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. Definisi Sistem Panas bumi .................................................... 2

B. Jenis Sistem Panas bumi ......................................................... 2

C. Komponen Sistem Panas bumi ............................................... 2

D. Jenis Manisfestasi Panas bumi ............................................... 3

III. 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

Gambar Halaman

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 masing-

masing 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 ini.

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 (T<125 oC), intermediate

temperature reservoir (T 125-225 oC), dan high temperature

reservoir (T>225 oC) (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. 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 SO2, 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).

3

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 :

Gambar 3.1 Diagram Alir

Mulai

Identifikasi jenis sistem panas bumi pada model yang

diberikan

Selesai

Identifikasi komponen penyusun maisng-maisng sistem

Panas bumi

Menggambar kembali sistem panas bumi, dengan

komponennya

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

Gambar 4.4 Magma reservoir Geothermal system

Gambar 4.4 High terrain Geothermal system

6

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

7

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 290oC.

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

8

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 700-1200oC.

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

9

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.

10

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