potensi listrik.pdf

8/10/2019 POTENSI LISTRIK.pdf

1/15

ESTIMASI SUMBERDAYA, CADANGANDAN POTENSI LISTRIK PANASBUMI

Ada beberapa metode untuk memperkirakan besarnya sumberdaya (resources),

cadangan (recoverable reserve) dan potensi listrik panasbumi. Metode yang paling

umum digunakan adalah metode perbandingan dan metoda volumetrik.

1 METODE PERBANDINGAN

Metode ini digunakan apabila penyelidikan ilmu kebumian yang dilakukan baru

sampai pada tahap penyelidikan penyebaran manifestasi permukaan dan

pelamparan struktur geologinya secara global (permulaan eksplorasi). Pada tahap

ini belum ada data yang dapat dipergunakan untuk memperkirakan besarnya

sumber daya dengan menggunakan metode lain (secara matematis atau numerik).

Oleh karena itu potensi energi sumber daya panas bumi diperkirakan berdasarkan

potensi lapangan lain yang memiliki kemiripan kondisi geologi.

Prinsip dasar metode perbandingan adalah menyetarakan besar potensi energi

suatu daerah panas bumi baru (belum diketahui potensinya) dengan lapangan lainyang telah diketahui potensinya dan memiliki kemiripan kondisi geologi. Dengan

metoda perbandingan besarnya sumberdaya panasbumi di suatu daerah prospek

panasbumi dapat diperkirakan dengan cara sebagai berikut:

Hel= A x Qel (6.1)

dimana :

Hel = Besarnya sumber daya (MWe).

A = Luas daerah prospek panas bumi (km2). Luas prospek pada tahapan

ini dapat diperkirakan dari penyebaran manifestasi permukaan dan

pelamparan struktur geologinya secara global.Qel = Daya listrik yang dapat dibangkitkan persatuan luas (MWe/km

2)

2 METODE VOLUMETRIK

Metoda yang umum digunakan untuk perhitungan sumberdaya panasbumi

(resources), banyaknya energi panas bumi yang dapat dimanfaatkan pada

kenyataannya (cadangan) dan besarnya energi listrik yang dapat dihasilkannya

(potensi listrik tenaga panas bumi) telah diuraikan oleh OSullivan (1986).

Perhitungan dilakukan berdasarkan kandungan energi panas didalam batuan dan

didalam fluida (uap dan air) sebagai berikut:


2/15

Panasyang

terkandungdi dalamreservoir

Panasyang

tersimpandalambatuan

Panasyang

tersimpandalamfluida

(6.1)

Data yang diperlukan untuk perhitungan adalah:

Data luas daerah

Ketebalan

Temperatur reservoir

Porositas saturasi air dan uap

Densitas batuan

Daya hantar panas batuan

Densitas uap dan air

Energi dalam uap dan air

Panas yang tersimpan dalam batuan

Panas yang terkandung di dalam batuan yang mempunyai massa m, kapasitas panas

c dan temperatur T, dapat ditentukan berdasarkan persamaan dasar berikut:

Q = m.c.T (6.2)

Jadi apabila V adalah volume reservoir (bulk volume), adalah porositas batuan

dan adalah densitasnya, maka massa batuan adalah:

mr= V.(1-).r (6.3)

Apabila A adalah luas reservoir dan h adalah ketebalannya maka persamaan di atas

menjadi:

mr= A.h.(1-).r (6.4)

Apabila batuan mempunyai kapasitas panas cr, maka dengan mensubstitusikan

persamaan (6.4) ke persamaan (6.2) akan diperoleh persamaan yang menyatakan

panas yang terkandung di dalam batuan (Qr). Persamaan tersebut adalah:

Qr= A.h.(1-).r.cr.T (6.5)

= +


3/15

Panas yang tersimpan dalam fluida

Energi yang terkandung di dalam air dan uap yang masing-masing mempunyai

massa mLdan mV, energi dalam uLdan uV, ditentukan berdasarkan persamaan dasar

berikut:

Qe= mL uL + mVuV (6.6)

Apabila volume reservoir (bulk volume) adalah V, porositas batuan adalah ,

saturasi air dan saturasi uap masing-masing SLdan Svdan densitasnya adalah Ldan

Vmaka massa air dan massa uap yang mengisi pori-pori batuan dapat dinyatakan

oleh persamaan berikut :

mL= v..SL.L (6.7)

mv= v..Sv.v (6.8)

Apabila A adalah luas reservoir dan h adalah ketebalannya maka kedua persamaan

di atas menjadi:

mL= A.h..SL.L (6.9)

mv= A.h..Sv.v (6.10)

Apabila kedua persamaan tersebut disubstusikan ke persamaan (6.6) akandiperoleh persamaan yang menyatakan panas yang terkandung di dalam uap dan

air (Qe) sebagai berikut:

Qe = A.h..SL.L.uL + A.h..Sv.v.uv (6.11)

Persamaan di atas dapat dituliskan kembali sebagai berikut:

Qe= A.h..(SL.L.uL + Sv.v.uv) (6.12)

Dengan demikian kandungan energi panas di dalam reservoir (di dalam batuan dan

fluida) adalah sebagai berikut:

He= A.h.[(1-) r crT + (SLL uL + Svv uv) (6.13)

dimana:

He = Kandungan energi panas (kJ)

A = Luas daerah panas bumi (m2)

H = Tebal reservoir (m)

T = Temperatur reservoir (oC)

SL = Saturasi air (fraksi)


4/15


5/15

3600x24x365xt

HH

de

el

(6.19)

atau:

Hel= x Hthermal (6.20)

dimana:

Ti = Temperatur reservoir pada keadaan awal (0C)

Tf = Temperatur reservoir pada keadaan akhir (energi panasbumi tidak

ekonomis lagi untuk dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik),oC

Hei = Kandungan energi didalam batuan dan fluida pada keadaan awal, kJ

Hef

= Kandungan energi di dalam batuan dan fluida pada keadaan akhir, kJ

Hth = Maksimum energi panas bumi yang dapat dimanfaatkan, kJ

Hde = Energi panas bumi yang dapat dimanfaatkan pada kenyataannya, kJ

Hthermal = Energi panas bumi yang dapat dimanfaatkan selama kurun waktu

tertentu, Mwe

Hel = Energi listrik yang dapat dibangkitkan selama kurun waktu tertentu,

MWe

Rf = Faktor perolehan, %

t = Lama waktu (umur) pembangkitan listrik (tahun)

= Faktor konversi listrik

Asumsi-asumsi yang umum digunakan dalam perhitungan adalah:

1. Lama pembangkitan listrik 25-30 tahun.

2. Faktor perolehan 25%.

3. Temperatur akhir (abandon temperatur) = 180oC.

4. Faktor konversi listrik 10 %.

Data yang diperlukan:

1. Luas daerah reservoir (m2).

2. Ketebalan reservoir (m).

3. Temperatur reservoir pada keadaan awal (oC).

4. Saturasi air dan saturasi uap pada keadaan awal (fraksi).

5. Porositas batuan (fraksi).

6. Densitas batuan (kg/m3).

7. Kapasitas panas batuan (kJ/kgoC).

8.

Faktor perolehan (fraksi).


6/15

9. Lama waktu pembangkitan listrik (tahun).

10.Faktor konversi listrik (fraksi).

11.

Temperatur pada keadaan akhir (oC).

12.Saturasi air dan saturasi uap pada keadaan akhir (fraksi).

DATA

Kesulitan utama dalam menentukan besarnya sumberdaya (resources), cadangan

dan potensi listrik panas bumi adalah data tidak seluruhnya ada. Ketersediaan

data tergantung dari kegiatan/survei yang telah dilakukan di daerah tersebut.

Dengan meningkatnya kegiatan eksplorasi dan eksploitasi maka data yang

diperoleh semakin banyak dan semakin akurat sehingga hasil perhitungan

mempunyai tingkat kepastian semakin tinggi.

Disamping data hasil survey, juga banyak parameter yang tidak diketahui dengan

pasti sehingga biasanya diasumsikan. Ketidak pastian terutama pada saturasi air

dan saturasi uap pada keadaan akhir (Tfinal).

Ketersediaan Data Pada Tahap Eksplorasi Awal

Pada tahap eksplorasi awal, survei biasanya dilakukan dengan menggunakan

peralatan yang sederhana dan mudah dibawa, sehingga data yang diperoleh masih

sangat terbatas. Oleh karenanya pada tahap ini besarnya sumberdaya sulit untukdiperkirakan. Karena data masih sangat terbatas maka besarnya potensi listrik

belum dapat ditentukan dengan menggunakan metoda perhitungan seperti yang

dijelaskan di atas. Para ahli umumnya berspekulasi mengenai hal tersebut,

karenanya potensi listrik biasanya dikategorikan kedalam kelas spekulatif.

Pertamina, misalnya, mengasumsikan bahwa potensi listrik di daerah prospek yang

belum disurvei rinci adalah 12 MWe/km2 (Pertamina, 1995) dan luas daerahnya

adalah 20 km2. Karena sifatnya masih spekulatif tentunya tingkat kepastiannya

masih sangat rendah.

Kegunaan Data Manifestasi Permukaan Untuk Perkiraan Awal

Manifestasi panas bumi di permukaan sangat penting untuk mendapatkan

perkiraan awal (pada tahap 1 dan 2) mengenai jenis sistim/reservoir panas bumi

yang terdapat di bawah permukaan. Data hasil analisa air dari sampel yang diambil

dari mata air panas, kolam air panas dan lain-lain, sangat berguna untuk

memperkirakan asal sumber air, jenis reservoir dan temperatur di bawah

permukaan, jenis fluida reservoir serta karakteristiknya. Dari hasil pengukuran

temperatur tanah dapat diperkirakan besarnya aliran panas yang tejadi secara

konduksi (Qe), yaitu dengan menggunakan persamaan berikut:

Qe = - K (dT/dz) A (6.21)


7/15

dimana :

K = Konduktivitas panas batuan (W/moK)

A = Luas daerah (m2)

(dT/dz) = Gradien temperatur (oC/m)

Dari hasil pengukuran kecepatan alir air dapat ditentukan besarnya laju aliran

massa. Dari harga laju aliran massa dan temperatur air dapat dihitung besarnya

aliran panas ke permukaan yang terjadi secara konveksi, yaitu dengan

menggunakan persamaan berikut:

Qe= hL.qmL+ hv.qmv (6.22)

dimana :

Qe = Laju alir panas total (dalam kJ/detik atau kW)

hL = Enthalpy air (kJ/kg)

hv = Enthalpy uap(kJ/kg)

qmL = Laju alir massa air (kg/detik)

qmv = Laju alir massa uap (kg/detik)

Laju aliran panas total ke permukaan atau biasa dinyatakan sebagai panas yang

hilang ke permukaan (heat losses to the surface) merupakan jumlah dari aliran

panas kepermukaan yang terjadi secara konduksi dan secara konveksi.

Tabel

Perkiraan Panas yang Hilang Melalui Manisfestasi Panasbumi Permukaan

Di Lapangan Kamojang

JENIS MANIFESTASI PANAS (Mwe)

Semua fumarole 20.6

Kawah Pangasahan 4.2

Sumur nomor 3 8.2

Semua mata air panas/hangat 17.2

Mata air Cipangasahan 10.5

Mata air panas yang terletak 2.5 km di sebelah

selatan Kawah Kamojang

0.2

Penguapan dari telaga dan kolam-kolam air

panas/hangat

44.0


8/15

Telaga Kawah Manuk 22.1

Tanah Beruap 2.9Lain-lain 25.2

TOTAL 97.4

Atas dasar prinsip kesetimbangan massa dan panas (mass and heat balance),

diperkirakan panas yang hilang ke permukaan sebanding dengan panas yang masuk

kedalam sistim (heat influx). Atas dasar pemikiran tersebut, besarnya panas yang

hilang ke permukaan sering dipakai sebagai perkiraan awal dalam menentukan

besarnya sumberdaya. Sebagai contoh pada Tabel 6.1 diperlihatkan hasil

perhitungan panas yang hilang kepermukaan karena adanya manifestasi panasbumi di permukaan. Besarnya panas yang hilang ke permukaan sebesar 97.4 MW

dapat diartikan sebagai besarnya minimum energi yang masuk kedalam reservoir

secara terus menerus.

Perkiraan mengenai besarnya panas yang hilang ke permukaan tidak hanya berguna

untuk membuat perkiraan awal mengenai besarnya sumberdaya, tetapi juga akan

diperlukan untuk pemodelan (simulasi) reservoir, yaitu untuk memperkirakan

kelakuan reservoir bila diproduksikan selama kurun waktu tertentu, biasanya 25-30

tahun. Untuk memperoleh model yang mencerminkan keadaan sebenarnya

(representatif), adanya massa dan panas yang hilang ke permukaan, yang terjadisecara terus menerus, perlu diperhitungkan dalam model.

Ketersediaan Data Pada Tahap Eksplorasi Lanjut

Pada eksplorasi lanjut (tahap-2) disamping survei geologi dan geokimia secara rinci,

juga dilakukan survei geofisika. Pada akhir survei eksplorasi rinci, data yang tersedia

meliputi:

(i) Data geologi

Hasil survei geologi menghasilkan data berupa peta penyebaran batuan,karakteristik dan umur batuan, peta penyebaran batuan alterasi, data

manifestasi panas, pola struktur geologi, tektonik dan sejarah geologi

termasuk sejarah vulkanismenya.

Dari data-data ini akan didapat gambaran umum mengenai evolusi magmatik

sampai terbentuk sistim panasbuminya, daerah prospek, batuan penyusun

reservoir, perkiraan permeabilitas secara kualitatif, umur terbentuknya sistim

panas bumi serta sumber panas.

(ii) Data geokimia


9/15

Survei geokimia akan menghasilkan data berupa kimia fluida dan gas dari

manifestasi panas serta kandungan gas dan unsur-unsur lainnya yang

terkandung didalam tanah (soil) dan aliran sungai di sekitar daerah prospek.

Dari data-data ini akan didapat gambaran mengenai daerah prospek,

karakteristik fluida dalam reservoir, sistim fluida, hidrologi dan temperatur

reservoir.

(iii) Data geofisika

Dari survei geofisika didapat data berupa peta tahanan jenis, profil struktur

tahanan jenis, peta anomali gravitasi dan magnetik beserta profil tegaknya,

peta seismisitas berikut besaran dan profil tegaknya dan data streaming

potential.

Dari data-data ini akan didapat gambaran penyebaran daerah prospek,

kedalaman puncak reservoir, lapisan penudung, geometri reservoir, hidrologi

bawah permukaan, struktur batuan dasar dan konfigurasi sumber panas.

Interpretasi dari data-data geologi, geokimia dan geofisika akan menghasilkan

gambaran detail konfigurasi prospek panas bumi, berikut karakteristik hidrothermal

serta model panasbuminya yang merupakan acuan dasar bagi letak dan target

pemboran eksplorasi. Untuk perhitungan cadangan, ketebalan reservoir, luas

prospek dan temperatur reservoir sudah dapat diperkirakan, sedangkan saturasi air

dan uap belum dapat diperkirakan, sehingga biasanya diasumsikan.

Ketersediaan Data Setelah Dilakukan Pemboran Sumur

Setelah dilakukan pemboran sumur, data yang diperoleh semakin banyak dan

semakin akurat sehingga hasil perhitungan mempunyai tingkat kepastian semakin

tinggi. Pada tahap ini ketebalan dan temperatur reservoir dapat diperkirakan

dengan lebih pasti dari data hasil pengukuran di sumur.

KLASIFIKASI CADANGAN

Berdasarkan pada tingkat ketidakpastiannya, yaitu ditinjau dari kualitas dan

kuantitas data, sumberdaya, cadangan dan potensi listrik panas bumi seringkali

diklasifikasikan menjadi tiga, yaitu:

1. Kelas terbukti (proven).

2. Kelas mungkin (probable).

3. Kelas terduga (possible).


10/15

Potensi terbukti mempunyai tingkat kepastian yang paling tinggi dan dihitung

dengan memasukkan data dari paling sedikit satu sumur eksplorasi (discovery well)

dan dua sumur delineasi.

Potensi kelas mungkinmempunyai tingkat kepastian yang lebih rendah dari potensi

terbukti dan dihitung dengan memasukan data satu sumur eksplorasi (discovery

well).

Potensi terdugamempunyai tingkat kepastian yang lebih rendah lagi dan dihitung

hanya berdasarkan data survei geologi, geokimia dan geofisika.

Potensi hipotetis: data dasar adalah hasil survei regional geologi, geokimia dan

geofisika. Luas daerah prospek ditentukan berdasarkan hasil penyelidikangeologi/geokimia/geofisika sedangkan temperatur diperkirakan berdasarkan data

geotermometer (air, gas atau isotop).

Potensi spekulatifmempunyai tingkat kepastian yang paling rendah dan dihitung

hanya berdasarkan keberadaan manifestasi panas permukaan dan tanda-tanda

lainnya. Luas reservoar dihitung dari penyebaran manifestasi dan batasan geologi,

sedangkan temperatur dihitung dengan geotermometer. Daya per satuan luas

ditentukan dengan asumsi.

SOAL LATIHAN

1. Suatu reservoir di lapangan Geotherm berisi air panas pada kondisi saturasi

(saturated liquid) terdapat pada kedalaman 400 m. Reservoir tersebut

mempunyai temperatur 165oC.

(a) Berapakah besarnya tekanan reservoir?

(b) Hitung panas yang tersimpan didalam air apabila luas area panasbumi

tersebut adalah 2 km2, tebal reservoirnya 200 m, porositas batuan 10%.

(c) Hitung panas yang tersimpan didalam batuan apabila densitas batuan 2700

kg/m3 dan panas spesifik batuan = 1000 J/kgo

C

2. Lapangan panasbumi Kamojang merupakan reservoir dominasi uap.

Pelamparan daerah panasbumi serta lokasi sumur diperlihatkan pada Gambar

2a. Dari data tekanan dan temperatur di sejumlah sumur, diperoleh profil

tekanan dan temperatur seperti diperlihatkan pada Gambar 2b.

Sifat petrofisik batuan adalah sebagai berikut:

Porositas = 10%

Densitas = 2700 kg/m3

Panas spesifik = 1000 J/kg0

C


11/15

(a) Hitunglah potensi listrik dari lapangan tersebut. Sebutkan asumsi-asumsi

yang digunakan

(b) Pada saat ini kapasitas listrik terpasang di PLTP Kamojang adalah 140

MWe. Kapasitas PLTP ini akan ditingkatkan. Menurut saudara, apakah

mungkin untuk meningkatkan kapasitasnya menjadi 200 MWe? Berikan

alasan saudara ! Bila tidak mungkin, berapakah besar kapasitas PLTP

maksimum menurut saudara. Berikan dasar pertimbangannya!

(c) Apabila potensi sumur rata-rata di lapangan Kamojang 8 MWe, berapa

jumlah sumur produksi tambahan akan dibutuhkan untuk mensuplai uap

ke turbin ?

3. Di lapangan panasbumi Patra terdapat mata air panas yang mengalir dengan

laju alir masa sebesar 10 kg/detik. Tekanan udara luar (permukaan) rata-rata di

daerah tersebut adalah 1 bar dan temperaturnya 12oC. Air yang keluar dari

mata air panas tersebut nampak jernih dan bergolak (mendidih). Hitunglah

panas yang hilang (mengalir) ke permukaan dibawa oleh air tersebut.

4. Beberapa sumur dangkal di lapangan panasbumi Ganeca menunjukkan bahwa

pada kedalaman 300 m temperaturnya adalah 180oC. Apabila konduktivitas

panas batuan adalah 2 W/mK, Hitunglah laju aliran panas yang terjadi secara

konduksi apabila temperatur udara dipermukaan adalah 20oC.

5. Reservoir panasbumi di lapangan GEO diperkirakan luasnya 4 km2dan tebalnya

200 m. Temperatur reservoir pada keadaan awal adalah 260oC dan tekanannya

5 bar diatas tekanan saturasi. Batuan reservoir mempunyai sifat sebagai

berikut:

Porositas = 15%

Densitas = 2700 kg/m3

Panas spesifik = 900 J/kg K

Permeabilitas = 10-14

m2

Hitunglah:

(a) Panas yang terkandung dalam reservoir?

(b)Energi panas yang dapat dimanfaatkan?

(c) Energi listrik yang dapat dibangkitkannya apabila reservoir tersebut

dimanfaatkan untuk pembangkit listrik selama 30 tahun dan saat itu

reservoir sepenuhnya berisi air yang mempunyai temperatur 180oC dan

tekanan 10.5 bar). Anggap faktor perolehan = 20% dan faktor konversi listrik

=0.1

6. Saudara diminta untuk mengkaji data dari daerah panasbumi Ganesha yang

baru selesai di survei rinci, guna memberikan perkiraan mengenai:


12/15

Jenis Reservoir

Temperatur Reservoir

Besarnya sumber daya (resources)

Dari hasil kajian tersebut juga ingin diketahui apakah energi panasbumi

tersebut dapat dimanfaatkan untuk pembangkit listrik. (Berikan dasar-dasar

pertimbangannya). Apabila mungkin, berapakah potensi listrik tenaga

panasbumi dari daerah tersebut? Apabila tidak mungkin berikan usulan

pemanfaatannya!

Data yang ada sangat terbatas, tetapi hasil survey menunjukkan bahwa di

daerah ini terdapat sejumlah mata air panas, geyser dan hamparan silika sinter

cukup luas. Pada Tabel dibawah ini diberikan data hasil analisa air darisejumlah mata air panas di daerah tersebut. Gambar dibawah ini

memperlihatkan perkiraan batas daerah panasbumi dari hasil survey resistivity.


13/15

DATA HASIL ANALISA KIMIA AIR

SPRING No. 970 661 95 95 98 120

Tanggal Pengukuran 24-6-1980 Thn 1960 24-6-1980 Thn 1960 24-6-1980 24-6-1980

T (oC) 52 50 95 99 83 98

Laju alir air (ltr/dtk) 15 5 variabel 0.5-1.0 7 3.2

PH (18oC) 7.4 7.2 8.6 8.7 7.4 8.8

Li+ 0.5 0.8 3.8 5.2 3.6 4

Na+ 113 155 334 390 300 324

K+ 3 6 43 43 44 49

Rb+ 0.02 - 0.45 - 0.45 0.48

Cs+ < 0.01 - 0.56 - 0.55 0.58

Mg2+

0.47 1.1 < 0.02 1.1 0.13 < 0.02

Ca2+

3.4 5.7 1.8 1.1 2.0 1.6

SiO2 112 110 354 210 333 392

B < 2 0.6 2 3.4 < 2 3

NH3 0.11 0.1 0.1 0.15 0.10 < 0.1

F- 2.2 1.2 10.1 8 9.8 10.1

Cl- 41 50 314 312 304 322

SO42-

20 9 79 132 111 100

HCO3- 189 378 253 336 188 224

DATA HASIL ANALISA KIMIA AIR (lanjutan)


14/15

SPRING No. 203 210 227 368 421 434 437

Tanggal Pengukuran 20-6-1980 20-6-1980 Thn. 1960 21-6-1980 25-6-1980 21-6-1980 Th. 1960

T (oC) 97 81 80 96 100 97 100

Laju alir air (ltr/dtk) 0.02 0.2 0.75-1 < 0.1 0.1 0.2 2

PH (18oC) 9.6 9.9 8.6 7.2 8.8 7.6 8.5

Li

+

2.7 2.3 2.4 2.4 2.8 2.3 3.1

Na+ 265 302 255 289 264 261 350

K+ 32 31 36 28 29 38 40

Rb+ 0.35 0.35 - 0.31 0.32 0.21 -

Cs+ 0.51 0.56 - 0.50 0.55 0.31 -

Mg2+

0.02 < 0.02 0.5 0.10 0.55 0.30 1.2

Ca2+

1.6 1.2 1.0 1.3 2.4 5.0 0.8

SiO2 232 253 220 223 246 237 340

B 5 7 3.4 9 4 7 3.1

NH3 0.15 0.14 0.3 0.49 0.15 0.33 0.3

F- 8.7 11 6.5 11.0 9.4 9 10.9

Cl- 265 314 298 310 275 296 347

SO42-

102 99 130 86 57 77 93

HCO3- 138 85 143 133 167 115 208


15/15

potensi listrik.pdf

Documents