Tugas Makalah & Presentasi tentang Panas, Kelas A (Term 2, 2007/2008)

PENERAPAN KONSEP FISIKA DALAM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PANAS BUMI

  Kelompok 1:

  1. Budi Rahayu

  4. Randy Raditya

  2. Faris Al Afif 5. Topan Bayu K.

  3. M. Reza Tawakal

  PENDAHULUAN

  Topik yang dibawakan oleh kelompok kami kali ini berhubungan dengan Geothermal. Geothermal yang juga biasa dikenal sebagai Earth Heat adalah energi yang di dapat dari dalam bumi dan digunakan untuk keperluan kegiatan-kegiatan seperti layaknya sebuah pemanfaatan energi. Banyak yang sudah memanfaaatkan energi panas bumi ini salah satu diantaranya adalah Geothermal Power Plant, sebagai salah satu pembangkit listrik yang memanfaatkan energi panas bumi.

  Saat ini energi panas bumi mulai menjadi perhatian dunia karena selain energi yang dihasilkan dapat dikonversi menjadi energi listrik, juga bebas polusi. Beberapa pembangkit listrik bertenaga panas bumi telah terpasang di manca negara seperti di Amerika Serikat, Inggris, Perancis, Italia, Swedia, Swiss, Jerman, Selandia Baru, Australia, dan Jepang. Amerika saat ini bahkan sedang sibuk dengan riset besar mereka di bidang geothermal dengan nama Enhanced Geothermal Systems (EGS). EGS diprakarsai oleh US Department of Energy (DOE) dan bekerja sama dengan beberapa universitas seperti MIT, Southern Methodist University, dan University of Utah. Proyek ini merupakan program jangka panjang dimana pada 2050 geothermal merupakan sumber utama tenaga listrik Amerika Serikat.

TEORI FISIKA

  Kita akan mengemukakan beberapa teori umum dari energi panas bumi tersebut. Apa itu panas? Panas atau kalor adalah energi yang ditransfer dari satu benda ke benda lain karena adanya perbedaan temperatur. Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja/usaha (Ganijanti Aby Sarojo, Seri Fisika Dasar Mekanika). Layaknya sebuah energi maka kalorpun memiliki sifat-sifat sebagai berikut.

  1. Transfer energi (transfer kalor) Pindahnya eneri dari satu sistem ke sistem lain. Ada 3 bentuk perpindahan dalam kalor:

  a. Radiasi, transfer energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Radiasi bergerak lewat ruang dengan kelajuan cahaya (Tipler, Fisika Untuk Sains dan Teknik). Contohnya adalah energi pancar matahari ke bumi.

  b. Konduksi, energi kalor ditransfer melalui interaksi antara atom-atom atau molekul, walaupun atom-atom atau molekul sendiri tidak berpindah. Misalnya, ujung batang besi yang dipanaskan, maka atom-atom diujung batang besi yang dipanaskan bergetar dengan energi yang lebih besar dibanding atom-atom diujung yang lebih dingin. Karena interaksi atom-atom yang lebih energetik dengan sekitarnya, energi dipindahkan sepanjang batang. Selian itu, pada logam perpindahan konduksi dibantu dengan adanya elektron-elektron bebas.

  c. Konveksi, kalor dipindahkan langsung lewat perpindahan massa. Misalnya, bila udara di dekat lantai dipanaskan, udara memuai dan naik karena kerapatannya yang lebih rendah.

  Perpindahan kalor terjadi dari lantai ke langit-langit bersama dengan massa udara panas.

  2. Kalor tidak dapat dibentuk dari nol, dan tidak dapat dimusnahkan.

  3. Transformasi kalor Kalor tidak dapat dimusnahkan, tetapi energi kalor dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain.

  Termodinamika

  Termodinamika adalah ilmu tentang temperatur, panas dan pertukaran energi. Seperti kita ketahui temperatur adalah ukuran panas atau dinginnya suatu benda.

  Hukum pertama termodinamika (pernyataan kekekalan energi)

  Hukum ini menggambarkan hasil banyak eksperimen yang menghubungkan usaha yang dilakukan pada sistem, panas yang ditambahkan pada atau dikurangkan dari sistem, dan energi internal sistem.

  Q = ∆ U + W

  “Panas netto yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem

  ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem” PENERAPAN TEORI & APLIKASI Pada pembangkit listrik tenaga geothermal, digunakan tenaga panas bumi untuk menghasilkan listrik.

  Panas bumi memanaskan air yang terdapat di dalam bumi sehingga air berubah menjadi uap. Uap ini digunakan untuk memutar turbin uap yang akan memutar generator untuk menghasilkan listrik. Agar mesin–mesin pada pembangkit tidak rusak, diperlukan uap air yang murni (hanya terdiri dari uap air saja dan tidak mengandung zat–zat lainnya seperti air dan H2S), untuk itulah sebelum masuk ke turbin, uap air perlu dipisahkan dari zat–zat lainnya. Uap air dipisahkan dengan air menggunakan sebuah separator sedangkan zat–zat lainnya seperti H2S dipisahkan dari uap dengan menggunakan sebuah scrubber. Setelah dibersihkan inilah baru uap air dialirkan menuju turbin uap memiliki sudu–sudu yang akan diputar oleh uap air sehingga turbin akan menghasilkan energi gerak. Energi gerak ini akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator. Dalam Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi, terdapat menara pendingin (cooling tower) yang bertujuan untuk mendinginkan air yang berasal dari kondensor. Kondensor sendiri merupakan alat yang digunakan untuk mendinginkan sisa uap yang telah melalui turbin. Uap yang telah didinginkan akan berubah menjadi air. Air ini akan diinjeksikan kembali ke dalam bumi.

  Setiap 100 meter kita turun ke dalam perut bumi, temperatur batu-batuan cair tersebut naik sekitar 30 C. Jadi semakin jauh ke dalam perut bumi suhu batu-batuan maupun lumpur akan makin tinggi. Bila suhu di permukaan bumi adalah 270 C maka untuk kedalaman 100 meter suhu bisa mencapai sekitar 300 C. Untuk kedalaman 1 kilometer suhu batu-batuan dan lumpur bisa mencapai 57-600 C. Bila kita ukur pada kedalaman 2 kilometer suhu batuan dan lumpur bisa mencapai 1200 C atau lebih. Di dalam kulit bumi ada kalanya aliran air dekat sekali dengan batu-batuan panas di mana suhu bisa mencapai 1480C. Air tersebut tidak menjadi uap (steam) karena tidak ada kontak dengan udara. Bila air panas tadi bisa keluar ke permukaan bumi karena ada celah atau terjadi retakan di kulit bumi, maka timbul air panas yang biasa disebut dengan hot spring. Bila air panas alam ter-sebut bila bercampur dengan udara karena terjadi fraktur atau retakan maka selain air panas akan keluar juga uap panas (steam). Air panas dan steam inilah yang kemudian dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit tenaga listrik. Agar panas bumi (geothermal) tersebut bisa dikonversi menjadi ener-gi listrik tentu diperlukan pembangkit (power plants)

  Reservoir panas bumi biasanya diklasifi-kasikan ke dalam dua golongan yaitu yang ber-suhu rendah (low temperature) dengan suhu <1500 C dan yang bersuhu tinggi (high tempera-ture) dengan suhu diatas 1500C. Yang paling baik untuk digunakan sebagai sumber pem-bangkit tenaga listrik adalah yang masuk kate-gori high

  

temperature. Namun dengan perkem-bangan teknologi, sumber panas bumi dengan kategori low temperature

  juga dapat digunakan asalkan suhunya melebihi 500 C. Pembangkit (power plants) untuk pembang-kit listrik tenaga panas bumi dapat beroperasi pada suhu yang relatif rendah yaitu berkisar antara 122 s/d 4820 F (50 s/d 2500 C). Banding-kan dengan pembangkit pada PLTN yang akan beroperasi pada suhu sekitar 10220 F atau 5500 C.

A. Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

  1. Flash Stream Power Plant

  Salah satu jenis Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi yang ada saat ini adalah Flash Stream Power Plant. Jenis ini menggunakan air panas di dalam bumi sebagai sumber energinya. Air panas ini bersuhu diatas 182˚C, namun ia tidak menguap. Hal ini disebabkan oleh tekanan di dalam bumi yang sangat besar, sehingga air tersebut tidak berubah wujud menjadi uap.

  Flash Steam Power Plant lalu memompa air ini ke permukaan bumi melalui sebuah pipa penyedot. Dalam perjalanan menuju permukaan, tekanan mengecil sehingga sebagian air menguap dengan cepat. Proses ini dinamakan “Flash”. Setelah sampai di permukaan, air dan uap ditampung lalu dipisahkan di dalam Flash Tank.

  Uap yang didapat dari Flash Tank pertama ini bertekanan tinggi. Air yang didapat dari Flash Tank lalu dialirkan menuju Standard-Pressure Crystallizer. Standard-Pressure Crystallizer ini memiliki tekanan yang lebih kecil dari Flash Tank, sehingga sebagian air berubah wujud menjadi uap bertekanan standar. Air yang tidak menguap lalu dialirkan ke Low-Pressure Crystallizer yang memiliki tekanan lebih kecil dari Standard-Pressure Crystallizer, sehingga sebagian air menguap dan menghasilkan uap bertekanan rendah.

  Baik uap bertekanan tinggi, standar, maupun rendah dialirkan ke turbin yang akan berputar dan menghasilkan listrik. Sementara itu, air yang tidak menguap akan dialirkan kembali ke dalam bumi. Setelah melewati turbin, uap akan dialirkan menuju Condenser yang mengubah uap kembali menjadi air. Air ini lalu dialirkan bersama air yang tidak menguap kembali ke dalam bumi.

  2. Dry Steam Power Plant

  Dry steam power plant merupakan pembangkit listrik yang memanfaatkan panas bumi yang pertama kali ada. Pada tipe ini uap panas (steam) yang berasal dari dalam bumi langsung diarahkan ke turbin dan mengaktifkan generator untuk bekerja menghasilkan listrik. Sisa panas yang datang dari production well dialirkan kembali ke dalam reservoir melalui injection well. Dengan cara seperti ini, mengambil dan mengembalikan uap panas atau air panas ke dalam bumi, meminimalisir terjadinya kekeringan air di dalam bumi. Pembangkit tipe tertua ini pertama kali digunakan di Lardarello, Italia, pada 1904 di mana saat ini masih berfungsi dengan baik. Di Amerika Serikat pun dry steam power masih digunakan seperti yang ada di Geysers,

3. Binary-Cycle Power Plant

  Binary-cycle power plant (BCPP) merupakan pembangkit listrik tenaga panas bumi yang menggunakan prinsip teknologi yang berbeda dengan dry steam power plant dan flash steam power plant. Berikut ini sebuah contoh gambar dari Binary-cycle power plant (BCPP) :

  Pada BCPP aliran air panas atau uap panas tetap tetap berasal dari sumur produksi (production well) dan kembali ke bumi melalui sumur injeksi (injection well). Namun, yang membedakan kerja BCPP dengan dua pembangkit listrik sebelumnya terletak pada uap panas yang akan menggerakkan turbin. Pada dua pembangkit listrik sebelumnya uap panas langsung berasal dari dalam bumi. Pada BCPP uap panas yang digunakan untuk memutar turbin tidak langsung berasal dari dalam bumi. Yang dimanfaatkan dari uap panas yang berasal dari dalam bumi hanya energi panasnya saja. Mungkin akan timbul pertanyaan bagaimana ini bisa terjadi? Ya, ini bisa terjadi karena pada BCPP terdapat alat yang bernama heat exchanger.

  Dengan adanya heat exchanger air panas atau uap panas yang berasal dari bumi tidak perlu secara langsung memutar turbin. Air panas dari dalam bumi hanya seperti “menumpang lewat” saja di heat exchanger. Air panas ini hanya mengirimkan panas yang dimilikinya ke apa yang disebut dengan working fluid. Working fluid adalah fluida yang bekerja secara tertutup untuk memutar turbin. Tertutup di sini memiliki arti bahwa working fluid tidak pernah keluar dari sistem. Fluida ini akan terus berputar melewati turbin dan heat exchanger. Pada heat exchanger working fluid menerima panas dari air panas yang berasal dari dalam bumi. Karena menerima panas yang cukup tinggi, fluida ini akan berubah menjadi uap panas yang akan dialirkan ke arah turbin dan memutarnya. Setelah dari turbin, uap panas ini didinginkan dan dialirkan ke heat exchanger lagi untuk diubah kembali menjadi uap panas. Begitulah kerja dari working fluid yang terus berputar saja dalam sistem. _o Keunggulan dari BCPP adalah pengoperasiannya yang bisa dilakukan pada suhu rendah, yaitu 90 – 175 C.

B. Kelebihan, Kekurangan, dan Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

  1. Kelebihan Penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

  Penggunaan panas bumi sebagai salah satu sumber tenaga listrik memiliki banyak keuntungan di sektor lingkungan maupun ekonomi bila dibandingkan sumber daya alam lainnya seperti batubara, minyak bumi, air dan sebagainya. Tidak seperti sumber daya alam lainnya. Sifat panas bumi sebagai energi terbarukan menjamin kehandalan operasional pembangkit karena fluida panas bumi sebagai sumber tenaga yang digunakan sebagai penggeraknya akan selalu tersedia dan tidak akan mengalami penurunan jumlah.

  Pada sektor lingkungan, berdirinya pembangkit panas bumi tidak akan mempengaruhi persediaan air tanah di daerah tersebut karena sisa buangan air disuntikkan ke bumi dengan kedalaman yang jauh dari lapisan aliran air tanah. Limbah yang dihasilkan juga hanya berupa air sehingga tidak mengotori udara dan merusak atmosfer. Kebersihan lingkungan sekitar pembangkit pun tetap terjaga karena pengoperasiannya tidak memerlukan bahan bakar, tidak seperti pembangkit listrik tenaga lain yang memiliki gas buangan berbahaya akibat pembakaran.

  Sedangkan di sektor ekonomi, pengembangan energi panas bumi dapat meningkatkan devisa negara. Penggunaannya dapat meminimalkan pemakaian bahan bakar yang berasal dari fosil (minyak bumi, gas dan batubara) di dalam negeri sehingga, mereka dapat diekspor dan menjadikan pemasukan bagi negara. Hal ini mengingat sifat energi panas bumi yang tidak dapat diangkut jauh dari sumbernya. Dengan mengembangkan panas bumi, kapasitas sebesar 330 MW yang dihasilkan energi panas bumi, negara dapat menghemat pemakaian minyak bumi sebesar 105 MM BBL.

  2. Kekurangan Penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

  Terdapat beberapa tempat dan lingkungan yang terpengaruh dengan adanya proyek pembangkit listrik tenaga panas bumi. Konstruksi dari sistem ini dapat menyebabkan stabilitas tanah pada daerah tersebut menjadi turun dari keadaan sebelumnya. Selain itu, dana proyek yang diperlukan dalam pembuatan konstruksi PLTP tergolong mahal dibandingkan dengan proyek pembuatan pembangkit energi yang lain.

3. Potensialitas Penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi di Masa Depan

  Steam dan sumber mata air panas hanyalah sebagian kecil dari sumber panas bumi. Magma bumi dan batuan panas dalam prosesnya akan menyediakan biaya yang murah, bersih, dan hampir memiliki energi yang tak terbatas selama kita bisa mengembangkan teknologi dalam penggunaan sumber-sumber tersebut. Sementara itu, karena sumber-sumber energi tersebut keberadaannya sangat berlimpah, temperature ukuran sedang yang diproses pada proses binary cycle akan menghasilkan energi listrik yang lebih banyak daripada energi listrik yang dihasilkan pada proses umumnya. Departemen Energi Amerika Serikat yang sedang mengerjakan proyek industri pembangkit listrik tenaga panas bumi telah menghasilkan $0.03 sampai $0.05 per kilowatt jam dan diperkirakan pembangkit listrik tenaga panas bumi pada dekade berikutnya akan menghasilkan kuantitas energi sekitar 15.000 Megawatts dari kapasitas yang baru.

  Meningkatnya kebutuhan energi dunia ditambah lagi dengan semakin tingginya kesadaran akan kebersihan dan keselamatan lingkungan, maka panas bumi (geothermal) akan mempunyai masa depan yang cerah. Program EGS (enhanced geothermal systems) yang dilakukan Amerika Serikat merupakan suatu program besar-besaran untuk menjadikan geothermal sebagai salah satu primadona pembangkit listrik pada tahun 2050 mendatang.

  Indonesia sendiri sebetulnya sangat berpeluang untuk melakukan pemanfaatan geothermal sebagai pembangkit listrik, bahkan berpotensi sebagai negara pengekspor listrik bila ditangani secara serius. Hal ini tidak berlebihan, mengingat banyaknya sumber geothermal yang sudah siap diekploitasi di sepanjang Sumatra, Jawa, dan Sulawesi. Untuk mempermudah pelaksanaannya tidak ada salahnya bila kita bekerja sama dengan negara maju asalkan kepentingan kita yang lebih dominan. Misalnya kita bekerja sama dengan US DOE (Department of Energy) untuk mendapat berbagai hasil riset mereka dalam EGS (enhanced geothermal systems).

  KESIMPULAN

  Saat ini energi panas bumi mulai menjadi perhatian dunia karena selain energi yang dihasilkan dapat dikonversi menjadi energi listrik, juga bebas polusi. Panas bumi memanaskan air yang terdapat di dalam bumi sehingga air berubah menjadi uap. Uap ini digunakan untuk memutar turbin uap yang akan memutar generator untuk menghasilkan listrik. Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi adalah Flash Stream Power Plant, Dry Steam Power Plant, dan Binary-Cycle Power Plant.

  Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi adalah fluida panas bumi sebagai sumber tenaga yang digunakan sebagai penggeraknya akan selalu tersedia dan tidak akan mengalami penurunan jumlah. Limbah yang dihasilkan juga hanya berupa air sehingga tidak mengotori udara dan merusak atmosfer. Walaupun dana proyek yang diperlukan dalam pembuatan konstruksi PLTP tergolong mahal dibandingkan dengan proyek pembuatan pembangkit energi yang lain, namun Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi berpotensi menjadi primadona pembangkit listrik di masa mendatang.

DAFTAR ACUAN

  http://www1.eere.energy.gov/geothermal/powerplants.html http://en.wikipedia.org/wiki/Geothermal_power http://www.geodipa.co.id http://moslemengineer.wordpress.com