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.