A. SISTEM PANAS BUMI
Sistem panas bumi yang terbentuk merupakan proses hidrotermal yang melibatkan tubuh intrusif (plutonik) atau aktivitas magmatik sebagai sumber panas sehingga terjadi perpindahan panas secara konduktif pada batuan sekitarnya dan konvektif pada larutan air panas, baik yang berasal dari magmatik ataupun air meteorik yang meresap melalui daerah resapan. Interaksi antara fluida dengan batuan induk tersebut dapat melarutkan dan membawa unsur-unsur kimia. Proses geologi yang melibatkan aktivitas fluida seperti ini disebut proses hidrotermal, sehingga suatu sistem panas bumi adalah manifestasi dari proses hidrothermal. Persyaratan utama untuk pembentukan sistem panas bumi adalah: Sumber panas (heat source), Fluida panas, Reservoir, Lapisan penudung (cap rock).
Untuk memudahkan pola berfikir kita mengenai proses pembentukan panas bumi, dapat diasumsikan seperti ceret yang berisi air dan dipanaskan oleh api, seiring dengan meningkatnya tekanan dan temperatur dalam wadah tersebut maka air akan mengalami perubahan fasa membentuk uap air.
B. Syarat Pembentukan Panas Bumi
a. Sumber Panas
Panas dapat berpindah secara konduktif dan konvektif. Perpindahan panas secara konduktif adalah perpindahan panas melalui bahan akibat adanya interaksi atomik/molekul penyusun batuan dalam mantel. Perpindahan panas secara konvektif adalah perpindahan panas yang diikuti oleh perpindahan massa (molekul). Sebagai sumber panas dalam sistem panas bumi pada umumnya berasal dari magma.
Magma pada awalnya terbentuk sebagai hasil pelelehan mantel (partial melting), sebagai akibat penurunan titik didih mantel karena adanya infiltrasi H2O dari zona subduksi. Magma dapat terjadi pula karena pelelehan sebagian kerak bumi pada proses penebalan lempeng benua, seperti yang terjadi pada tumbukan antar lempeng benua (collision). Menurut Hochstein dan Muffler (1995), perpindahan panas di dalam kerak bumi panas dari kerak terdiri dari :
Transfer panas dari busur vulkanik :
i. Perpindahan panas oleh erupsi vulkanik.
ii. Pelepasan panas secara hampir terus menerus dalam jangka tertentu dari gunung api aktif dan pelepasan gas dari kerak yang terintrusi.
iii. Anomali perpindahan konduktif yang tinggi.
iv. Perpindahan panas konvektif yang hampir terus menerus oleh fluida panas bumi.
Perpindahan panas oleh plume mantel yang berupa hot spot, selalu berasosiasi dengan pembentukan magma basaltis dengan volume yang besar berupa flood basalt/ banjir basalt. Dimensi dari plume mantel adalah dengan jari-jari sekitar 500 -1000 km, contohnya di gugusan Kepulauan Hawaii.
Perpindahan panas dari hasil pelelehan subcrustal oleh underplating, kejadiannya adalah pelelehan batuan akibat penebalan kerak benua. Contoh fenomena seperti ini adalah di Pegunungan Himalaya.
Perpindahan panas yang berasosiasi dengan subcrustal atau pemekaran kerak bumi, contohnya di East African Rift, Tanzania, Kenya, Ethiopia.
Penjelasan tersebut lebih jelas terlihat dalam ilustrasi kartun berikut ini.
b. Fluida Panas Bumi
Fluida panas bumi merupakan hal yang penting dalam suatu sistem panas bumi. Fluida tersebut berasal dari air permukaan/meteorik yang masuk ke bawah permukaan membentuk sistem kantong fluida/reservoir melalui rekahan maupun ruang antar butiran batuan. Selain itu fluida juga dapat berasal dari batuan dalam bentuk air magmatik (air juvenil).
Penentuan jenis fluida panas bumi dilakukan untuk memberikan gambaran tentang tipe sistem panas bumi. Beberapa hal penting yang dianalisis untuk menentukan karakteristik fluida dalam reservoir meliputi pendugaan temperatur reservoir (geotermometer), komposisi kimia fluida, asal-usul fluida, interaksi fluida terhadap batuan serta pencampuran fluida reservoir dengan fluida lain (mixing).
Sistem panas bumi dibedakan menjadi dua sistem, yaitu sistem satu fasa dan dua fasa. Pada sistem satu fasa, umumnya kantong fluida/reservoir berisi air panas dengan temperatur 90º – 180ºC dan tidak terjadi pendidihan selama eksploitasi.
Sistem dua fasa terdiri dari dua yaitu sistem dominasi uap dan dominasi air. Pada sistem dominasi uap sumur-sumur pengeboran memproduksi uap kering atau uap basah karena rongga-rongga batuan reservoirnya sebagian berisi uap panas seperti pada rekahan-rekahan. Karena jumlah air yang terkandung dalam pori-pori relatif sedikit, maka saturasi air mungkin sama atau sedikit lebih besar dari saturasi air konat/air formasi, sehingga air terperangkap dalam pori-pori batuan dan tidak bergerak. Dalam sistem dominasi uap, tekanan dan temperatur umumnya relatif konstan terhadap kedalaman, sedangkan sistem dominasi air yaitu sistem panas bumi dimana fluida dalam reservoirnya didominasi oleh air, dalam sistem ini tekanan dan temperatur sangat berbeda terhadap kedalaman atau relatif tidak konstan.
c. Reservoir
Reservoir adalah zone yang tersusun oleh batuan yang memiliki sifat sarang (permeable). Sifat permeabilitas dan porositasnya tinggi, berperan untuk menyimpan fluida yaitu uap dan air panas yang berasal dari hasil pemanasan secara konvektif dan konduktif dalam suatu sistem hidrotermal. Lapisan reservoir bisa berasal dari batuan klastik atau batuan vulkanik yang telah mengalami rekahan secara kuat
Reservoir panas bumi yang produktif harus memiliki porositas dan permeabilitas yang tinggi, ukuran volume cukup besar, suhu tinggi dan kandungan fluida yang cukup. Permeabilitas dihasilkan oleh karakteristik stratigrafi (misal porositas intergranular pada lapilli, atau lapisan bongkah-bongkah lava) dan unsur struktur (misalnya sesar, kekar, dan rekahan). Geometri reservoir hidrotermal di daerah vulkanik merupakan hasil interaksi yang kompleks dari proses vulkano-tektonik aktif antara lain stratigrafi yang lebih tua dan struktur geologi.
d. Batuan Penudung
Batuan penudung merupakan lapisan batuan yang bersifat kedap atau memiliki permeabilitas rendah. Lapisan ini berfungsi sebagai penutup reservoir untuk mencegah keluar atau bocornya fluida panas bumi dari reservoir. Pada suatu sistem panas bumi, lapisan penudung umumnya tersusun oleh lapisan batuan yang terdiri dari mineral lempung sekunder hasil ubahan (alteration), akibat interaksi fluida dengan batuan yang dilewatinya.
Di lingkungan tektonik aktif batuan penudung mengalami deformasi dan membentuk rekahan, tetapi dengan adanya proses kimia yaitu berupa pengendapan mineral sangat membantu dalam menutup rekahan yang terbentuk (self sealing), contohnya pengendapan kalsit dan silika.
C. Pemanfaatan energi geothermal
Pemanfaatan energi geothermal dapat dibagi menjadi 3 yaitu, untuk menghasilkan energy listrik, penggunaan geothermal secara langsung, dan pemanfaatan geothermal untuk pompa panas. Dari 3 manfaat tersebut, kita akan fokuskan pemanfaatan energy geothermal untuk menghasilkan energy listrik pada pembahasan selanjutnya.
Di Indonesia pemanfaatan energi panas bumi ini masih dibilang rendah, karena sebagian besar listrik di Indonesia 88% lebih dipasok lewat pembangkit listrik berbahan bakar fosil, 42 % batubara, 23% BBM, dan 21% gas alam (geothermal). Sungguh miris melihat situasi ini dimana Indonesia merupakan Negara yang memiliki sumber energy geothermal yang sangat melimpah, yaitu sebesar 40% panas bumi di dunia. Potensi Indonesia dari panas bumi ini untuk pembangkit listrik hampir 30.000 megawatt (MW) atau 4 % saja yang masih dimanfaatkan oleh bangsa Indonesia..
Pemanfaatan energi panas bumi untuk pembangkit listrik secara garis besar dilakukan dengan cara melihat resource dari panas bumi tersebut. Apabila suatu daerah memiliki panas bumi yang mengeluarkan uap air (steam), maka steam tersebut langsung dapat digunakan. Steam tersebut secara langsung diarahkan menuju turbin pembangkit listrik untuk menghasilkan energy listrik. Setelah selesai steam tersebut diarahkan menuju condenser sehingga steam tersebut terkondensasi menjadi air. Air ini selanjutnya di recycle untuk menjadi uap lagi secara alami. Namun, bila panas bumi itu penghasil air panas (hot water), maka air panas tersebut harus di ubah terlebih dahulu menjadi uap air (steam). Proses perubahan ini membutuhkan peralatan yang disebut dengan heat exchanger, dimana air panas ini dialirkan menuju heat exchanger sehingga terbentuk uap air. Dari uap air (steam) ini proses selanjutnya sama dengan penjelasan sebelumnya.
D.Pemanfaatan Panas Bumi dari Steam
Pemanfaatan Panas Bumi dari Hot Water
Ada dua cara memanfaatkan energi panas bumi: langsung dan tidak langsung, tergantung beberapa faktor seperti temperatur, apakah ada reservoar, tujuan pemanfaatan dan kebutuhan ekonomi.
a. PEMANFAATAN LANGSUNG
Pada metode 'pemanfaatan langsung' aplikasinya beragam dan tidak dibutuhkan panas yang terlalu tinggi. Untuk pola semacam ini, yang banyak diterapkan di negara-negara dengan cadangan sumber panas bumi aktif, energi diambil kemudian dimanfaatkan dalam industri pertanian -- menghangatkan rumah kaca atau mengeringkan hasil panen atau memelihara ikan, keran dan juga tumbuh-tumbuhan di sektor budidaya perikanan. Panas bumi dapat pula dimanfaatkan untuk proses pemanasan dan pendinginan ruangan. Kalangan industri menggunakannya antara lain dalam proses pengeringan beton dan pasteurisasi susu.
b. PEMANFAATAN TIDAK LANGSUNG
Ada pula cara 'tidak langsung' pemanfaatan energi panas bumi. Energi biasanya diubah dulu menjadi tenaga listrik, dan prosesnya mengandalkan panas dari sumber yang ada di bawah permukaan bumi pada kedalaman 3 hingga 5 km.
