalian energi pada BWR menggunakan 2 metode yakni dengan memasukkan atau mengeluarkan control rods dan menaik-turunkan flowrate dari air yang melewati reaktor inti. Pada BWR modern terdiri dari 74 hingga 100 fuel rods dalam satu assembly yang mana diperkirakan mencapai berat total uranium dari satu reaktor inti mencapai 140 ton low-enriched uranium. Untuk BWR skala besar jumlah total fuel rod assembly bisa mencapai sekitar 800an.

Jenis bahan bakar nuklir yang biasa digunakan dalam BWR Uranium-235 dan Plutonium-239. Tidak semua jenis bahan bakar nuklir mampu menghasilkan energi dari reaksi fisi nuklir, semisal Plutonium-238 hanya akan menghasilkan energi melalui proses peluruhan radioaktif pada radioisotope thermoelectric generators. Bahan bakar nuklir memiliki densitas energi yang paling tinggi dibandingkan bahan bakar jenis lainnya. Pada proses fisi material-material fertil akan dikonversi menjadi material-material fisil. Semisal U-238 menjadi Pu-238 dan Pu-241 dan Th-232 menjadi U-233.

Boiling Water Reactor pressure vessel terdiri dari 3 bagian utama yakni inti reaktor, support structure, pemisah uap, dryer assemblies, fuel rods assemblies dan jet pump yang berfungsi untuk mensirkulasikan air pendingin. Fuel assemblies tersebut diletakkan dalam suatu channel yang terbuat dari zircaloy-4, channel ini didesain mampu memberikan rigiditas dan perlindungan terhadap fuel rods ketika dalam proses pemasangan.

Pada tahap awal BWR bekerja, air (pendingin reaktor) akan masuk melalui bagian bawah dari reaktor inti dan bergerak ke arah atas. Setelah melewati bagian atas BWR maka air tersebut akan berubah fase menjadi uap superheat, namun kualitasnya masih sangat rendah alias hanya sekitar 9% dari total water flowrate, dan kemudian air yang belum mampu teruapkan akan kembali menuju core bottom inlet melalui jet pumps dan akan tercampur bersama feedwater, dan pada akhirnya air tersebut akan bergerak kembali ke atas BWR. Setelah beberapa kali proses loop maka akhirnya tercapailah jumlah flowrate uap yang diinginkan.


Schematic diagram  boiling water reactor (BWR):
1. Reactor pressure vessel
2. Nuclear fuel element
3. Control rods
4. Recirculation pumps
5. Control rod drives
6. Steam
7. Feedwater
8. High pressure turbine
9. Low pressure turbine
10. Generator
11. Exciter
12. Condenser
13. Coolant
14. Pre-heater
15. Feedwater pump
16. Cold water pump
17. Concrete enclosure
18. Connection to electricity grid


Referensi:

Power Plant System Design, Kam W.Li and A. Paul Priddy

En.wikipedia.org