Sistem Panas Bumi

SISTEM PANAS BUMI (Laporan Praktikum Eksplorasi Geothermal)

Oleh: Virgian Rahmanda 1215051054

LABORATORIUM GEOFISIKA JURUSAN TEKNIK GEOFISIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG 2015

DAFTAR ISI

Halaman DAFTAR ISI ....................................................................................................... i DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... ii I.

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ....................................................................... 1 B. Tujuan Percobaan ................................................................... 1 II.

TEORI DASAR

A. B. C. D. III.

Definisi Sistem Panas bumi .................................................... Jenis Sistem Panas bumi......................................................... Komponen Sistem Panas bumi ............................................... Jenis Manisfestasi Panas bumi ...............................................

2 2 2 3

METODOLOGI PRAKTIKUM

A. Alat Praktikum ...................................................................... 4 B. Diagram Alir .......................................................................... 4 IV.

HASIL PRAKTIKUM DAN PEMBAHASAN

A. Data Pengamatan .................................................................... 5 B. Pembahasan ............................................................................ 6 V.

KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

i

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar Gambar 3.1 Diagram Alir .................................................................................... 3 Gambar 4.1 Hydrothermal reservoir Geothermal system ................................... 4 Gambar 4.2 Geopressured reservoir Geothermal system. .................................. 4 Gambar 4.3 Hot dry rock reservoir Geothermal system .................................... 6 Gambar 4.4 Magma reservoir Geothermal system .............................................. 6 Gambar 4.5 High terrain Geothermal system ..................................................... 6 Gambar 4.6 Low terrain reservoir Geothermal system ....................................... 7

ii

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kata  geothermal   berasal dari bahasa yunani yaitu  geo yang berarti  bumi dan therme yang berarti panas. Secara istilah,  geothermal   dapat diartikan sebagai sumber energi panas yang terkandung di dalam air panas, uap air dan batuan bersama mineral ikutan dan gas lainnya yang secara genetik semuanya tidak dapat dipisahkan dalam suatu sistem panas bumi dan untuk pemanfaatannya diperlukan proses penambangan. Ada beberapa sumber daya energi kategori Panas bumi yaitu  Hydrothermal Reservoir, Geopressured Reservoir, Hot Dry Rock Reservoir dan Magma Reservoir . Namun jenis panas bumi yang paling berkembang dan  banyak dimanfaatkan adalah sistem Panas bumi hydrothermal (Suharno, 2010) Dari keempat reservoir tersebut, reservoir panas bumi yang paling  banyak

dimanfaatkan

hingga

saat

ini

adalah

reservoir  dari

sistim

hidrothermal, yaitu sistim panas bumi dimana reservoirnya mengandung uap, air atau campuran keduanya, tergantung tekanan dan temperatur reservoirnya Dari keempat jenis sumberdaya energi Panas bumi tersebut masingmasing memiliki model sistem dan komponen penyusun sistem Panas bumi yang berbeda. Oleh sebeb itu, untuk lebih mengetahui sistem Panas bumi dan komponen penyusun sistem Panas bumi maka dilakukanlah praktikum i ni. B. Tujuan

Tujuan dari praktikum ini adalah sebagai berikut: 1. Mahasiswa mengetahui sistem Panas bumi 2. Mahasiswa mampu membedakan dan mengidentifikasi jenis sistem panas  bumi 3. Mahasiswa mampu mengidentifikasi komponen sistem Panas bumi

II. TEORI DASAR

A. Definisi Sistem Panas bumi kedalaman beberapa kilometer di dalam kerak bumi (Hochstein, 1990). Sistem panas bumi adalah suatu system konveksi air secara alamiah pada kerak bumi bagian atas, yang pada ruang tertentu mentransfer panas dari sumber panas (heat source) ke wadah panas (Parker, 1997). Sistem Panas bumi dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa  parameter. Berdasarkan suhu rata-rata reservoir, sistem Panas bumi dibagi menjadi tiga yaitu low temperature reservoir   (T225 C) (Hochstein, 1990). B. Jenis Reservoir Panas bumi Ada beberapa jenis reservoir panas bumi, yaitu reservoir hidrothermal (hydrothermal reservoir), reservoir bertekanan tinggi (geopressured reservoir), reservoir batuan panas kering (hot dry rock reservoir)  dan reservoir magma (magma reservoir). Dari keempat reservoir tersebut, reservoir panas bumi yang paling banyak dimanfaatkan hingga saat ini adalah reservoir  dari sistim hidrothermal, yaitu sistim panas bumi dimana reservoirnya mengandung uap, air atau campuran keduanya, tergantung tekanan dan temperatur reservoirnya. Apabila temperatur reservoir lebih rendah dari temperatur saturasi atau temperatur titik didih air pada tekanan reservoir tersebut, maka maka fluida hanya terdiri dari satu fasa saja, yaitu air. Apabila temperatur lebih tinggi dari temperatur saturasi atau temperatur titik didih air pada tekanan reservoir tersebut, maka fluida hanya terdiri satu fasa saja, yaitu uap. Pada kondisi tersebut, uap disebut sebagai  superheated steam. Apabila tekanan dan temperatur reservoir sama dengan tekanan dan temperatur saturasi air maka fluida terdiri dari dua fasa, yaitu campuran uap dan air (Saptadji, 2009) C. Komponen sistem Panas bumi Suatu sistem panas bumi akan sempurna jika menuai persyaratan sebagai  berikut: 1. Memiliki sumber panas (heat source) berupa batuan plutonik, magma yang telah dingin 2. Memiliki batuan berongga ( porous ricks) atau reservoir tempat air panas atau uap panas terjebak di dalamnya

3

3. Terdapat struktur geologi (patahan, perlipatan, collapse, rekahan dan ketidakselarasan), yang merupakan sistem lolos air ( permeable) 4. Memiliki lapisan penutup (capsrock ), berupa batuan kedap air (impermeable), biasanya terdiri dari batuan lempung. 5. Terdapat daerah resapan air (recharge area) dan siklus hidrologi, alirann air di bawah permukaan yang cukup untuk pengisian cadangan reservoar. (Suharno, 2013) D. Manifestasi Panas Bumi Keberadaan suatu sistem panas bumi biasanya dicirikan adanya manifestasi di  permukaan. Beberapa manifestasi tersebut adalah : 1. Mata air panas (hot springs) Batuan dalam dapur magma dapat menyimpan panas hingga ribuan tahun. Air tanah yang turun dan bersentuhan dengan magma akan terpanaskan dan cenderungung naik ke permukaan melalui rekahan-rekahan pada  batuan dan membentuk sumber mata air panas. 2. Fumarola dan solfatara Fumarola merupakan lubang asap tempat keluarnya gas-gas yang dihasilkan oleh gunung api. Sedangkan solfatra ,erupkaan fumarola yang mengularkan gas belerang (sulfur), seperti SO 2, H2S dan S. 3. Geyser Adalah air tanah yang tersembur keluar sebagai kolom uap dan air panas, terbentuk oleh adanya celah yang terisi air dari kawah. 4. Uap tanah ( steaming ground ) Di beberapa daerah lapangan panas bumi sering ditemukan tempat-tempat yang mengeluarkan uap panas ( steam) nampak keluar dari permukaan tanah. Uap panas berasal dari suatu lapisan tipis dekat permukaan yang mengandung air panas yang mempunyai suhu mendekati titik didihnya. 5. Lumpur Panas Lumpur panas merupkaan manifestasi panas bumi di permukaan, umumnya mengandung uap panas yang tidak terlalu banyak dan gas C02 yang tidak mudah menjadi cair (mengembun). 6. Kawah (crater ) Pada punncak atau daerah di sekitar puncak gunung api terdapat kawah, yaitu suatu bentuk depresi berbentuk corong terbuka ke atas yang merupakan tempat disemburkanya tepra gas dan lava. 7. Batuan Alterasi Batuan alterasi terjadi karena proses interaksi antara batuan asal dan fluida Panas bumi. Batuan alterasi terjadi karena beberapa faktor, antara lain suhu, tekanan, jenis batuan, komposisi fluida, pH dan lamanya interaksi (Suharno, 2013).

III. METODELOGI

A. Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan pada praktikum kali ini adalah sebagai berikut : 1.

Alat tulis

2.

Kertas HVS

3.

Model Jenis sistem Panas bumi

B. Diagram Alir Praktikum

Adapun diagram alir pada praktikum ini adalah sebagai berikut :

Mulai

Identifikasi jenis sistem panas bumi pada model yang diberikan

Identifikasi komponen penyusun maisng-maisng sistem Panas bumi

Menggambar kembali sistem panas bumi, dengan komponennya

Selesai

Gambar 3.1 Diagram Alir

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Data Praktikum

Adapun data sistem panas bumi dari praktikum ini adalah sebagai berikut;

Gambar 4.1 Hydrothermal reservoir Geothermal system

Gambar 4.2 Geopressured reservoir Geothermal system

Gambar 4.3 Hot dry rock reservoir Geothermal system

6

Gambar 4.4 Magma reservoir Geothermal system

Gambar 4.4 High terrain Geothermal system

7

Gambar 4.5 Low terrain Geothermal system

B. Pembahasan Dalam praktikum kali ini praktikan diharuskan untuk mengidentifikasi sistem panas bumi dengan komponennya. Sistem panas bumi yang dilakukan identifikasi yaitu sistem panas bumi berdasarkan kategori sumberdaya energi  panas bumi, meliputi reservoir hidrothermal (hydrothermal reservoir), reservoir bertekanan tinggi (geopressured reservoir), reservoir batuan panas kering (hot dry rock reservoir)  dan reservoir magma (magma reservoir). Selain itu juga sistem panas bumi berdasarkan elevasinya yang teridiri dari low terrain geothermal system dan high terrain geothermal system. Pada jenis panas bumi hidrothermal (hydrothermal reservoir),  sistim  panas bumi dimana reservoirnya mengandung uap, air atau campuran keduanya, tergantung tekanan dan temperatur reservoirnya. Apabila temperatur reservoir lebih rendah dari temperatur saturasi atau temperatur titik didih air pada tekanan reservoir tersebut, maka maka fluida hanya terdiri dari satu fasa saja, yaitu air. Apabila temperatur lebih tinggi dari temperatur saturasi atau temperatur titik didih air pada tekanan reservoir tersebut, maka fluida hanya terdiri satu fasa saja, yaitu uap. Apabila tekanan dan temperatur reservoir sama dengan tekanan dan temperatur saturasi air maka fluida terdiri dari dua fasa, yaitu campuran uap dan air. Komponen penyusun sistem panas

8

 bumi hidrothermal meliputi; sumber panas, batuan berporos atau reservoir, lapisan penutup, keberadaan struktur geologi dan daerah resapan air atau aliran bawah permukaan. Pada gambar 4.1, reservoir hydrothermal, air  berasal dari permukaan akibat jatuh dari hujan. Air ini kemudian masuk karena adanya perekahan batuan. Air tersebut terakumulasi di dalam reservoir. Sumber panasnya berasal dari hasil intrusi magma akibat tumbukan antar lempeng. Akibatnya panas dari magma tersebut dialirkan secara konduksi melalui batuan hingga panasnya merambat ke reservoir. Pada reservoir yang sudah berisi air, terjadilah arus konveksi sehingga memanaskan semua air di dalam reservoir tersebut. Sistem reservoir bertekanan tinggi (geopressured reservoir)  pada gambar 4.2 , merupakan reservoir panas bumi yang lebih dalam daripada reservoir hydrothermal. Reservoir ini beisi air panas yang mengandung  banyak sekali gas methane sehingga berada pada lingkungan yang gradien tekanannya lebih besar daripada gradien hidrostatik. Berdasarkan studi  pustaka yang diperoleh ada beberapa percobaan dalam skala lab sudah dilakukan yaitu dengan memproduksikan fluida tersebut ke permukaan. Kemudian gas methane dipisahkan dari air panasnya. Gas methane dibakar untuk memanasi air sehingga meningkatkan harga entalpi air. Pada komponen sistem panas bumi ini ini mirip dengan sistem hidrokarbon yang ditemukan di daerah pengendapan pantai. Berdasarkan komponen penyusunya secara umum zona  geopressured terdiri dari litologi pasir yang porous yang tersaturasi dengan air asin dari tekanan dan temperature yang tinggi (terdapat di pesisir pantai Louisiana dan offshore di selatan Texas). Sistem ini terbentuk karena perpindahan panas yang terjebak oleh undercompacted clays yang menjadi lapisan isolasi. Air yang berasal dari proses kompaksi dan dehidrasi terakumulasi dalam lapisan pasir dan dengan segnifikan meningkatkan cadangan fluida. Pengendapan laut merupakan bakal  pembentukan undercompacted clays yang berada di kedalaman 6500 hingga 10000 feet. Temperature yang terbentuk sekitar 290 oC. Reservoir batuan panas kering (hot dry rock reservoir)  ini memiliki kedalaman yang sangat dalam sehingga permeabilitasnya menjadi lebih kecil. Sumber panasnya bisa berasal dari intrusi magma atau gradient geotermalnya. Pada gambar 4.3 nampak bahwa sistem panas bumi ini tersusun dari batuan impermeable yang bergabung dengan sumberpanas. Pada volume batuan  panas kering yang lebih besar terdapat pada kerak bumi dengan kedalaman sekitar 50.000 feet, melebihi kemampuan pengeboran yang ada. Beberapa sistem hot dry rock   yang dangkal seperti yang terdapat di Maryaville, Montana masih dalam tahapan penelitian. Karena tidak adanya air dalam sistem ini, air harus di injeksikan saat pengeboran dan harus terdapat  perekahan batuan diantara beberapa lubang bor (hydraulic fracturing ) dimana air diinjeksikan dengan tekanan yang besar sehingga mengakibatkan rekahan

9

di reservoir. Hal ini diupayakan untuk meningkatkan permeabilitas  batuannya. Setelah diinjeksikan air, maka uap yang yang muncul ke  permukaan dapat digunakan untuk menggerakan turbin generator listirik. Pada gambar 4.4 merupakan jenis Reservoir magma (magma reservoir). Komponen dari sistem reservoir panas bumi ini merupakan sumberpanas  bumi yang paling besar yaitu magma, batuan leleh yang berada pada kedalaman 3-10 km dan lebih dalam sehingga tidak mudah untuk di eksploitasi. Temperatur yang dihasilkan yakni berkisar antara 700-1200 oC. Eksploitasi ini sangat berbahaya sehingga belum banyak dilakukan kajian. Caranya adalah dengan mencari reservoir yang berisi magma pada kedalaman yang relatif dangkal kemudian mengambil magma tersebut dari sebuah sumur dan memanasi suatu heat exchanger. Selain membahas dan mengidentifikasi sistem panas bumi berdasarkan kategori sumber dayanya, jenis panas bumi berdasarkan elevasinya terdiri dari dua jenis sistem panas bumi yaitu high terrain  dan low terrain  geothermal system. High terrain geothermal system merupakan sistem panas  bumi yang terdapat pada daerah elevasi tinggi. Pada Gambar 4.6 dan 47 nampak yang membedakan dengan low terrain geothermal system selain  posisi upflow zone yang lebih tinggi karena berada di kawah dari sebuah sistem vulkanik gunung api yaitu kondisi fluida Pada kondisi high terrain merupakan fluida panas bumi yang mengalir secara lateral (outflow) dan terencerkan dengan air permukaan, sedangkan untuk low terrain merupakan fluida panas bumi yang langsung mengalir dari reservoir (upflow). Posisi dari elemen panas bumi dari high terrain geothermal system sumber panas yang  berada di lapisan bawah permukaan akan terjadi transfer panas hingga menuju puncak kawah, dan menghasilkan beberapa manifestasi seperti solfatara. Zona recharge yang terdapat di sekitar kawah memiliki posisi yang lebih tinggi dibandingkan dengan letak manifestasi lain kecuali solfatara. Gambar 4.6 merupakan jenis sistem panas bumi low terrain sistem  berada pada elevasi yang relatif rendah dengan posisi zona recharge, zona upflow dan outflow yang relatif datar, tidak terdapat perbedaan topografi yang segnifikan dari ketiga zona tersebut. Pada sistem panas bumi low terrain, sumber panas yang berada di lapisan paling bawah dari sistem tersebut terdapat transfer panas dan massa dari sistem magmatik adanya sesar-sesar. Setelah magma berada di reservoir, sumber panas tersebut akan memanaskan fluida dan batuan plutonik disekitarnya sehingga terjadi proses konveksi. Pada sistem low terrain terdapat water contact dengan air meteorik terhadap sumber panas. Dari beberapa jenis sistem panas bumi yang telah dibahas yang membedakan masing-masing sistem panas bumi adalah jenis reservoirnya yang dibagi menjadi meliputi reservoir hidrothermal (hydrothermal reservoir), reservoir bertekanan tinggi (geopressured reservoir), reservoir

10

 batuan panas kering (hot dry rock reservoir)  dan reservoir magma (magma reservoir serta sistem panas bumi berdasarkan ketinggian atau elevasinya dibagi menjadi low terrain dan high terrain geothermal system. Dalam pembentukan sistem panas bumi terdapat pengaruh kondisi tektonik terhadap pembentukan sistem panas bumi karena sistem panas bumi  biasanya berada daerah busur vulkanik (volcanic arc)  dari sistem tektonik lempeng. Subduksi antar lempeng benua dan samudra menghasilkan suatu  proses peleburan magma dalam bentuk partial melting batuan mantel dan magma mengalami diferensiasi pada saat perjalanan ke permukaan proses tersebut membentuk kantong  –   kantong magma (silisic / basaltic) yang  berperan dalam pembentukan jalur gunungapi . Munculnya rentetan gunung  beserta aktivitas tektoniknya dijadikan sebagai model konseptual  pembentukan sistem panas bumi. Seperti yang ada di indonesia, berdasarkan asosiasi terhadap tatanan geologi, sistem panas bumi di Indonesia dapat dikelompokkan menjadi 3 jenis, yaitu : vulkanik, vulkano  –   tektonik dan  Non-vulkanik. Dari jenis panas bumi terkait dengan kondisi tektonik dapat mempengaruhi jenis batuan penyusun, tingkat permeabilitas dan topografi terbentuknya sistem panas bumi.

V. KESIMPULAN

Adapun kesimpulan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut : 1. Berdasarkan kategori sumberdaya energi panas bumi, meliputi reservoir hidrothermal (hydrothermal reservoir), reservoir bertekanan tinggi (geopressured reservoir), reservoir batuan panas kering (hot dry rock reservoir) dan reservoir magma (magma reservoir). 2. Sistem panas bumi berdasarkan ketinggian atau elevasinya dibagi menjadi low terrain dan high terrain geothermal system. 3. Perbedaan dari segi aliran fluda panas bumi, pada sistem high terrain fluida panas bumi yang mengalir secara lateral (outflow) dan terencerkan dengan air permukaan, sedangkan untuk low terrain merupakan fluida panas bumi yang langsung mengalir dari reservoir  (upflow). 4. Reservoir magma (magma reservoir) merupakan sumberpanas bumi yang paling besar yaitu magma, namun masih sangat jarang dalam  pemanfaatanya. 5. Dalam pembentukan sistem panas bumi terdapat pengaruh kondisi tektonik terhadap pembentukan sistem panas bumi, karena sistem  panas bumi biasanya berada daerah busur vulkanik (volcanic arc) dari sistem tektonik lempeng.

DAFRTAR PUSTAKA

Hochstein, M. P., and Sudarman, S.,1993, geothermal resources of Sumatera: Geothermics, v. 22, No.D, p.181-200 Browne, P.R.L,. 1998. Hydrothermal Alteration. Geothermal Institute The University of Auckland. Saptadji, Nenny., 2009. Karakterisasi Reservoir Panas Bumi. Training “Advanced Geothermal Reservoir Engineering ” , 6-17 Juli 2009. Institut Teknologi  Bandung Suharno., 2013.,  Eksplorasi Geothermal . Bandar Lampung: Universitas Lampung

LAMPIRAN