pemanfaatan fluida panasbumi
TRANSCRIPT
PEMANFAATAN FLUIDA PANASBUMI
Sebelum abad keduapuluh fluida panasbumi (geothermal) digunakan untuk mandi,
mencuci dan memasak. Sekarang sangat beraneka ragam,untuk pembangkit listrik maupun untuk
keperluan-keperluan di sektor non-listrik, yaitu memanasi ruangan, rumah kaca, tanah pertanian,
mengeringkan hasil pertanian dan peternakan, mengeringkan kayu, dll.
FLUIDA PANASBUMI UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK.
Fluida panasbumi bertemperatur tinggi (>2250C) telah lama digunakan di beberapa
negara untuk pembangkit listrik, namun beberapa tahun terakhir perkembangan teknologi
memungkinkan digunakannya fluida panasbumi bertemperatur sedang (150-2250C) untuk
pembangkit listrik.
Selain temperatur, faktor-faktor lain yang dipertimbangkan dalam memutuskan suatu
sumberdaya panasbumi tepat untuk dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik adalah sebagai
berikut :
1) Sumberdaya mempunyai kandungan panas atau cadangan yang besar sehingga mampu
memproduksikan uap untuk jangka waktu yang cukup lama, yaitu sekitar 25-30 tahun.
2) Sumberdaya panasbumi memproduksikan fluida yang mempunyai pH hampir netral agar laju
korosinya relatif rendah, sehingga fasilitas produksi tidak cepat terkorosi. Selain itu
hendaknya kecendrungan fluida membentuk scale relatif rendah.
3) Reservoirnya tidak terlalu dalam, biasanya tidak lebih dari 3 km.
4) Sumberdaya panasbumi terdapat didaerah yang relatif tidak sulit dicapai.
5) Sumberdaya panasbumi terletak didaerah dengan kemungkinan terjadinya erupsi
hidrothermal relatif rendah. Diproduksikannya fluida panasbumi dapat meningkatkan
kemungkinan terjadinya erupsi hidrothermal.
Negara pertama yang memanfaatkan uap panasbumi untuk pembangkit listrik adalah italy
dengan sumur-sumurnya menghasilkan uap kering (dry stem) bertemperatur tinggi yang sangat
baik untuk pembangkit listrik. Pusat listrik tenaga panasbumi (PLTP) pertama di bangun tahun
1913 di Larderello dengan kapasitas 250 kW dan tahun 1940 kapasitas ditingkatkan menjadi 130
MW. PLTP pertama didunia ini hancur saat perang dunia ke II dan dibangun kembali dengan
kapasitas 500 MW.
Kemudian disusul oleh New Zealand yang dibangun di Wairakei yang dikembangkan
secara bertahap dari tahun 1958 – 1963 yang kapasitasnya mencapai 192 MW. Berbeda dengan
sumur di lapangan Larderello-Italy, di lapangan Wairakei menghasilkan fluida 2 fasa yaitu uap-
air yang dipisahkan di dalam separator dan kemudian uapnya dialirkan ke turbin untuk
membangkitkan listrik.
Amerika baru memanfaatkan energi panasbumi sekitar tahun 1960 – 1970 di lapangan
Geysers yang uapnya dimanfaatkan untuk pembangkit listrik dengan kapasitas 1000 MW yang
sama seperti di lapangan Larderello, sumurnya menghasilkan uap kering.
Di Indonesia usaha pencarian sumber panasbumi pertama kali dilakukan di daerah
Kawah Kamojang tahun 1918. Pada tahun 1926 – 1929 lima sumur eksplorasi dibor dimana
salah satu dari sumur tersebut, yaitu sumur KMJ-3 masih memproduksi uap panas kering atau
dry steam. Pecahnya perang dunia dan perang kemerdekaan indonesia mungkin salah satu alasan
dihentikannya eksplorasi di daerah tersebut.
Karena tidak ada dana, kegiatan eksplorasi panasbumi di Indonesia baru dimulai tahun
1972. Direktorat Vulkanologi dan Pertamina, dengan bantuan Pemerintah Perancis dan New
Zealand melakukan survey pendahuluan diseluruh Indonesia. Dari hasil survey dilaporkan bahwa
di Indonesia terdapat 217 prospek panasbumi, yaitu disepanjang jalur vulkanik mulai dari bagian
barat sumatra terus ke pulau Jawa, Bali, Nusatenggara dan kemudian membelok ke arah utara
melalui maluku dan sulawesi. Sumberdaya panasbumi di Indonesia sangat potensial bila
dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik, karena umumnya merupakan sistim hidrothermal yang
mempunyai temperatur sedang (150 - 2250C).
Walaupun daerah prospek panasbumi di Indonesia sangat banyak, tetapi hingga saat ini
baru beberapa lapangan yang telah dikembangkan dalam skala besar dan fluidanya dimanfaatkan
untuk pembangkit listrik yaitu lapangan Kamojang (140 MWe), Awibengkok-salak (330 MWe),
Darajat (55 MWe) dan Lapangan Wayang windu (110 MW). Selain itu ada 2 pembangkit listrik
tenaga panasbumi skala kecil yaitu satu unit berkapasitas 2,5 MWe di Lapangan Lahendong
(Sulawesi Utara) dan satu unit berkapasitas 2 MWe di Lapangan Sibayak (Sumatra Utara).
Perkembangan pengusahaan energi panasbumi di Indonesia relatif lambat karena
Indonesia memiliki banyak sumber energi lain yang dapat dimanfaatkan untuk pembangkit listrik
yaitu air, minyak, gas dan batubara. Selain itu juga harga listrik yang dihasilkan dari panasbumi
dinilai lebih mahal terutama jika dibandingkan dengan harga listrik dari batubara. Padahal
menurut ahli geothermal jika memperhitungkan biaya penanggulangan pencemaran lingkungan
harga listrik dari panasbumi lebih murah dari batubara dan jika bersaing dengan listrik yang
dihasilkan menggunakan bahan bakar minyak yang saat ini masih disubsidi. Energi panasbumi
yang relatif tidak menimbulkan polusi dan tersebar di seluruh kepulauan Indonesia (kecuali
kalimantan) sesungguhnya merupakan sumber energi yang cocok dimanfaatkan untuk
pembangkit listrik dimasa akan datang.
Jenis-jenis sistem pembangkit listrik tenaga panasbumi.
Fluida panasbumi yang telah dikeluarkan ke permukaan bumi mengandung energi panas
yang akan dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Hal ini dimungkinkan oleh suatu
sistem konversi energi fluida panasbumi (geothermal power cycle) yang mengubah energi panas
dari fluida menjadi energi listrik.
Pembangkit Listrik Tenaga Panasbumi (PLTP) pada prinsipnya sama seperti Pembangkit
Listrik Tenaga Uap (PLTU) hanya pada PLTU uap dibuat dipermukaan menggunakan boiler,
sedangkan pada PLTP uap berasal dari reservoir panasbumi. Apabila fluida dikepala sumur
berupa fasa uap, maka uap tersebut dapat dialirkan langsung ke turbin dan kemudian turbin akan
mengubah energi panasbumi menjadi energi gerak yang akan memutar generator sehingga
dihasilkan energi listrik. Apabila fluida panasbumi keluar dari kepala sumur sebagai campuran
fluida 2 fasa (fasa uap dan fasa cair) untuk 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.
Banyak sistem pembangkit listrik dari fluida panasbumi yang telah diterapkan di
Lapangan, diantaranya :
1) Direct Dry Steam
2) Separated Steam
3) Single Flash Steam
4) Double Flash Steam
5) Multi Flash Steam
6) Brine/FreonBinaryCycle
Brine/Isobutane Binary Cycle
7) Combined Cycle
8) Hybrid/Fossil-Geothermal Conversion System
Fig.4
Flash power plant
Fig.5
Dry steam power plant
Fig.6
Binary power plant
3.1.2 Siklus uap kering (Direct dry steam cycle)
Fluida panasbumi dapat berupa fasa cair, fasa uap atau campuran dari keduanya,
tergantung dari tekanan dan temperaturnya. Apabila fluida dikepala sumur berupa fasa uap, maka
uap tersebut dapat dialirkan langsung ke turbin (Gambar 3.1).
Skema Instalasi Pembangkit Listrik Uap Kering
Turbin akan mengubah energi panasbumi menjadi energi gerak yang akan memutar
generator sehingga dihasilkan energi listrik. Sistem konversi untuk fluida uap kering merupakan
sistem konversi yang paling sederhana dan paling murah. Uap dari turbin dapat dibuang ke
atmosfir (atmospheric exhaust turbine) atau dialirkan ke kondensor untuk dikondensasikan
(condensing turbine). Dari kondensor, kondensat kemudian dialirkan ke menara pendingin atau
cooling tower dan selanjutnya diinjeksikan kembali ke bawah permukaan. Sebagian dari air
kondensat ini dialirkan ke kondensor. Pembangkit listrik yang menggunakan atmospheric
exhaust turbine mengkonsumsi sekitar 2 kali (dalam tekanan inlet yang sama) lebih banyak
untuk setiap kilowatt keluaran sehingga banyak energi dan biaya yang terbuang.
UapPERTAMINAEkplorasi s.d pengembangan lapangan uap
PLNPLTP
TransmisiDistribusi listrik
Pembangkit listrik di PLTP Kamojang pada prinsipnya sama seperti pada gambar 3.1,
karena sumur-sumur di lapangan kamojang menghasilkan uap kering (temperatur didalam
reservoir 2400C). Unit I dengan kapasitas 30 MW beroperasi pada tanggal 7 februari 1983. Unit
II dan III masing-masing sebesar 55 MW dioperasikan berturut-turut pada tanggal 29 juli dan 13
september 1987, sehingga jumlah daya terpasang PLTP Kamojang seluruhnya menjadi 140 MW.
Lapangan Kamojang terus dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan, uap PLTP Kamojang
telah dimanfaatkan produksi uap dari 26 sumur. Pola pengusahaan panasbumi Kamojang unit 1
s.d unit 3 adalah sebagai berikut :
Proses pembangkitan listrik di Lapangan Darajat yang terletak sekitar 10 km dari
lapangan Kamojang pada prinsipnya sama karena sumur-sumurnya menghasilkan uap kering
(temperatur reservoir 235-2470C). Pengembangannya dimulai tahun 1984 dengan
ditandatanganinya kontrak operasi bersama antara pemerintah indonesia dengan Amoseas Ltd.
PLTP Darajat mulai beroperasi pada bulan september 1994 dengan kapasitas listrik terpasang
sebesar 55 MW.
3.1.3 Siklus uap hasil pemisahan (Separated steam cycle)
Apabila fluida panasbumi keluar dari kepala sumur sebagai campuran fluida 2 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 kemudian dialirkan ke turbin.
Oleh karena uap yang digunakan adalah hasil pemisahan maka, sistem konversi ini dinamakan
siklus uap hasil pemisahan.
Listrik
Konsumen
Gambar 3.2 memperlihatkan proses pembangkitan listrik dari lapangan panasbumi yang
menghasilkan fluida 2 fasa. Fluida dari sumur dipisahkan menjadi fasa uap dan air di dalam
separator dimana uapnya kemudian dialirkan ke turbin dan airnya diinjeksikan kembali kebawah
permukaan.
Skema Diagram Pembangkit
Listrik Untuk Fluida Dominasi air
Proses pembangkit listrik di
Lapangan awibengkok-Gunung salak
pada prinsipnya sama, karena sumur-sumur di lapangan tersebut menghasilkan fluida 2 fasa,
yaitu uap dan air (temperatur reservoir 220-2300C). Pembangunan PLTP Gunung salak mulai
beroperasi pada tahun 1990 dan unit pertamanya beroperasi pada bulan maret 1994 dengan
kapasitas 55 MW sedangkan unit kedua juga dengan kapasitas yang sama dan beroperasi pada
bulan juni 1994. Kapasitas instalasi PLTP Gn.salak telah ditingkatkan menjadi 330 MW.
Instalasi unit 3, 4, 5 dan 6 masing-masing kapasitasnya 55 MWe.
3.1.4 Siklus Uap Hasil Penguapan (Single Flash Steam)
Sistem ini digunakan bilaman fluida dikepala sumur dalam kondisi air jenuh (saturated
liquid). Fluida dialirkan ke sebuah flasher agar menguap. Banyaknya uap yang dihasilkan
tergantung dari tekanan flasher. Fraksi uap yang dihasilkan kemudian dialirkan ke turbin.
Skema Diagram Pembangkit Listrik Dengan Siklus “Single FlashSteam”
3.1.5 Siklus uap hasil pemisahan dan penguapan (Double flash steam)
Pada sistem ini digunakan 2 pemisahan fluida yaitu separator dan flasher dan digunakan
komposisi 2 turbin, yaitu HP-turbine dan LP-turbine yang disusun tandem (ganda), seperti
diperlihatkan pada Gambar 3.6.
Skema Diagram Pembangkit
Listrik Dengan Siklus Double
Flsh Steam
Contoh lapangan yang
menggunakan sistem konversi
seperti ini adalah Hatchobaru (Jepang) dan Krafla (Iceland).
3.1.6 Siklus uap hasil pemisahan dan penguapan dengan 2 turbin terpisah (flashing
multi flash steam)
Sistem siklus konversi energi ini mirip dengan sistem double flash, bedanya adalah kedua
turbin yang berbeda tekanan disusun secara terpisah (Gambar 3.7). Uap dengan tekanan dan
temperatur tinggi yang mengandung air dipisahkan di separator agar diperoleh uap kering yang
digunakan untuk menggerakkan high pressure turbin. Turbin akan mengubah energi panasbumi
menjadi energi gerak yang akan memutar generator sehingga dihasilkan energi listrik. Air hasil
pemisahan dari separator temperatur dan tekanannya akan lebih rendah dari kondisi fluida di
kepala sumur. Air ini dialirkan ke flasher agar menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan dialirkan
ke low pressure turbin sementara air sisanya dibawa ke kondensor.
Skema Diagram Pembangkit Listrik Dengan Siklus Double Flsh Steam
3.1.7 Binary Cycle
Umumnya fluida panasbumi yang digunakan untuk pembangkit listrik adalah yang
mempunyai temperatur 2000C, tetapi secara tidak langsung fluida panasbumi temperatur sedang
(100-2000C) juga dapat digunakan untuk pembangkit listrik yaitu dengan cara menggunakannya
untuk memanasi fluida organik yang mempunyai titikdidih rendah (Gambar 3.8) uap dari fluida
organik ini kemudian digunakan untuk menggerakkan sudu-sudu turbin sehingga menghasilkan
listrik.
Skema Diagram Pembangkit Listrik Untuk Sistem Binary Cycle
Fluida organik dipanasi oleh fluida panasbumi melalui mesin penukar kalor atau heat
exchanger. Jadi fluida panasbumi tidak dimanfaatkan langsung melainkan hanya panasnya saja
yang diekstraksi, sementara fluidanya sendiri diinjeksikan kembali kedalam reservoir. Dua
lapangan yang menggunakan siklus konversi energi seperti ini adalah Parantuka, Kamchatka
peninsula (USSR) dan Otake (jepang). Di Lapangan Lahendong juga terdapat sebuah
pembangkit listrik panasbumi siklus binari (binary geothermal power plant) berkapasitas 2,5
MW.
3.1.8 Combined Cycle
Untuk meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi panasbumi di beberapa industri mulai
digunakan sistem pembangkit listrik dengan siklus kombinasi (combined cycle), seperti
diperlihatkan pada Gambar 3.9 dan 3.10. Fluida panasbumi dari sumur dipisahkan fasa-fasanya
dalam separator. Uap dari separator dialirkan ke PLTP (Turbin ke I) dan setelah itu sebelum
fluida diinjeksikan kembali ke dalam reservoir, fluida digunakan untuk memanaskan fluida
organik yang mempunyai titik didih rendah. Uap dari fluida organik tersebut kemudian untuk
menggerakkan turbin (turbin ke II)
Skema Diagram Pembangkit Listrik Untuk Sistim Combined Cycle Dari Ormat
Skema
Diagram
Pembangkit
Listrik Untuk
Sistim Siklus
Kombinasi
3.1.9 Well
head
generating
unit
Sesuia dengan namanya unit ini ditempatkan di dekat kepala sumur (Well head). Ada 2
jenis “Well head generating unit” yaitu:
1) Back pressure turbine atau turbin tanpa kondensor (atmospheric exhaust). Turbin ini tidak
dilengkapi dengan kondensor. Uap dari sumur atau uap dari separator dialirkan langsung ke
turbin dan setelah digunakan untuk membangkitkan listrik langsung dilepas ke atmosfir. Unit
pembangkit jenis ini sering disebut ”monoblock”.
2) Turbin yang dilengkapi dengan kondensor (condensing unit). Turbin ini dilengkapi dengan
kondensor. Uap keluaran dari turbin diubah menjadi kondensat di dalam kondensor.
Well head generating units atau unit pembangkit kepala sumur banyak digunakan karena
alasan-alasan berikut:
a) Unit pembangkit kepala sumur dapat lebih cepat dioperasikan yaitu dalam waktu kurang dari
1-2 bulan. Sedangkan ”central plant” biasanya baru bisa dioperasikan 6-7 tahun setelah
pemboran sumur pertama.
b) Dengan digunakannya unit-unit pembangkit kepala sumur berkapasitas kecil maka
perusahaan swasta nasional dapat dilibatkan dalam perusahaan panasbumi.
c) Penggunaan unit-unit pembangkit listrik berkapasitas kecil memungkinkan para penanam
modal untuk memperoleh kembali modalnya dalam waktu yang lebih cepat. Hal ini karena
alasan pertama diatas, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk pemasangan unit pembangkit
berkapasitas kecil lebih singkat daripada untuk berkapasitas besar, sehingga dapat lebih cepat
dioperasikan.
d) Well head generating units dapat digunakan di daerah-daerah dimana topografinya cukup
rumit, karena dengan digunakannya unit tersebut maka pipa alir jauh lebih pendek bila
dibandingkan dengan pipa alir di central power plant.
e) Apabila tekanan reservoir turun lebih cepat dari yang diharapkan maka turbin masih dapat
dioperasikan pada tekanan yang lebih rendah dan memproduksikan listrik dalam jumlah yang
sama meskipun efisiensinya lebih rendah.
f) Unit pembangkit kepala sumur (Well head generating units) dapat dipindahkan ke lokasi
sumur lain hanya dalam jangka waktu 1-2 bulan.
3.2 Fluida panasbumi untuk sektor non-listrik
Disamping untuk pembangkit listrik, dibeberapa negara fluida panasbumi juga
dimanfaatkan untuk sektor non-listrik, antara lain pemanas ruangan (space/district heating),
pemanas rumah kaca (green house heating), pemanas tanah pertanian (soil heating), pengeringan
hasil pertanian dan peternakan, pengeringan kayu, kertas,dll.(Tabel 3.1):
Di Iceland air
panasbumi telah dimanfaatkan untuk kebutuhan air panas penduduk sejak 1900 selain itu juga
digunakan untuk pemanasan ruangan dirumah sakit, disekolah dan di perumahan penduduk dan
di tahun 1980-an sekitar dua pertiga penduduknya telah memanfaatkan energi panasbumi.
Sejak awal 1900 penduduk kota Rotorua (New zealand) telah memanfaatkan air
panasbumi tidak hanya untuk mencuci, mandi dan memasak tetapi juga untuk memenuhi
kebutuhan air panas dan pemanasan ruangan (Lihat gambar 3.10). Sekitar seribu sumur telah
dibor dan di hotel-hotel digunakan untuk kolam pemandian. Sejak pertengahan 1980 secara
bertahap pemerintah menutup sejumlah sumur karena produksi fluida panasbumi yang berlebih
menyebabkan penurunan aktivitas beberapa geyser di tempat-tempat yang banyak dikunjungi
turis sehingga, saat ini hanya tersisa 200 sumur produksi.
Skema Proses pemanasan Air Oleh Fluida Panasbum dan Alat Penukar Kalor (heat
Exchanger)
Di Tauhara-New zealand sebuah sekolah telah memanfaatkan fluida panasbumi untuk
memanaskan air dari pusat air di kota tersebut dengan menggunakan down hole heat exchanger
(lihat gambar 3.11) yaitu alat penukar panas yang berupa pipa berbentuk U dan ditempatkan di
dalam sumur, air dingin dari permukaan dialirkan kedalam kedalam sumur dan menjadi panas
setelah keluar dari sumur karena kontak dengan fluida panasbumi.
Skema Proses Pemanasan Air Oleh Fluida Panasbumi Dan Alat Penukar
Kalor(Heat Exchanger) Di Dalam Sumur
Iceland juga telah memanfaatkan fluida panasbumi untuk pemanasan rumah kaca atau
greenhouse heating sejak tahun 1920 (lihat gambar 3.12). Panas dari fluida panasbumi ini
dimanfaatkan untuk membantu pertumbuhan sayur-sayuran, buah-buahan, bunga dll yang tidak
dapat tumbuh pada kondisi iklim setempat yang mempunyai temperatur 10-120C dan pada
musim dingin mempunyai temperatur di bawah -100C. Sebelum fluida panasbumi dimanfaatkan
hampir semua bahan makanan selain ikan, daging dan kentang harus diimpor ke Iceland. Pada
tahun 1980 sekitar 110000 m2 rumah kaca memperoleh pemanasan dari fluida panasbumi. Selain
Iceland, Uni soviet dan Hungaria juga telah menggunakan fluida panasbumi untuk rumah kaca,
yaitu seluas 420000 m2 dan Hungaria seluas 1900000 m2. Dewasa ini pemanasan rumah kaca
dengan menggunakan fluida panasbumi telah dipraktekkan juga di Amerika serikat, Italy, Jepang
dan New Zealand.
Pemanasan rumah kaca
(Green House Heating
Di dekat Ismir-Turki dan Oregon-USA, fluida panasbumi juga telah dimanfaatkan untuk
memanasi tanah pertanian (soil heating). Air panasbumi dialirkan melalui pipa-pipa yang
ditanam di bawah tanah (Lihat gambar 3.13). Di Oregon penggunaan fluida panasbumi untuk
pemanasan tanah pertanian tidak hanya memperbaiki kualitas produksi tetapi juga telah
meningkatkan produksi jagung sebanyak 45%, tomat 50% dan kacang kedelai 66%.
Sistem Pemanasan Tanah Dengan Menggunakan
Fluida Panasbumi (Soil Heating)
Di kawerau (New Zealand) fluida panasbumi telah digunakan untuk pengeringan kayu,
industri kertas dan di hotel-hotelnya untuk air conditioning. Skema proses pendinginan
diperlihatkan pada gambar 3.14.
Sistem Pendinginan udara
Dengan Memanfaatkan Fluida Panasbumi
Phillipina sedang menjajaki kemungkinan digunakannya air limbah panas dari PLTP
untuk pengeringan kopra, mangga, nangka dan ikan, sebelum air tersebut diinjeksikan kembali
ke dalam reservoir. Untuk itu mereka membangun fasilitas pengeringan di Lapangan Southern
Negros yaitu di dekat lokasi sumur injeksi. Air limbah panas (temperatur 1600C) di sini pada
dasarnya digunakan untuk memanaskan air lain yang akan digunakan untuk memanaskan udara
di ruang pengering. Untuk media pertukaran panas digunakan alat penukar kalor, yaitu Shell and
tube heat exchanger (alat penukar kalor pertama) dan finned-tube heat exchanger (alat penukar
kalor kedua). Skema proses pemanasan dan pengeringan diperlihatkan pada gambar 3.15.
Skema Sistem
Pengeringan di
Philiphina
Hingga saat ini
Indonesia, selain
untuk kolam
renang, fluida
panasbumi belum dimanfaatkan untuk sektor non-listrik lainnya akan tetapi dimasa yang akan
datang fluida panasbumi dapat digunakan untuk pengeringan teh, kopra, tembakau dan hasil
pertanian lainnya, juga untuk pengeringan kayu, industri kertas, memberantas kuman susu sapi
dll.