Pristiadi Utomo

Teknologi Geotermal

In Energi, Materi Fisika on 23 March 2009 at 5:58 pm

mountainsPendahuluan

Kata ‘geotermal’ secara literal berarti ‘bumi’ ditambah ‘panas’. Geotermal atau panas bumi adalah anugerah alam yang merupakan sisa-sisa panas dari hasil reaksi nuklir yang pernah terjadi pada awal mula terbentuknya bumi dan alam semesta ini. Reaksi nuklir yang masih terjadi secara alamiah di alam semesta pada saat ini adalah reaksi fusi nuklir yang terjadi di matahari dan juga di bintang-bintang yang tersebar di jagad raya. Reaksi fusi nuklir alami tersebut menghasilkan panas berorde jutaan derajad Celcius. Permukaan bumi pada mulanya juga memiliki panas yang sangat dasyat, namun dengan berjalannya waktu (dalam orde milyar tahun) suhu permukaan bumi mulai menurun dan akhirnya tinggal perut bumi saja yang masih panas berupa magma dan inilah yang menjadi sumber energi geotermal.

Pusat bumi dalamnya 4000 mil (6400 km), daerah ini diperkirakan bersuhu 7200°F (4000°C) atau lebih tinggi. Bebatuan mencair antara suhu 1200°F sampai 2200°F (650°C-1200°C) di kedalaman 50-60 mil (80-100 km). Panas secara konstan mengalir dari bagian dalam bumi ke permukaan hidrotermal, magma, babatuan panas yang kering, geopressured dihasilkan dari konsentrasi energi geotermal pada daerah tertentu di bawah permukaan.

Sumber hidrotermal adalah sumber uap atau air panas terbentuk saat air mengalir ke dalam bumi dan terkumpul di sana kemudian dipanaskan oleh bebatuan yang berlubang atau mengalami keretakan. Sumber ini diperoleh dengan mengebornya agar air itu bisa naik ke permukaan untuk digunakan bagi pembangkitan listrik atau dipakai langsung.

Geopressured resources adalah air yang tersimpan jauh di dalam tanah pada suhu yang moderat dan mengandung metana terlarut. Sekalipun teknologi untuk memanfaatkannya sudah tersedia, tetapi belum ekonomis bagi keperluan komersial.

Sumber batu karang panas (hot dry rock) terdapat pada kedalaman 5-10 mil (8-16 km) di berbagai tempat di bawah permukaan bumi, air dipompakan ke dalam tanah kemudian mengalir di antara batu karang tersebut lalu diambil lagi dalam bentuk air panas dari sumur yang lain.

Magma (atau bebatuan yang mencair) memiliki panas yang tinggi yang tinggi sekali tetapi teknologi yang ada belum memungkinkan dimanfaatkannya panas tersebut.

Geotermal (atau panas bumi) adalah panas yang tersimpan di dalam tanah atau batuan pada kedalaman yang dangkal. Sumber ini dimanfaatkan dengan geotermal heat pump.

Bagian dalam bumi merupakan sumber energi yang berlimpah—dan energi fosil hanyalah sebagian yang dimilikinya. Energi geotermal sejauh ini adalah sumber energi yang jauh lebih banyak. Kalau kita menempatkannya dalam perspektif, energi geotermal pada jarak 6 mil dari kerak bumi jumlahnya kira-kira 50.000 kali energi dari semua sumber minyak dan gas di dunia.

Energi geotermal termasuk energi primer yaitu energi yang diberikan oleh alam seperti minyak bumi, gas bumi, batubara, dan tenaga air. Selain itu energi geotermal termasuk juga energi yang terbarukan (renewable resource), yaitu energi non fosil yang bila dikelola dengan baik maka sumber dayanya relatif tidak akan habis, jadi amat sangat menguntungkan. Sumber energi geotermal adalah sumber daya terbesar di dunia dan telah digunakan oleh manusia selama berabad-abad. Disamping itu energi ini ramah lingkungan, dan dapat dimanfaatkan dengan cara-cara yang aman terhadap lingkungan.

Energi geotermal digunakan manusia sejak sekitar 2000 tahun SM berupa sumber air panas untuk pengobatan yang sampai saat ini juga masih banyak dilakukan orang, terutama sumber air panas yang banyak mengandung garam dan belerang. Sedangkan energi geotermal digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik baru dimulai di Italia pada tahun 1904. Sejak itu energi geotermal mulai dipikirkan secara komersial untuk pembangkit tenaga listrik. Pembangkit-pembangkit listrik energi geotermal yang beroperasi di seluruh dunia adalah bukti bahwa energi geotermal siap untuk dikonversi menjadi listrik di daerah yang secara geologis aktif. Baik masyarakat, perusahaan, universitas, dan fasilitas publik di wilayah barat Amerika Serikat memanfaatkan panas secara langsung dengan menggunakan air dari sumber di dalam tanah. Bagi pemilik rumah atau gedung di mana saja dapat menikmati energi tersebut dengan heat pump.

Pemanfaatan Energi Geotermal

Pemanfaatan energi geotermal konsepnya relatif sederhana : aliran energi termal tersedia di bawah permukaan bumi khususnya dari sumber air panas subterranean. Untuk menghasilkan daya listrik dari sumber geotermal, sumber uap atau air panas di bawah tanah diambil dengan menggunakan sumur-sumur dan uap memutar turbin yang membangkitkan listrik. Biasanya air dipompakan lagi ke dalam tanah untuk mengisi kembali reservoir (recharge) dan melengkapi siklus energi terbarukan.

Pemanfaatan Langsung Energi Geotermal .

Energi geotermal dapat dimanfaatkan secara langsung untuk keperluan greenhouses, ruangan, proyek pemanasan distrik dan industri. Temperaturnya antara 20°C sampai 150°C. Pemakaian panas langsung dapat mengurangi biaya energi sampai 80%. Biasanya investasi awal lebih besar, untuk sistem mekanis, pipa dan alat penukar panas dan kontrol. Untuk keperluan itu bisa dipasang Geothermal Heat Pump (pompa panas geotermal), teknologi yang ekonomis dan efisien untuk pemanasan, pendinginan ruangan dan pemanasan air. Teknologi ini tidak menghasilkan listrik—tetapi sangant mengurangi konsumsi listrik, baik untuk rumah, sekolah maupun bisnis (lihat gambar 1). Di musim dingin heat pump menarik energi panas dari dalam tanah. Di musim panas mode heat pump membalik dengan menyerap panas yang ada di dalam ruang atau gedung. Konsumsi listrik bisa dikurangi 30% sampai 60%.

Gambar 1

Geothermal Heat Pump.

Pemanfaatan Energi Geotermal Untuk Pembangkit Listrik.

1. Dry Steam Power Plant (Pembangkit Daya Uap Kering) merupakan tipe pertama pembangkit daya geotermal (di Italia tahun 1904). Geyser di Kalifornia Utara adalah sumber energi geotermal yang terbesar di dunia. Pembangkit ini memanfaatkan uap yang naik dari sumur dan diarahkan ke turbin/generator untuk menghasilkan daya (lihat gambar 2)

Gambar 2

Pembangkit Daya Uap Kering.

2. Flash Steam Power Plant, merupakan yang paling umum, memanfaatkan air dengan temperatur lebih dari 362°F (182°C). Air yang sangat panas ini dipompakan di dalam tekanan tinggi ke peralatan di permukaan, tekanannya turun tiba-tiba, sehingga sebagian dari air panas ini menjadi uap. Uap itu kemudian dipakai untuk menggerakkan turbin/generator. Air yang tersisa dan uap yang mengembun itu kemudian disuntikkan kembali ke bumi (lihat gambar 3).

Gambar 3

Flash Steam Power Plant

3. Binary Cycle Power Plant (Pembangkit Siklus Biner) bekerja pada suhu air yang lebih rendah 225°F-360°F (107°C-182°C).Pembangkit ini memanfaatkan air panas untuk mengubah air menjadi uap dalam sistem sekunder melalui suatu penukar panas (heat exchanger). Uap pada sistem sekunder itu kemudian dipakai untuk menggerakkan turbin/generator (lihat gambar 4).

Gambar 4

Binary Cicle Power Plant.

Performance suatu pembangkit yang siklis didasarkan pada efisiensi termal (h) yang dirumuskan sebagai berikut.

h = Wnet

Qs

Namun bagaimanapun pembangkit listrik geotermal bukan siklis, sehingga efisiensinya menggunakan utilisation efficiency (hu) yaitu membandingkan output pembangkit dengan output maksimum yang dapat diperoleh secara teori. Rumusnya adalah sebagai berikut.

hu = Wnet

Exergy

hu = Wnet dengan e = ketersediaan (availability)

e

Secara teknis klasifikasi tipe-tipe pembangkit daya geotermal digolongkan menjadi 8 sebagai berikut.

1. Direct Dry Steam

Skema diagram Direct Dry Steam seperti ditunjukkan di bawah ini.

Gambar 5

Direct Dry Steam

Uap dari sumber geotermal dihubungkan langsung dengan turbin/generator. Air yang tersisa setelah melalui kondensator/penyaring dipompa ke tower pendingin sebelum dipompa kembali untuk diinjeksikan ke sumber termal di bumi

Contoh tipe-tipe ini digunakan pada geyser di Larderello dan Monte Amiata (Italia), serta Matsukawa, Onikobe dan Kakkonda (Jepang).

2. Separated Steam

Skema diagram separated steam ditunjukkan seperti pada gambar 6 sebagai berikut.

Gambar 6

Separated Steam

Tipe ini hampir sama dengan direct dry steam, namun uap harus melalui separator dulu sebelum mencapai turbin/generator. Air yang tersisa dalam separator diinjeksikan ke bumi. Biasanya kondisi fluida dalam reservoir adalah sebagai cairan terkompresi pada suhu yang ditinggikan.

Contoh tipe ini digunakan di Cerro Prieto (Mexico), Ahuachapan Panzhetka (USSR atau sekarang Rusia)

3. Single-Flash Steam

Skema diagram tipe single-flassh steam dapat ditunjukkan pada gambar 7.

Gambar 7

Single-Flash Steam

Tipe ini hampir sama dengan separated steam, bedanya reservoir separator diganti dengan flasher. Fluida bumi yang muncul pada sumber geotermal sebagai cairan yang bertekanan rendah (saturated liquid), maka digunakan sistem single flash steam ini.

4. Double-Flash Steam

Skema diagram pembangkit tipe ini seperti ditunjukkan pada gambar 8.

Gambar 8

Double Flash Steam

Double flash menggunakan dua flasher dengan yang satu diletakkan di bawah permukaan. Tipe ini juga dilengkapi dengan separator. Kelebihan fluida dari separator dimasukkan menuju flasher. Biasanya tekanan dua jalur menuju turbin digunakan pada tipe ini, yaitu dari separator dan dari flasher. Dapat juga digunakan dua turbin menjadi satu dalam kombinasi gabungan tandem.

Contoh pembangkit yang menggunakan tipe ini adalah Hatchobaru (Jepang), Krafla (Islandia).

5. Multi-Flash Steam

Skema diagram tipe ini dapat ditunjukkan pada gambar 9.

Gambar 9

Multi Flash Steam

Tipe ini menggunakan lebih banyak flasher (tiga atau lebih) dengan menggunakan lebih banyak titik-titik tekanan uap masukan pada turbin/generator. Dengan demikian tiap-tiap turbin/generator yang dipasang dapat mensuplai daya listrik. Hal demikian dimungkinkan apabila sumber geotermalnya lebih dari satu sumur yang tersedia.

Contoh pembangkit listrik tipe ini ada di Wairakei Power Plant (Jepang).

6. Brine/Freon Binary Cycle (Brine/Isobutane Binary Cycle)

Skema diagram binary cycle seperti pada gambar 10.

Gambar 10

Binary Cycle

Fluida kerja atau gas kerja sekunder (seperti fluorocarbon, hidrokarbon) bertitik didih rendah, digunakan dalam siklus Rankine, dengan geofluida memindahkan energi termal yang bekerja pada fluida kerja mengubah ke bentuk uap. Perubahan itu terjadi di dalam pemindah panas (heat exchanger). Uap dari fluida kerja dapat mengerakkan turbin/generator sebelum masuk ke kondensor untuk diembunkan kemudian dipompa kembali ke heat exchanger.

Contoh pembangkit semacam ini ada pada Paratunka (USSR/Rusia), dan Otake (Jepang).

7. Hybrid/Fossil-Geothermal Conversion System

Skema diagram tipe ini seperti terlihat pada gambar 11.

Geothermal Preheat System Fossil Superheat System

Gambar 11

Compound Hybrid Fossil-Geothermal System

Keterangan :

PW = Production Well CP = Condensate Pump

S = Separator BH1,BH2 = Brine Heat Exchangers

R = Regenerator FWH = Feed Water Heater

SG = Steam Generator BFP = Boiler Feed Pump

SH = Super Heater F = Flasher

RH = Reheater GT1,GT2 = Geothermal Turbines

FSH = FossilSuperheater GG = Geothermal Generator

FT1,FT2 = Fossil Turbines GC = Geothermal Condenser

FG = Fossil Generator RP = Reinjection Pump

FC = Fossil Condenser IW = Injection Well

Tipe ini menggunakan bahan bakar fosil yang berdasarkan termodinamika dengan meningkatkan efisiensi ekspansi dalam turbin yang disebabkan oleh uap kering alami dalam pembangkit hibrid dibanding dengan ekspansi uap basah.

8. Total Flow.

Penggunaan mesin pemanfaatan geotermal dengan berbagai prototipe telah banyak dikembangkan untuk berbagai keperluan. Diantara total flow machine yang dapat disebutkan di sini, namun dipandang tidak memerlukan pembahasan lanjutan yang mendalam adalah sebagai berikut.

a. Sprankle Double Helix Expander.

b. Robertson Engine.

c. Keller Rotor Oscillating Vane Machine (KROV).

d. Armstead – Hero Turbine.

e. The Gravimetric Loop Machine.

f. The Biphase Turbine.

Produksi Daya Geotermal

Rancangan perlengkapan stasiun daya geotermal, turbin, pompa, dan lain-lain sangat dipengaruhi oleh karakteristik dan sifat kimia dari fluida yang tersedia pada sumur geotermal. Sifat kimia dari fluida mempengaruhi pilihan material untuk pembangkit listrik, dan kandungan gas dan unsur-unsur pokoknya mempengaruhi pilihan dan rancangan dari peralatan ekstraksi gas. Tipe dari sumber geotermal, ladang kering atau basah secara umum menentukan peralatan permukaan yang diperlukan untuk pemanfaatan fluida sumber geotermal. Pada ladang geotermal uap kering, uap keringnya akan dapat segera ditransmisikan kearah turbin tanpa memerlukan pengkondisian terlebih dahulu. Sedangkan pada ladang geotermal basah dua fase fluida akan dipisah di permukaan dan sebelum dikirim ke turbin, ini perlu memisahkan air dari uap. Pemisah (separator) semacam ini ditempatkan di pembangkit Wairakei, Cerro Prieto, Ohaaki, Tongonan dan lain-lainnya.

Air yang terpisah yang bertekanan rendah yang dihasilkan juga dari uap bertekanan rendah di Wairakei dibuang ke sungai, di Ahuachapan dibuang ke laut, di Cerro Prieto dibuang ke kolam penguapan, sedangkan di Ohaaki diinjeksikan kembali ke dalam sumur geotermal. Penginjeksian kembali sekrang lebih umu dipakai sebagai metode pembuangan. Drainase melalui sungai-sungai dan saluran air menyebabkan masalah lingkungan, yaitu mencakup kandungan panasnya dan kandungan kimiawi berbahaya dalam air seperti boron, arsen, merkuri.

Pemanfaatan uap pada dua jenis ladang sumber geotermal dapat digambarkan dalam diagram-diagram berikut ini.

1. Ladang Geotermal Kering (Dominan Gas)

a. Back Pressure Turbine

Sistem geotermal sederhana memakai back pressure turbine kemudian membuangnya ke atmosfer (lihat gambar 12).

Gambar 12

Back Pressure Turbine

b. Condensing Turbine

Peningkatan yang substansial dalam output daya muncul ketika pembuangan uap diembunkan. Untuk satu set yang diberikan dari kondisi pengembunan memberikan peningkatan output sekitar 40%. Tekanan pengembun yang khusus 0,05-0,15 bar absolut. Tekanan kondisi pengoperasian mirip back pressure turbine, yaitu 9 bar absolut (lihat gambar 13).

Gambar 13

Condensing Turbine

2. Ladang Geotermal Basah

a. Wet Steam Field

Turbin membutuhkan paling sedikit uap kering yang memenuhi, yang diperoleh dengan cara pemisahan dari air dalam separator (lihat gambar 14) dengan pembuangan air diinjeksikan kembali ke bumi atau dikirim ke pembuangan. Turbin akan back pressure atau condensing machine seperti yang dikemukakan di atas.

Gambar 14

Wet Steam Field

b. Two Pressure System

Agar proses ekstraksi menghasilkan energi sebanyak mungkin dari fluida geotermal, sistem dua (atau lebih) tekanan dapat digunakan. Gambar 15 menunjukkan sistem dua tekanan (two pressure system). Hasil ini kurang lebih 20% output lebih banyak daripada sistem tekanan tunggal (single pressure system) untuk kondisi ceruk (inlet) yang sama.

Gambar 15

Typical Two Pressure System

Prospek Energi Geotermal di Indonesia

Sebelum membahas lebih lanjut tentang prospek energi geotermal di Indonesia, ada baiknya kalau melihat pemanfaatan energi geotermal di negara lain sebagai upaya pemenuhan energinya. Berdasarkan beberapa acuan dapat dilihat pemanfaatan energi geotermal di beberapa negara seperti tampak pada tabel 1.

Tabel 1. Pemanfaatan dan perkembangan energi geotermal di berbgai negara.

Negara

1976 (MW)

1980 (MW)

!985 (MW)

2000 (MW)

Amerika Serikat

Italia

Filipina

Jepang

Selandia Baru

Meksiko

Islandia

Rusia

Turki

China

Indonesia

Argentina

Kanada

Spanyol

522

421

68

192

78,5

2,5

3

0,5

1

908

455

443

218

203

218

64

5,7

0,5

3

2,3

3.500

800

1.726

6.900

282

1.000

150

400

50

32,3

20

10

25

30.000

4.000

48.000

352

10.000

500

1.000

200

3.500

200

Jumlah

1.288,5

2.520,5

14.895,3

97.752

Dari tabel tersebut , tampak bahwa pemenuhan kebutuhan energi listrik pada beberapa negara melalui pemanfaatan energi geotermal terus meningkat.

Indonesia sebagai negara vulkanik memiliki 217 tempat yang diperkirakan potensial sebagai sumber energi geotermal. Berdasarkan data tahun 1997 potensi energi geotermal di Indonesia adalah seperti yang tertera pada tabel 2.

Tabel 2. Potensi energi geotermal di Indonesia.

Daerah sumber energi geotermal

Potensi energi Geotermal (MW)

Sumatra

Jawa

Sulawesi

Nusa Tenggara

Maluku

Irian Jaya

9.562

5.

1.300

200

100

165

Jumlah total

16.658

Apabila dilihat dari tabel 2 tampak bahwa pemanfaatan energi geotermal di Indonesia menyimpan potensi yang sangat besar terutama di Sumatra, Jawa, dan Sulawesi. Hal ini sangat menguntungkan bagi para penanam modal yang akan bergerak di bidang energi geotermal. Selain itu akan sangat mensejahterakan masyarakat, memberdayakan kalangan teknisi dan akademisi yang terlibat pada pemanfaatan energi geotermal, selain tentunya dapat menyerap banyak tenaga kerja. Pembangunan 4 unit berkekuatan 55 MW di Gunung Salak Jawa Barat, suatu proyek patungan antara Pertamina dan PT Unocoal Geothermal Indonesia, sudah membuktikan tujuan-tujuan tersebut. Proyek-proyek berikutnya sudah barang tentu akan segera disusul oleh penanam modal lainnya, mengingat bahwa kebutuhan energi di Indonesia yang terus meningkat.

Kesimpulan

Berdasarkan uraian di atas, kiranya dapat disimpulkan bahwa pemanfaatan energi geotermal beserta aplikasi teknologi geotermal sebagai sumber penyedia tenaga listrik atau untuk keperluan lain akan sangat menguntungkan. Apalagi kalau diingat bahwa pemanfaatan energi geotermal adalah termasuk teknologi yang ramah lingkungan dan dapat terbarukan, suatu hal yang dewasa ini sangat diperhatikan dalam setiap pembangunan dan pemanfaatan teknologi, agar alam masih dapat memberikan daya dukungnya bagi kehidupan umat manusia. Bila pemanfaatan energi geotermal dapat berkembang dengan baik, maka kota-kota di sekitar daerah sumber energi geotermal yang pada umumnya terletak di daerah pegunungan, kebutuhan energi listriknya dapat dipenuhi dari pusat listrik tenaga geotermal. Apabila masih terdapat sisa daya listrik dari pemanfaatan energi geotermal, dapat disalurkan ke daerah lain sehingga mengurangi beban yang harus dibangkitkan oleh pusat listrik tenaga uap, baik yang dibangkitkan oleh batubara maupun oleh tenaga diesel yang keduanya menimbulkan pencemaran udara.

Leave a Reply

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: