Renewable Energy : Earth Heat Energy

1. Latar BelakangEnergi panas bumi berasal daripeluruhan radioaktifdi pusatBumi, yang membuat Bumi panas dari dalam, serta dari panas matahari yang membuat panas permukaan bumiAda tiga cara pemanfaatan panas bumi: Sebagai tenaga pembangkit listrik dan digunakan dalam bentuk listrik Sebagai sumber panas yang dimanfaatkan secara langsung menggunakan pipa ke perut bumi Sebagaipompa panasyang dipompa langsung dari perut bumiPanas bumiadalah suatu bentukenergi panasatau energi termal yang dihasilkan dan disimpan di dalam bumi. Energi panas adalah energi yang menentukan temperatur suatu benda. Energi panas bumi berasal dari energi hasil pembentukan planet (20%) dan peluruhan radioaktif dari mineral (80%). Gradien panas bumi, yang didefinisikan dengan perbedaan temperatur antarainti bumidan permukaannya, mengendalikankonduksiyang terus menerus terjadi dalam bentuk energi panas dari inti ke permukaan bumi. Temperatur inti bumi mencapai lebih dari 5000oC. Panas mengalir secara konduksi menuju bebatuan sekitar inti bumi. Panas ini menyebabkan bebatuan tersebut meleleh, membentukmagma. Magma mengalirkan panas secarakonveksidan bergerak naik karena magma yang berupa bebatuan cair memilikimassa jenisyang lebih rendah dari bebatuan padat. Magma memanaskan kerak bumi dan air yang mengalir di dalam kerak bumi, memanaskannya hingga mencapai 300oC. Air yang panas ini menimbulkan tekanan tinggi sehingga air keluar dari kerak bumiEnergi panas bumi dari inti Bumi lebih dekat ke permukaan di beberapa daerah. Uap panas atau air bawah tanah dapat dimanfaatkan, dibawa ke permukaan, dan dapat digunakan untuk membangkitkan listrik. Sumbertenaga panas bumiberada di beberapa bagian yang tidak stabil secara geologis 2. Pembentukan Energi Panas BumiPanas yang berasal dari dalam bumi dihasilkan dari reaksi peluruhan unsur-unsur radioaktif seperti uranium dan potassium. Reaksi nuklir yang sama saat ini masih terjadi di matahari dan bintang-bintang yang tersebar di jagad raya. Reaksi ini menghasilkan panas hingga jutaan derajat celcius. Permukaan bumi pada awal terbentuknya juga memiliki panas yang dahsyat. Namun setelah melewati masa milyaran tahun, temperatur bumi terus menurun dan saat ini sisa-sisa reaksi nuklir tersebut hanya terdapat dibagian inti bumi saja. Pada kedalaman 10.000 meter atau 33.000 feet, energi panas yang dihasilkan bisa mencapai 50.000 kali dari jumlah energi seluruh cadangan minyak bumi dan gas alam Terbentuknya panas bumi, sama halnya dengan prinsip memanaskan air (erat hubungan dengan arus konveksi). Air yang terdapat pada teko yang dimasak di atas kompor, setelah panas, air akan berubah menjadi uap air . Hal serupa juga terjadi pada pembentukan energi panas bumi. Air tanah yang terjebak di dalam batuan yang kedap dan terletak di atas dapur magma atau batuan yang panas karena kontak langsung dengan magma, otomatis akan memanaskan air tanah yang terletak diatasnya sampai suhu yang cukup tinggi ( 100 250 C). Sehingga air tanah yang terpanaskan akan mengalami proses penguapan.Apabila terdapat rekahan atau sesar yang menghubungkan tempat terjebaknya air tanah yang dipanaskan tadi dengan permukaan maka pada permukaan kita akan melihat manifestasi thermal.Uap hasil penguapan air tanah yang terdapat di dalam tanah akan tetap tanah jika tidak ada saluran yang menghubungkan daerah tempat keberadaan uap dengan permukaan. Uap yang terkurung akan memiliki nilai tekanan yang tinggi dan apabila pada daerah tersebut kita bor sehingga ada saluran penghubung ke permukaan, maka uap tersebut akan mengalir keluar. Uap yang mengalir dengan cepat dan mempunyai entalpi inilah yang kita mamfaatkan dan kita salurkan untuk memutar turbin sehingga dihasilkanlah energi listrik (tentunya ada proses-proses lain sebelum uap memutar turbin).Dipermukaan bumi sering terdapat sumber-sumber air panas, bahkan sumber uap panas. Panas itu datangnya dari batu-batu yang meleleh atau magma yang menerima panas dari inti bumi. Magma yang terletak di dalam lapisan mantel memanasi suatu lapisan batu padat. Di atas lapisan batu padat terletak suatu lapisan batu berpori yaitu batu yang mempunyai lubang-lubang kecil. Bila lapisan batu berpori ini berisi air yang berasal dari air tanah atau air resapan hujan atau resapan air danau maka air itu turut dipanaskan oleh lapisan batu padat yang panas. Bila panasnya besar maka terbentuk air panas bahkan dapat terbentuk uap dalam lapisan batu berpori. Bila di atas lapisan batu berpori terdapat satu lapisan batu padat maka lapisan batu berpori berfungsi sebagai boiler. Uap dan juga air panas bertekanan akan berusaha keluar. Dalam hal ini ke atas yaitu permukaan bumi.Jenis Jenis Energi Panas Bumi UAP BASAHPemanfaatan energi panas bumi yang ideal adalah bila panas bumi yang keluar dari perut bumi berupa uap kering, sehingga dapat digunakan langsung untuk menggerakkan turbin generator listrik. Namun uap kering yang demikian ini jarang ditemukan termasuk di Indonesia dan pada umumnya uap yang keluar berupa uap basah yang mengandung sejumlah air yang harus dipisahkan terlebih dulu sebelum digunakan untuk menggerakkan turbin. Jenis sumber energi panas bumi dalam bentuk uap basah agar dapat dimanfaatkan maka terlebih dahulu harus dilakukan pemisahan terhadap kandungan airnya sebelum digunakan untuk menggerakan turbin. Uap basah yang keluar dari perut bumi pada mulanya berupa air panas bertekanan tinggi yang pada saat menjelang permukaan bumi terpisah menjadi kira-kira 20 % uap dan 80 % air. Atas dasar ini maka untuk dapat memanfaatkan jenis uap basah ini diperlukan separator untuk memisahkan antara uap dan air. Uap yang telah dipisahkan dari air diteruskan ke turbin untuk menggerakkan generator listrik, sedangkan airnya disuntikkan kembali ke dalam bumi untuk menjaga keseimbangan air dalam tanah PANAS BUMI AIR PANASAir panas yang keluar dari perut bumi pada umumnya berupa air asin panas yang disebut brine dan mengandung banyak mineral. Karena banyaknya kandungan mineral ini, maka air panas tidak dapat digunakan langsung sebab dapat menimbulkan penyumbatan pada pipa-pipa sistim pembangkit tenaga listrik. Untuk dapat memanfaatkan energi panas bumi jenis ini, digunakan sistem biner (dua buah sistem utama) yaitu wadah air panas sebagai sistem primemya dan sistem sekundernya berupa alat penukar panas (heat exchanger) yang akan menghasilkan uap untuk menggerakkan turbin. Energi panas bumi uap panas bersifat korosif, sehingga biaya awal pemanfaatannya lebih besar dibandingkan dengan energi panas bumi jenis lainnya BATUAN PANASEnergi panas bumi jenis ketiga berupa batuan panas yang ada dalam perut bumi terjadi akibat berkontak dengan sumber panas bumi (magma). Energi panas bumi ini harus diambil sendiri dengan cara menyuntikkan air ke dalam batuan panas dan dibiarkan menjadi uap panas, kemudian diusahakan untuk dapat diambil kembali sebagai uap panas untuk menggerakkan turbin. Sumber batuan panas pada umumnya terletak jauh di dalam perut bumi, sehingga untuk memanfaatkannya perlu teknik pengeboran khusus yang memerlukan biaya cukup tinggi.Energi yang berada pada Hot Dry Rock ( HDR ) ini disebut juga sebagai energi petrothermal, yang merupakan sumber terbesar dari energi panas bumi. HDR terletak pada kedalaman sedang dan bersifat impermeabel. Untuk menggunakan energi yang dimiliki HDR, perlu menginjeksikan air pada HDR dan mengembalikannya kembali ke permukaan. Hal ini membutuhkan mekanisme transportasi untuk dapat membuat batuan impermeabel menjadi struktur permeabel dengan luas permukaan perpindahan panas yang besar. Permukaan yang luas ini diperlukan karena sifat batu yang memiliki konduktivitas termal yang kecil. Proses perubahan batuan permeabel dapat dilakukan memecahkan batuan tersebut dengan menggunakan air bertekanan tinggi ataupun ledakan nuklir .Proses eksplorasi yang dilakukan terhadap jenis ini lebih aman dibandingkan dengan jenis hydrothermal yang kemungkinan besar memiliki fluida, baik berupa uap maupun air panas. Hal ini disebabkan jenis energi panas bumi ini memiliki tingkat korosi, erosi serta zat-zat beracun yang lebih rendah dibandingkan dengan jenis hydrothermal3. Sistem Pemanfaatan Panas BumiAir dan uap panas yang keluar ke permukaan bumi dapat dimanfaatkan secara langsung sebagai pemanas. Selain bermanfaat sebagai pemanas, panas bumi dapat dimanfaatkan sebagai tenaga pembangkit listrik. Air panas alami bila bercampur dengan udara akan menimbulkan uap panas (steam). Air panas dan uap inilah yang kemudian dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit tenaga listrik. Agar panas bumi dapat dikonversi menjadi energi listrik maka diperlukan pembangkit (power plants). Reservoir panas bumi biasanya diklasifikasikan ke dalam dua golongan yaitu yang bersuhu rendah (150C). Yang dapat digunakan untuk sumber pembangkit tenaga listrik dan dikomersialkan adalah yang masuk kategori high temperature. Namun dengan perkembangan teknologi, sumber panas bumi dengan kategori low temperature juga dapat digunakan asalkan suhunya melebihi 50C. Pembangkit listrik dari panas bumi dapat beroperasi pada suhu yang relatif rendah yaitu berkisar antara 50 s/d 250C. Sebagian besar pembangkit listrik menggunakan uap. Uap dipakai untuk memutar turbin yang kemudian mengaktifkan generator untuk menghasilkan listrik. Banyak pembangkit listrik masih menggunakan bahan bakar fosil untuk mendidihkan air guna menghasilkan uap. Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi (PLTP) pada prinsipnya sama seperti Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), hanya saja pada PLTU, uap dibuat di permukaan menggunakan boiler, sedangkan pada PLTP uap berasal dari reservoir panas bumi. Pembangkit yang digunakan untuk merubah panas bumi menjadi tenaga listrik secara umum mempunyai komponen yang sama dengan power plant lain yang bukan berbasis panas bumi, yaitu terdiri dari generator, turbin sebagai penggerak generator, heat exchanger, chiller, pompa, dan sebagainya. Ada tiga macam teknologi pembangkit listrik tenaga panas bumi yaitu dry steam, flash steam, dan binary cycle. Ketiga system yang diterapkan untuk mengeksplorasi sumber energi panas bumi pada dasarnya bersifat relatif yang penerapannya dapat disesuaikan dengan kondisi di lapanganPenggunaan energi panas bumi sebagai pembangkit tenaga listrik sudah mulai dilirik oleh pemerintah. Pembangkit Listrik Tenaga Panasbumi (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.4. Proses Produksi Energi Listrik Panas BumiPembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi adalah pembangkit listrik (Power generator) yang menggunakan panas bumi sebagai energi penggeraknya.Untuk membangkitkan listrik dengan panas bumi dilakukan dengan mengebor tanah di daerah yang berpotensi panas bumi untuk membuat lubang gas panas yang akan dimanfaatkan untuk memanaskan ketel uap (boiler) sehingga uapnya bisa menggerakkan turbin uap yang tersambung ke Generator. Untuk panas bumi yang mempunyai tekanan tinggi, dapat langsung memutar turbin generator, setelah uap yang keluar dibersihkan terlebih dahulu. Pembangkit listrik tenaga panas bumi termasuk sumber energi terbaharui. Uap dari sumur produksi mula-mula dialirkan ke steam receiving header (1), yang berfungsi menjamin pasokan uap tidak akan mengalami gangguan meskipun terjadi perubahan pasokan dari sumur produksi. Selanjutnya melalui flow meter (2) dialirkan ke separator (3) dan demister (4) untuk memisahkan zat-zat padat, silika dan bintik-bintik air yang terbawa didalamnya. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya vibrasi, erosi, dan pembentukan kerak pada sudu dan nozzle turbine.Uap yang telah bersih itu dialirkan melalui main steam valve/electric control valve/governor valve (5) menuju ke turbine (6). Di dalam turbine, uap tersebut berfungsi untuk memutar double flow condensing yang dikopel dengan generator (7), pada kecepatan 3000 rpm. Proses ini menghasilkan energi listrik dengan arus 3 phase, frekuensi 50 Hz, dan tegangan 11,8 kV. Melalui step-up transformer (8), arus listrik dinaikkan tegangannya hingga 150 kV, selanjutnya dihubungkan secara paralel dengan sistem penyaluran Jawa-Bali (9). Agar turbin bekerja secara efisien, maka exhaust steam yang keluar dari turbin harus dalam kondisi vakum (0,10 bar), dengan mengkondensasikan uap dalam condenser (10) kontak langsung yang dipasang di bawah turbine. Exhaust steam dari turbin masuk dari sisi atas condenser, kemudian terkondensasi sebagai akibat penyerapan panas oleh air pendingin yang diinjeksikan lewat spray-nozzle. Level kondensat dijaga selalu dalam kondisi normal oleh dua buah cooling water pump (11), lalu didinginkan dalam cooling water (12) sebelum disirkulasikan kembali. Untuk menjaga kevakuman condenser, gas yang tak terkondensasi harus dikeluarkan secara kontinyu oleh sistem ekstraksi gas. Gas-gas ini mengandung: CO2 85-90% wt; H2S 3,5% wt; sisanya adalah N2 dan gas-gas lainnya

5. Pemanfaatan Panas BumiSelain untuk tenaga listrik, panas bumi dapat langsung dimanfaatkan untuk kegiatan usaha pemanfaatan energi dan/atau fluidanya, misalnya dimanfaatkan dalam dunia agroindustri. Sifat panas bumi sebagai energi terbarukan menjamin kehandalan operasional pembangkit karena fluida panas bumi sebagai sumber tenaga yang digunakan sebagai penggeraknya akan selalu tersedia dan tidak akan mengalami penurunan jumlah. Pada sektor lingkungan, berdirinya pembangkit panas bumi tidak akan mempengaruhi persediaan air tanah di daerah tersebut karena sisa buangan air disuntikkan ke bumi dengan kedalaman yang jauh dari lapisan aliran air tanah. Limbah yang dihasilkan juga hanya berupa air sehingga tidak mengotori udara dan merusak atmosfer. Kebersihan lingkungan sekitar pembangkit pun tetap terjaga karena pengoperasiannya tidak memerlukan bahan bakar, tidak seperti pembangkit listrik tenaga lain yang memiliki gas buangan berbahaya akibat pembakaran. Di sektor pariwisata, keberadaan panas bumi seperti air panas maupun uap panas menjadi daya tarik tersendiri untuk mendatangkan orang. Tempat pemandian air panas di Cipanas, Ciateur, mapun hutan taman wisata cagar alam Kamojang menjadi tempat tujuan bagi orang untuk berwisata. Selain diamanfaatkan pada sektor pariwisata Energi Panas Bumi juga dapat dimanfaatkan untuk Pengeringan. Energi panas bumi dapat digunakan secara langsung (teknologi sederhana) untuk prosespengeringan terhadap hasil pertanian, perkebunan dan perikanan dengan proses yang tidak terlalu sulit. Air panas yang berasal dari mata air panas atau sumur produksi panas bumi pada suhu yang cukup tinggi dialirkan melalui suatu heat exchanger, yang kemudian memanaskan ruangan pengering yang dibuat khusus untuk pengeringan hasil pertanian.6. Sumber Energi Panas BumiPotensi panas bumi Indonesia sekitar 20.000 MW dengan temperatur tinggi, dengan rincian sekitar 5.500 MW di Jawa-Bali, sekitar 9.500 MW di Sumatera, dan 5.000 MW tersebar di Pulau Sulawesi, Nusa Tenggara Barat, dan Nusa Tenggara Timur. Sementara potensi dunia diperkirakan 50.000 MW, dan yang sudah dimanfaatkan sekitar 10.000 MW atau 20 persen dari potensi. Cadangan energi panas bumi di Indonesia diperkirakan mencapai 27 GWe atau setara dengan 40 persen sumberdaya panasbumi dunia, hanya saja belum dimanfaatkan secara optimal. Sekitar 80% lokasi panas bumi di Indonesia berasosasi dengan sistem vulkanik aktif seperti Sumatra (81 lokasi), Jawa (71 lokasi), Bali dan Nusa Tenggara (27 lokasi), Maluku (15 lokasi), dan terutama Sulawesi Utara (7 lokasi). Sedangkan yang berada di lingkungan non vulkanik aktif yaitu di Sulawesi (43 lokasi), Bangka Belitung (3 lokasi), Kalimantan (3 lokasi), dan Papua (2 lokasi). Dari 252 lokasi panas bumi yang ada, hanya 31% yang telah disurvei secara rinci dan didapatkan potensi cadangan7. Kelebihan Energi Panas Bumi Keunggulan pertama adalah panas bumi termasuk Energi Baru Terbarukan (EBK). Tidak seperti energi fosil yang akan habis jika telah digunakan, panas bumi merupakan energy yang dapat diperbaharui. Selain itu, panas bumi pun tergolong bersih bahkan tergolong paling bersih jika dibandingkan minyak bumi, batu bara dan nuklir. Keunggulan ketiga adalahbackgroundsejarah panas bumi itu sendiri, Kegiatan eksplorasi panas bumi Indonesia telah dimulai sejak zaman pemerintahan Hindia Belanda. Saat itu Indonesia memulai kegiatan eksplorasi panas buminya di Lapangan Kamojang. Maka PLTP (Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi) Kamojang lah yang menjadi PLTP pertama di Indonesia.8. Kendala Energi Panas BumiKendala pertama ialah investasi awal yang sangat besar. Memang tidak dapat dipungkiri, tidak jauh berbeda dengan Industri Minyak Bumi, Industri panas bumi juga merupakan Industri yang padat modal. Sebagai gamabaran, pak Rohmad memberikan contoh, untuk pengembangan energi panas bumi yang dapat menghasilkan listrik 45 MW diperlukan investasi sekira USD105 juta. kegiatan eksplorasi panas bumi adalah industri padat modal, sementara saat ini bank-bank lokal di Indonesia kurang berminat memberikan pinjaman dalam proyek-proyek panas bumi. Tinggi risiko menjadi salah satu alasan kuat perbankan enggan meminjamkan modalnya.Kendala kedua ialah letak lokasi panas bumi itu sendiri, sebagian besar lokasi panas bumi terletak di wilayah hutan lindung, yang keberadaannya dilindungi dan akan tergolong bentuk penebangan liar jika kegiatan eksplorasi panas bumi ini tetap dilakukan. Hal ini merupakan kendala utama untuk peningkatan success ratio dalam pencarian sumur produktif entalpi tinggi. Apalagi untuk mendapatkan jaminan aspek lingkungan yang timbul misalnya jaminan untuk tidak mengganggu objek wisata air panas, atau kemungkinan pengeringan danau yang dihuni ikan-ikan jenis langka. Hal ini sulit untuk dilaksanakan. Problem dalam rekayasa reservoir panasbumi ini adalah problem inversi, yaitu mencoba merekonstruksi isi bawah permukaan bumi, dengan data permukaan yang ada, Eksplorasi geofisika masih menghasilkan informasi dengan derajat resolusi'terbatas. Pemakaian model numerik dapat diharapkan untui memberikan beberapa alternatif model stratigrafi dan pola distribusi, dengan memanfaatkan konsep iermodinamika, mekanika fluida dan perpindahan panas, yang mencakup pemakaian neraca keseimbangan fluksi massa dan energi fluida batuanModel numerik dapat ditingkatkan lagi akurasinya dengan memlandingkan pada hasil pengujian drawdown/buildup dan iniectiordfall off tests. pemakaian geotermometer di lapangan panasbumi lndonesia memberikan hasil yang kurang memuaskan. Beberapa kemungkinan penyebabnya antara lain akibat kontaminasi aliran permukaan. Oleh karenanya diperlukan formulasi geotermometer spesifik untuk masing-masing lapangan dengan memasukkan faktor koreksi lokal. pengembangan geotermometer gas perlu ditingkatkan mengingat kecil kemungkinan kontaminasi akibat aliran bawah permukaan. program akselerasi pemanfaatan energi panas bumi memerlukan investasi skala besar. Pemanfaatan gas untuk dapat menentukan steam fraction dari resevoir perlu dipercepat pengembangannya. Hal ini sangat diperlukan untuk secara cepat dapat menentukan besar dollar per kiloWatt pengembangan suatu lapangan geothermal, sehingga dapat lebih meyakinkan investor.Problema teknologi mendesak yang kini dihadapi adalah scaling, korosi, polusi suara, dan pemanfaatan reservoir enthalpi rendah. Fluida panasburni umumnya terkontaminasi dengan komponen kimiawi. Scaling, korosi dan erosi terjadi di berbagai peralatan dan perpipaan. Studi pengendalian kerak pada umumnya masih sangat terkonsentrasi pada bidang kimiawi, atau perancangan sistem dengan pengendalian asiditas. Bahan pembentuk scaling tersebut dapat dibiarkan tersuspensi atau dikumpulkan dalam separator. Pemahaman proses scaling berdasarkan pada dinamika aliran fluida hingga saat ini masih kurang mendapatkan perhatian. Hal ini memerlukan riset dasar, mengingat besar biaya dan waktu yang mungkin dapat dihemat dalam perawatan fasilitas. Korosi pada fasilitas panasbumi sebagian besar terjadi akibat kontaminasi fluida panasbumi, yang umumnya mengandung belerang, khlor atau flour dalam bentuk senyawa H2S, HCl atau HF, dengan oksigen udara, dapat diatasi dengan menghindarkan persentuhan fluida panasbumi dengan udara. Penggunaan bahan seperti stainles steel sedapat mungkin mempertimbangkan faktor ekonomis, walaupun demikian pemakaian beberapa jenis bahan seperti baja titanium, lapis chromium dan pelapisan epoxy dapat rnemberikan per.lindungan yang memadai terhadap fluida panasbumiKorosi erosi misalnya pada suhu tinggi dapat ditahan dengan pemakaian bahan seperti baja paduan 13% chromium stainless steel. Pemanfaatan energi panasbumi enthalpi rendah umumnya berkaitan dengan pemakaian fluida kerja kedua dalam fasilitas pembangkit tenaga. Fluida kerja ini umumnya digunakan freon yang saat ini dinilai kurang memenuhi Pemakaian fluida N-penthane seperti di Lahendong Sulawesi Utara, merupakan salah satu upaya pemecahan persoalan lingkungan ini. Diperlukan studi penelitian dasar untuk mencari alternatif sistem dan fluida kerja yang dapat lebih meningkatkan unjuk kerja sistem. polusi suara saat ini belum merupakan isu yang mendesak. Mengingat PLTP umumnya dapat dikembangkan menjadi kawasan wisata, riset pengembangan silencer akan diperlukan dalam waktu dekat.