Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

Kekayaan alam Indonesia memang melimpah ruah, dari mulai sumber daya alam sampai sumber daya mineral semua tersedia. Sumber daya mineral yang melimpah di negara tercinta ini antara lain emas, tembaga, platina, nikel, timah, batu bara, migas, dan panas bumi. Panas Bumi (Geothermal) adalah salah satu kekayaan sumber daya mineral yang belum banyak dimanfaatkan. Salah satu pemanfaatan energi panas bumi saat ini di dunia pada umumnya adalah sebagai sumber daya pembangkitan energi listrik.

Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) cukup menjanjikan. Apalagi kalau diingat bahwa pemanfaatan energi panas bumi sebagai sumber penyedia tenaga listrik adalah termasuk teknologi yang tidak menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan, 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 panas bumi dapat berkembang dengan baik, maka kota-kota di sekitar daerah sumber energi panas bumi yang pada umumnya terletak di daerah pegunungan, kebutuhan tenaga listriknya dapat dipenuhi dari pusat listrik tenaga panas bumi. Apabila masih terdapat sisa daya tenaga listrik dari pemanfaatan energi panas bumi, dapat disalurkan ke daerah lain sehingga ikut mengurangi beban yang harus dibangkitkan oleh pusat listrik tenaga uap, baik yang dibangkitkan oleh batubara maupun oleh tenaga diesel yang keduanya menimbulkan pencemaran udara.

Energi Panas Bumi

Bumi kita diselimuti oleh atmosphere yang terdiri dari lapisan-lapisan yang disebut sebagai Crust, Mantle, Liquid core, Inner core. Temperatur serta massa jenis meningkat semakin mendekati pusat bumi. Hanya lapisan terluar bumi yang sangat dikenal manusia, terdiri dari Continental crust, Ocean Crust serta lapisan es pada kutub bumi. Dalam pengertian Geothermal energi hanya dipelajari tentang panas yang terdapat pada kerak bumi (Crust) dan bagian atas mantle.

Crust atau kerak bumi merupakan lempengan-lempengan yang terpisah dan diperkirakan terdiri dari 6 lempengan besar dan beberapa lempeng yang lebih kecil. Lempengan-lempengan tersebut bergerak dengan kecepatan rata-rata beberapa cm/tahun, lempengan yang bergerak menjauhi akan membentuk rongga saling mendekat akan berbenturan dan salah satu akan terdesak turun, pada daerah-daerah ini sering terjadi gempa dan disebut sebagai Seismic belt dan terdapat daerah-daerah gunung berapi, pada daerah-daerah tersebutlah daerah panas bumi terletak.

1. Daerah Panas Bumi

Pada kenyataannya tidak semua daerah Seismic belt merupakan daerah panas bumi (Geothermal field) yang potensial, hal ini disebabkan persyaratan geologi, hidrologi yang tak terpenuhi. Persyaratan dasar yang harus dipenuhi untuk suatu daerah panas bumi yang potensi untuk di explotasi sebagai pembangkit listrik, adalah :

Daerah panas bumi berdasarkan gradient temperatur dipermukaan tanah diklasifikasikan menjadi 2 group yaitu :

a. Non thermal area (grad temp 10 - 40 0C km depth)

b. Thermal area, terdiri dari : Semi thermal area (70-80 0C km of depth) dan Hypethermal area (lebih besar dari Semi thermal)

Berdasarkan kemampuan daerah panas bumi memproduksi  fluida kerja, daerah panas bumi diklasifikasi sebagai berikut:    

1. Semi thermal fields, mampu memproduksi air panas dengan temperatur sampai dengan 100 oC. 

2. Wet fields, memproduksi air panas yang berdekatan dengan temperatur diatas 100 oC hingga bila tekanan diturunkan , uap dapat dipisahkan dengan air panas. 

3. Dry fields, memproduksi uap jenuh, atau superheated tekanan di atas atmosphere.

2. Klasifikasi Sumber Panas Bumi

a. Hot Water System

Model dasar dari reservoir dengan temperatur air yang tinggi diperkirakan terletak pada daerah dataran rendah. Tanda panah menunjukkan arah aliran zat cair yang menuju permukaan tanah yang berasal dari resevoir. Pengendapan mineral yang menjadi ciri utama terjadi tidak hanya disekitar reservoir tetapi juga dilapisan dekat permukaan tanah. Seluruh perpindahan panas secara alami terjadi pada bagian atas reservoir.

Contoh :
Imperal Vallery USA
Cesano Prospect Italia
Milos Yunani

b. Two Phase System (heat water for Maontainous Terrain)
Model dasar temperatur tinggi untuk sistem dua phasa ini di perkirakan terletak didaerah pegunungan dengan aliran air yang sangat besar (ditujukkan pada gambar yang di arsir warna hitam) sumber panas adalah pluton dingin. Aliran air kepermukaan tanah ditandai dengan adanya pengendapan mineral pada permukaan tanah. Sebagian besar dari perpindahan panas secara alami dari pluton melalui reservoir adalah timbulnya aliran air panas pada permukaan tanah.

Contoh :
Lahendong
Dieng
Tongonan Piliphina
Gunung Salak

c. Vapor Dominated System
Model dasar dari Vapor Dominated System ini diperkirakan terletak pada daerah yang moderat. pada sistem ini dapat dilihat dengan adanya  proses condensasi (ditunjukkan pada daerah yang diarsir warna hitam) pada lapisan dari fluida diaphasa. Sedikit sekali air permukaan yang dipanasi. Hanya dalam reservoir uap panas dari bagian bawah reservoir bergerak ke permukaan. Perpindahan panas dalam reservoir adalah dengan mengalirkanya condensat dan uap menuju permukaan tanah akibat konduksi Hot Rock ke air resapan. 

Contoh :
Kamojang
Darajad
Ladarelo

d. Volcanic Geothermal System
Sistem ini agak sukar dipahami, hanya menurut ahli geothermal bernama Henley diperkirakan pada daerah gunung berapi ini terdapat gas dan oxidasi yang menghasilkan sulfat atau asam chorida seperti yang terjadi di daerah Sibayak dan Tangkuban Prahu.

Potensi Reservoir Panas Bumi

a. Potensi Reservoir
Yang dimaksud dengan resevoir adalah lapisan batuan permeable yang dapat menyimpan dan mengalirkan fluida. Kandungan panas dalam resevoir dihitung berdasarkan data-data Volume reservoir, temperatur, porositas, density, thermal capasity. Data-data tersebut diperoleh dari survey geology, hydrology, geochemical, geophysic dan pengeboran sumur-sumur explorasi.

b. Field Run Down
Pengambilan uap (fluida) yang terlalu berlebihan akan mempengaruhi tekanan dan temperatur resevoir, sehingga turbin tidak dapat mencapai kapasitas maksimumnya. Oleh karena perhitungan kapasitas reservoir berdasarkan parameter-parameter yang tidak diukur secara langsung maka hasil perhitungan tidak dapat dijadikan pegangan mutlak. Untuk mengurangi resiko field run down biasanya PLPT dibangun secara bertahap sambil mengamati perubahan-perubahan pada resevoir.

Exploitasi Panas Bumi

Yang dimaksud dengan exploitasi panas bumi adalah:
1. Usaha mencari/menentukan daerah panas bumi
2. Menentukan karakteristik dari daerah panas bumi (semithermal atau hyperthermal)
3. Menentukan apakah daerah hyper thermal (bila di temukan, merupakan steam atau water dominated)
4. Mempelajari lebih teliti, lokasi, luas, kedalaman dan temperatur daerah panas bumi.
5. Mengetimasi potensi daya yang dapat diperoleh dari energi panas yang ada pada daerah panas bumi itu.

Pelaksanaan kegiatan explorasi memerlukan kerja sama dari beberapa disiplin ilmu antara lain Geology, geochemistry, geophysics dan engineering.

Dari data-data yang diperoleh tersebut diambil suatu keputusan pertimbangan sebagai berikut :
a) Bagaimanakah kira-kira prospek panas bumi tersebut untuk explorasi  selanjutnya.
b) Bila prospeknya baik , apakah pengeborannya secara teknik bisa dilakukan.
c) Bila dapat, berapa kira-kira kedalamannya
d) Tentukan letak-letak sumur explorasi yang mula-mula akan dibor.

Perhitungan Energi Panas Bumi

Perkiraan atau penilaian potensi panas bumi pada prinsipnya mempergunakan data-data geologi, geofisika, dan geokimia. Analisa-analisa kimia memberikan parameter-parameter yang dapat digunakan untuk perkiraan potensi panas bumi suatu daerah. Rumus yang ada adalah sangat kasar dan merupakan perkiraan garis besar. Diantara rumus yang ada atau sering dipakai adalah metode Perry dan metode Bandwell, yang pada umumnya merupakan rumus empirik. Metode Perry pada dasarnya mempergunakan prinsip energi dari panas yang hilang. Rumus untuk mendapatkan energi metode Perry adalah sebagai berikut :

E = D x Dt x P

di mana:
E   = arus energi (Kkal/detik)
D  = debit air panas (L/det)
Dt = perbedaan suhu permukaan air panas dan air dingin (0C)
P   = panas jenis (Kkal/kg)

Untuk perhitungan ini, data suhu dinyatakan dalam derajat celcius, debit air panas dalam satuan liter per detik, sedangkan isi chlorida dalam larutan air panas dinyatakan dalam miligram per liter.

Sistem Pembangkit Listrik Panas Bumi

Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) pada prinsipnya sama seperti Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), hanya pada PLTU uap dibuat di permukaan menggunakan boiler, sedangkan pada PLTP uap berasal dari reservoir panas bumi. Apabila fluida di kepala sumur berupa fasa uap, maka uap tersebut dapat dialirkan langsung ke turbin, dan kemudian turbin akan mengubah energi panas bumi menjadi energi gerak yang akan memutar generator sehingga dihasilkan energi listrik. Apabila fluida panas bumi keluar dari kepala sumur sebagai campuran fluida dua fasa (fasa uap dan fasa cair) maka terlebih dahulu dilakukan proses pemisahan pada fluida. Hal ini dimungkinkan dengan melewatkan fluida ke dalam separator, sehingga fasa uap akan terpisahkan dari fasa cairnya. Fraksi uap yang dihasilkan dari separator inilah yang kemudian dialirkan ke turbin.

Masalah yang paling penting dan sangat mendasar dalam merencanakan pembangkit listrik tenaga panas bumi adalah bagaimana mengubah secara efisien energi panas bumi dengan kandungan kalor yang rendah menjadi energi listrik. Pada umumnya pembangkit listrik panas bumi berdasarkan jenis fluida kerja panas bumi yang diperoleh dibagi menjadi 2, yaitu :
a) Vapor dominated system (sistem dominasi Uap)
b) Hot Water dominated system (Sistem Dominasi Air Panas)

a. Vapor dominated system
Vapor dominated system adalah jenis energi panas bumi yang menghasilkan uap kering sebagai fluida kerja. Jenis ini sangat jarang ditemukan, namun merupakan jenis yang sangat sesuai untuk dimanfaatkan pada pembangkit listrik.

Diperlukan Steam Jet Injector dengan kemampuan yang relatif besar untuk mengatasi jumlah nondensable gas yang besar Contoh PLTP Vapor Dominan System adalah di Geyser (USA), Lardaelo (Itali), Matsukawa (Japan) dan juga Kamojang.

b. Water dominated system (Sistim dominasi uap)
Pada sistem ini fluida keluar dari sumur dengan tingkat kekeringan (dryness) yang sangat rendah, air lebih dominan atau berupa campuran dua phase (two phase mixture), dengan temperatur yang bervariasi dari 150 oC , untuk sistem pengolahannya dikenal beberapa cara yaitu :

1) Flushed steam system

Pada sistem ini fluida pada kepala sumur merupakan campuran 2 phase cair dan gas, didalam flash separator tekanan diturunkan sehingga campuran 2 phasa memperoleh tingkat kekeringan yang lebih baik.

Kandungan air dipisahkan sedang uap digunakan untuk memutar turbin proses selanjutnya seperti pada sistem uap kering. Dibandingkan dengan vapor dominated system, flash steam system lebih sulit dalam beberapa hal:

- Jumlah massa yang perlukan lebih banyak. 

- Kedalaman sumur lebih dalam. 

- Kandungan mineral yang lebih banyak sehingga diperlukan desain  khusus peralatan valve-valve, pompa-pompa desain khusus peralatan khusus peralatan valve-valve, pompa –pompa, separator dan lain-lain. 

- Korosi pada pipa-pipa,  casing sumur dan lain-lain.

Ada 2 metode yang masih terus dikembangkan yaitu :

a) Double flash
Air yang keluar dari separator pertama tidak langsung direinjeksikan kedalam tanah, tetapi dimasukkan ke separator kedua, dimana tekanan air tersebut diturunkan lagi, sehingga diperoleh tingkat kekeringan uap yang lebih baik untuk memutar turbin tekanan rendah, sedangkan air dari sparator II direinjeksikan ke dalam tanah.  

b) Turbin
Tekanan air setelah keluar dari separator I masih Cukup tinggi, digunakan untuk memutar turbin air yang didesign khusu dan generator tambahan yang beroperasi paralel dengan generator dari turbin uap. Air yang keluar dari separator masih mengandung energi yang cukup besar untuk menggerakkan turbin sehingga sistem ini dikembangkan.

2) Binary cycle system

Kira-kira 50% dari air hydrothermal yang ada, bersuhu antara 150 0C sampai dengan 205 oC. Apabila digunakan pada Flashed steam system, tekanan air diturunkan untuk mendapatkan tingkat kekeringan uap yang lebih baik, sehingga diperlukan jumlah aliran air yang lebih banyak. 

Untuk peningkatan effisiensi, air dari dalam tanah digunakan sebagai sumber panas pada siklus tertutup untuk memanaskan fluida kerja yang mempunyai titik didih rendah seperti  Isobutane (2-Methyl propane) V4H10 (titik didih normal pada tekanan 1 Atm = -10 oC, Freon –12 (memiliki titik didih normal  -12,6 oC -29,8 oC), Amonia Propane.

Gambar di atas memperlihatkan schematic diagram binary system. Fluida panas bumi (air) dari dalam tanah dialirkan ke Heat exchanger (penukar kalor) untuk memanaskan fluida organik (1) dan dipompakan kembali ke dalam tanah (Reinjection) didalam penukar kalor terjadi pertukaran kalor antara fluida panas bumi dengan fluida organik, sehingga diperoleh uap Superheated untuk menggerakkan turbin dengan rankin tertutup dan selanjutnya dikondensasikan didalam Surface condensor dan kondensat dipompakan kembali ke heat excharger kondensor didinginkan oleh air reinjeksi ke dalam tanah bersama-sama dengan fluida panas bumi yang keluar dari Heat exchanger.

Kelebihan dan Kekurangan

Pemanfaatan energi panas bumi (geothermal) sebagai salah satu sumber energi alternatif diyakini mempunyai berbagai keuntungan dan kelebihan. Di antara kelebihan dan keuntungan pemanfaatan energi panas bumi tersebut adalah :

Panas bumi (geothermal) merupakan salah satu sumber energi paling bersih. Jauh lebih bersih dari sumber energi fosil yang menimpulkan polusi atau emisi gas rumah kaca.

Geothermal merupakan jenis energi terbarukan yang relatif tidak akan habis. Sumber energi ini terus-menerus aktif akibat peluruhan radioaktif  mineral.

Energi panas bumi (geothermal) ramah lingkungan yang tidak menyebabkan pencemaran (baik pencemaran udara, pencemaran suara, serta tidak menghasilkan emisi karbon dan tidak menghasilkan gas, cairan, maupun meterial beracun lainnya).

Energi panas bumi (geothermal), dibandingkan dengan energi alternatif lainnya seperti tenaga surya dan angin, bersifat konstan sepanjang musim. Di samping itu energi listrik yang dihasilkan dari geothermal tidak memerlukan solusi penyimpanan energi (energy storage) karena dapat dihasilkan sepanjang waktu.

Untuk memproduksi energi panas bumi membutuhkan lahan dan air yang minimal, tidak seperti misalnya pada energi surya yang membutuhkan area yang luas dan banyak air untuk pendinginan. Pembangkit panas bumi hanya memerlukan lahan seluas 3,5 kilometer persegi per gigawatt produksi listrik. Air yang dibutuhkan hanya sebesar 20 liter air tawar per MW / jam.

Selain memiliki kelebihan tentunya energi panas bumi (geothermal) memiliki kekurangan. Di antara kekurangan energi panas bumi adalah :

Biaya investasi yang tinggi. Pembangunan pembangkit listrik geothermal memerlukan biaya yang besar terutama pada eksploitasi dan pengeboran.

Pembangkit listrik tenaga panas bumi hanya dapat dibangun di sekitar lempeng tektonik di mana temperatur tinggi dari sumber panas bumi tersedia di dekat permukaan.

Pembangunan pembangkit listrik geothermal dapat mempengaruhi kestabilan tanah di area sekitarnya.