Geologi Panas Bumi / Pemanfaatan Energi Terbarukan

Energi Geothermal - apa dan dari mana energi itu berasal?
Energi geothermal adalah memanfaatkan energi panas dari interior bumi sebagai sumber daya. Kata Geothermal berasal dari bahasa Yunani, Geo (Bumi) dan Therme (Panas). Energi panas bumi berasal dari dua hal, primordial dan peluruhan radioaktif. Energi panas primordial berasal dari ketika bumi terbentuk 4,5 miliar tahun yang lalu, energi yang dihasilkan ketika benda-benda langit bertabrakan dengan bumi. Sedangkan energi panas radioaktif adalah energi yang dihasilkan dari peluruhan unsur radioaktif yang terdapat dalam batuan sebagai penyusun mantel dan kerak bumi (uranium-238, uranium-235, thorium-232, dan potassium-40).

Di mana kita bisa menemukan energi geothermal?

Ring Of Fire - the best geothermal
reservoirs are commonly found here.
Sumber: energyforkeeps.org

Energi panas bumi muncul ke permukaan melalui celah-celah di kerak bumi yang relatif mengapung dan bergerak (setingkat pertumbuhan kuku manusia) di atas lapisan bumi yang disebut mantel. Kerak bumi terbagi dari beberapa lembaran besar, disebut lempeng tektonik. Bumi memiliki banyak lempeng tektonik yang tersebar di seluruh dunia. Dan di mana lempeng-lempeng itu bertemu (subduksi) di sana bisa terjadi aktivitas vulkanis dan kegempaan, yang merupakan karaktersitik lokasi yang sering ditemukannya reservoir panas bumi. Energi panas bumi juga dapat ditemukan di zona rifting. Zona ini identik dengan pergerakan divergen lempeng tektonik. Contohnya termasuk East Africa rift di Kenya dan Ethiopia, dan Rio Grande rift di New Mexico.

Negara-negera yang memanfaatkan energi panas bumi sebagai pembangkit listrik.
Di awal tahun 2012, International Geothermal Energi Association mengidentifikasi ada sekitar 11,224 MW energi panas bumi dari geothermal power plant di 24 negara di seluruh dunia.

Temperatur energi panas bumi

1. High Temperature - suhu berkisar 200-300 derajat celcius, pada kedalaman 1-3 Km, berhubungan dengan aktivitas vulkanisme dan batas-batas lempeng. Cocok untuk produksi listrik konvensional, mengandung sedikit emisi hidrogen dan hidrogen sulfida.
2. Medium Temperature - suhu berkisar 120-200 derajat celcius, pada kedalaman 1-5 Km, sering ditemukan di daerah cekungan sedimen dan di daerah vulkanik. Arus debit yang tinggi dan kelengkapan binary system dibutuhkan untuk produksi listrik, .
3. Low Temperature - suhu dibawah 100 derajat celcius, pada kedalam 1-3 Km, sering ditemukan di daerah cekungan sedimen dan zona rekahan. Cocok dimanfaatkan untuk memanaskan ruangan, pengobatan dan rileksasi (balneologi), serta percepatan pertumbuhan tanaman dan ikan. Bukan untuk produksi.

Tipe pembangkit listrik geothermal

1. Sistem energi hydrothermal memanfaatkan air tanah yang sudah terpanaskan (sekitar 180 derajat celcius atau lebih) oleh aktivitas geothermal. Di beberapa lokasi air panas tersebut muncul ke permukaan dalam bentuk uap, dan dapat langsung dialihkan ke sistem turbin untuk menghasilkan tenaga listrik. Jenis pembangkit listrik panas bumi ini diklasifikasikan sebagai Dry Steam Power Plan.
2. Di lokasi panas bumi lainnya, air tanah terletak di reservoir yang lebih dalam, dimana air tersebut terpanaskan dengan temperatur tinggi (lebih dari 235 derajat celcius) dan berada di bawah tekanan besar. Di lokasi ini, sumur dapat dibor dan air yang bertekanan tinggi dialihkan ke expansion tank dimana air tersebut dikonversi menjadi uap, untuk kemudian digunakan sebagai menggerakkan sistem turbin untuk menghasilkan tenaga listrik. Jenis ini diklasifikasikan sebagai Flash Steam Power Plan.
3. Di beberapa lokasi, sumber daya hydrothermal hadir dengan temperatur rendah. Di lokasi ini Binary Cycle Power Plan dapat diterapkan. Cara kerja dari pembangkit listrik jenis ini adalah dengan memasukan air panas yang diambil dari reservoir ke dalam tabung yang disebut heat exchanger, kemudian energi panas dari air tadi ditransfer ke suatu cairan (biasanya isobutane - C4H10), cairan ini dapat mendidih pada pada suhu yang rendah. Uap yang dihasilkan oleh cairan ini kemudian digunakan untuk menggerakkan sistem turbin dan menghasilkan tenaga listrik.

Dry Steam, Flash Steam, and Binary Cycle Power Plan
Sumber: agreenamerica.org

Pembangkit listrik panas bumi dikategorikan kecil (300 kW sampai 10 MW), sedang (10 MW sampai 50 MW), dan besar (50 MW sampai 100 MW atau lebih). Sebuah pembangkit listrik panas bumi biasanya terdiri dari dua atau lebih turbin generator "modul" dalam satu lapangan. Modul tambahan dapat ditambahkan disesuaikan dengan tenaga yang diperlukan.

Penelitian dan metode eksplorasi

Geothermal Sampling
Sumber: gns.cri.nz

Hampir setiap lapangan panas bumi yang sedang diekstrak saat ini dekat dengan sumber air panas dan uap yang merembes ke permukaan. Setelah para peneliti menemukan daerah seperti itu, mereka akan mengambil sampel dan data-data lainnya di lapangan maupun dari tulis-tulisan terdahulu. Jika sumber air panas atau uap tersebut bersuhu cukup tinggi, akan dilakukan penelitian lebih lanjut dan bahkan dikembang untuk pemanfaatan energi panas bumi. Tapi ada juga daerah panas bumi yang telah dimanfaatkan dan digunakan meskipun daerah tersebut tidak memiliki tanda-tanda adanya air panas atau uap di permukaan.

Ketika penelitian di daerah panas bumi dimulai, hal pertama yang perlu adalah melakukan survey geologi daerah yang sangat rinci. Fokus utama adalah pada rekahan dan material dasar yang menunjukkan adanya water vein dan kemudian mulai melakukan pengukuran. Meskipun banyak informasi yang didapatkan dari hasil pengukuran dan pengambilan sampel dilapangan, kebanyakan peneliti belum yakin sampai mereka melakukan pengeboran dangkal untuk diteliti.

Pada umumnya, metode penelitian dan pengukuran dalam eksplorasi lapangan panas bumi adalah:

• Schlumberger method
• Transient Electromagnetics (TEM) method
• Magnetotellurics (MT-measurement)
• Ground vibration measurements
• Reflectivity measurement
• Wave breaking measurements

Perbandingan energi panas bumi dengan energi terbarukan lainnya

Renewable Energy Comparison Chart (from Goffman, E., 2009)

Hal-hal lain yang perlu untuk kita ketahui tentang energi panas bumi

• Pembangkit listrik panas bumi tidak menghasilkan emisi asap. Pembangkit listrik panas bumi hanya mengeluarkan uap air yang hanya mengandung beberapa jumlah jejak mineral  dan gas alam dari reservoir geothermal. Flash dan Dry Steam Power Plan menghasilkan hanya sebagian kecil dari emisi udara dibandingkan dengan Power Plan yang berbahan bakar fosil. Dan Binary Cycle Power Plan hampir tidak memiliki emisi sama sekali.
• Pembangkit listrik panas bumi menggunakan lahan yang sangat sedikit dibandingkan dengan sumber energi konvensional lainnya dan dapat berbagi wilayah dengan satwa liar atau penggembalaan ternak sapi. Pembangkita listrik panas bumi dapat beroperasi dengan baik dan aman di lingkungan habitat yang sensitif.
• Sumur panas bumi terbuat dari casing baja, dan seluruh sisi sumur tersemenkan sampai ke reservoir. Casing ini dapat melindungi percampuran akuifer air dangkal dengan air panas bumi. Dengan cara ini, pemanfaatan geothermal tidak mencemari sumber air minum.
• Air panas bumi mengandung berbagai konsentrasi mineral terlarut dan garam. Kadang-kadang mineral diekstraksi dan dimanfaatkan dengan baik. Contohnya adalah seng (untuk peralatan elektronik) dan silika. Namun pada reservoir dengan konsentrasi yang lebih tinggi, dapat menyumbat dan mengkorosikan peralatan pembangkit listrik.
• Kebanyakan reservoir panas bumi mengandung sejumlah gas-gas terlarut seperti hidrogen sulfida. Gas ini berbau busuk (seperti telur busuk) dan beracun pada konsentrasi tinggi. Teknologi panas bumi modern dapat menangkap gas ini sebelum lepas ke udara. Proses pemindahan gas dapat menghasilkan sulfur untuk digunakan sebagai pupuk.
• Pemanfaatan energi panas bumi pada umunya membutuhkan penelitian dan survey bertahun-tahun dan kemudian memulai proses pengeboran yang juga dapat memakan waktu dan tidak menjamin akan menemukan reservoir yang cukup untuk proses steam.
• Sumur reservoir dapat mengering bahkan dalam waktu 10 tahun.
• Batuan dasar bisa sangat keras sehingga hampir tidak mungkin untuk dibor, sehingga membutuhkan biaya yang mahal.
• Sumber energi panas bumi sering sekali berada di tempat-tempat terpencil dan jauh dari peradaban atau infrastruktur. Dan kebanyakan pembangkit listrik panas bumi juga perlu air dingin untuk mendinginkan steam sebelum memompanya kembali.
• Pembangkit listrik panas bumi beroperasi siang dan malam, sehingga dapat memberikan pasokan listrik yang memadai. Kebanyakan pembangkit listrik panas bumi, output-nya dapat ditingkatkan untuk memberikan pasokan lebih pada saat-saat kebutuhan listrik meningkat. Tapi, pembangkit listrik panas bumi tidak dapat digunakan sampai pada peak power-nya; jika sumur panas bumi dimatikan secara berulang kali, ekspansi dan kontraksi (disebabkan oleh pemanasan dan pendinginan) akan merusak sumur reservoir.

Dimikian pembahasan tentang penggunaan energi panas bumi, jika ada yang kurang/salah dari penjelasan di artikel ini, mohon untuk menambahkan/mengkoreksinya di kolom komentar. Terimakasih.

Sumber: http://www.efbumi.net/2016/08/geothermal-energy-panas-bumi.html

Referensi:

• Blodgett, L., & Slack, K., (2009). Geothermal 101: Basics of Geothermal Energy Production and Use. Geothermal Energy Association.
• Goffman, E., (2009). Geothermal Energy: Drilling Beneath the Surface of Our Energy Dilemma. Discovery Guides.
• Huenges, E., (2010). Geothermal Energy Systems: Exploration, Development, and Utilization. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. ISBN: 9783527630479