Menghitung Cadangan Energi Panas Bumi dengan Simulasi Monte Carlo

Metode Simulasi Monte Carlo adalah suatu metode untuk mengevaluasi suatu model Deterministik yang melibatkan bilangan acak sebagai salah satu input. Metode ini sering digunakan jika model yang digunakan cukup kompleks, non linear atau melibatkan lebih dari sepasang parameter tidak pasti. Sebuah simulasi Monte Carlo dapat melibatkan 10.000 evaluasi atas sebuah model yang dibuat. Dengan menggunakan parameter input berupa bilangan random, maka dapat mengubah suatu model deterministik menjadi model stokastik, dimana model deterministik merupakan suatu model pendekatan yang diketahui dengan pasti sedangkan model stokastik tidak pasti. Simulasi Monte Carlo adalah metode untuk menganalisa perambatan ketidakpastian, dimana tujuannya adalah untuk menentukan bagaimana variasi random atau error mempengaruhi sensitivitas, performa atau reliabilitas dari sistem yang sedang dimodelkan. Simulasi Monte Carlo digolongkan sebagai metode sampling karena input dibangkitkan secara random dari suatu distribusi probabilitas untuk proses sampling dari suatu populasi nyata. Oleh karena itu, suatu model harus memilih suatu distribusi input yang paling mendekati data yang dimiliki (Rubinstein, 1981).

Keluaran proses perhitungan simulasi Monte Carlo berbentuk distribusi frekuensi kumulatif yang memberikan batas harga kepercayaan. Untuk distribusi harga, kumpulan harga pengamatan dari suatu variable dinyatakan dalam bentuk distribusi frekuensi histogram, dimana histogram ini diperoleh dari hasil pengamatan sebanyak n dalam selang harga Dx. Sedangkan frekuensi persatuan harga x sepanjang selang Dx adalah kerapatan jenis frekuensi w(x) yang diungkapkan dalam persamaan W(xi) = wi / D x. Hasil pengamatan suatu variable dari distribusi harga dapat dlakukan dengan menggunakan distribusi segitiga dan distribusi segi empat. Dalam penelitian ini digunakan distribusi segitiga, dimana hasil pengamatan suatu variable hanya dapat diperkirakan dalam tiga kategori, most likely, minimum dan maksimum. Terdapat dua kondisi yang berlaku pada distribusi segitiga yaitu x ≤ b dan x >b.  Jika luas segitiga sama dengan satu maka berlaku perumusan sesuai Tabel 1:

Kesulitan utama dalam menentukan besarnya sumberdaya (resources), cadangan dan potensi listrik panas bumi adalah “data” tidak seluruhnya ada. Ketersediaan data tergantung dari kegiatan/survei yang telah dilakukan di daerah tersebut. Dengan meningkatnya kegiatan eksplorasi dan eksploitasi maka data yang diperoleh semakin banyak dan semakin akurat sehingga hasil perhitungan mempunyai tingkat kepastian semakin tinggi. Disamping data hasil survey, juga banyak parameter yang tidak diketahui dengan pasti sehingga biasanya diasumsikan. Ketidak pastian terutama pada saturasi air dan saturasi uap pada keadaan akhir (T_final).

Berdasarkan pada tingkat ketidakpastiannya, yaitu ditinjau dari kualitas dan kuantitas data, sumberdaya, cadangan dan potensi listrik panas bumi seringkali diklasifikasikan menjadi tiga, yaitu: kelas terbukti (proven), kelas mungkin (probable), dan kelas terduga (possible).

Potensi terbukti mempunyai tingkat kepastian yang paling tinggi dan dihitung dengan memasukan data dari paling sedikit satu sumur eksplorasi (discovery well) dan dua sumur delineasi.

Potensi kelas mungkin mempunyai tingkat kepastian yang lebih rendah dari potensi terbukti dan dihitung dengan memasukan data satu sumur eksplorasi (discovery well).

Potensi terduga mempunyai tingkat kepastian yang lebih rendah lagi dan dihitung hanya berdasarkan data survei geologi, geokimia dan geofisika.

Data yang diperlukan adalah luas area prospek, tebal reservoir, densitas batuan, porositas batuan, kapasitas panas batuan, temperatur reservoir pada keadaan awal, dan saturasi air pada keadaan awal. Sedangkan asumsi yang dibutuhkan adalah lama pembangkitan listrik, faktor perolehan, temperatur reservoir akhir, dan faktor konversi listrik. Adapun nilai dari setiap variabel yang menjadi input data ditunjukkan pada Gambar 1, dimana mengikuti distribusi segiempat dan distribusi segitiga yaitu variable diperkirakan dalam tiga kategori, most likely, minimum dan maksimum.

Simulasi Montecarlo perhitungan cadangan volumetrik dengan menggunakan distribusi parameter seperti di atas menghasilkan distribusi potensi seperti ditampilkan pada Gambar 4. Dengan demikian secara probabilistik dapat dikatakan potensi lapangan panasbumi XXX secara pesimis (P10), optimis (P90) dan mostlikely (P50) secara berturut-turut 242 MW, 407 MW, dan 313 MW. F

Kajian Design Pemanfaatan Langsung Panas Bumi Untuk Pengeringan Teh

Pengeringan

Bahasa ilmiah pengeringan adalah penghidratan, atau seringkali pengeringan bahan pangan didefiniskan sebagai food dehydration, yaitu penghilangan kadar air dengan mensirkulasikan udara panas untuk menghambat pertumbuhan enzim dan bakteri (Bell, 1994). Pengeringan adalah proses perpindahan massa air dari produk yang akan dikeringkan ke lingkungan sekitar. Perpindahan massa air ke udara terjadi karena terdapat perbedaan tekanan. Perbedaan tekanan ini bisa melalui konveksi bebas, maupun konveksi paksa. Perpindahan massa air melalui konveksi bebas tidak melibatkan bantuan energi dari luar, mengalirnya udara hanya tergantung pada  perbedaan tekanan yang disebabkan oleh perbedaan densitas udara. Sedangkan konveksi paksa perpindahan massa air dipaksa keluar oleh tekanan udara dari dalam bahan menuju ke ingkungan.

Berdasarkan proses penghilangan kadar air dalam produk, proses pengeringan the hitam ini termasuk pada pengeringan thermal (thermal drying), Pengeringan termal adalah suatu cara untuk mengurangi kadar air dari dalam produk dengan menggunakan media gas atau udara panas. Dalam hal ini memanfaatkan fluida panas bumi.

KONDISI

• Suhu udara masuk berkisar antara 98–100^oC dan suhu udara keluar 50-55°C.
• Waktu pengeringan bubuk teh dalam trays selama 24-26 menit (tergantung kadar air bubuk teh basah, suhu udara, ketebalan hamparan, volume udara panas, dan kecepatan aliran udara)
• Ketebalan hamparan setiap jenis bubuk teh harus sama (1-2 cm)

Kajian Eksperimental:

Simulasi Pengeringan Teh

Menghitung Cadangan Energi Panas Bumi Dengan Metode Volumetrik

Metoda yang umum digunakan untuk perhitungan sumberdaya panasbumi (resources), banyaknya energi panas bumi yang dapat dimanfaatkan pada kenyataannya (cadangan) dan besarnya energi listrik yang dapat dihasilkannya (potensi listrik tenaga panas bumi) telah diuraikan oleh O’Sullivan (1986). Perhitungan dilakukan berdasarkan kandungan energi panas didalam batuan dan didalam fluida (uap dan air) sebagai berikut:

Berikut Simulasi Perhitungan Menghitung Energi Cadangan Panas Bumi dengan metode Volumetrik :

Simulasi Metode Volumetrik

Potensi Energi Panas Bumi

Definisi energi geothermal secara harfiah adalah panas yang berasal dari bumi yang merupakan energi terbarukan yang tidak intermitten, mempunyai densitas energi yang besar, stabil dan ramah lingkungan karena emisi gas buangnya yang relatif kecil. Selain itu, dengan karakteristiknya sebagai energi non-transportable, sangat sesuai dan ekonomis untuk menggantikan fosil dalam rangka penghematan bahan bakar minyak dan pemanfaatan sebesar-besarnya sumber energi lokal. Energi panas bumi ini juga dimanfaatkan untuk pembangkit listrik serta pemanfaatan secara langsung untuk membantu peningkatan produksi di bidang pertanian, perkebunan, pariwisata, dan industri.

Indonesia memiliki total potensial energi panas bumi sekitar 28,910 GW dari 312 lapangan yang tersebar di berbagai pulau di Indonesia dengan total kapasitas yang terinsitall adalah 1533.3 MW. Hal tersebut menunjukan rasio yang rendah antara potensi dan pemanfaatan. Akselarasi pengembanganya pun terhitung lambat, hanya meningkat sekitar 193 MW sejak tahun 2009.^[1]

Indonesia dikenal sebagai Ring of Fire, hampir sekitar 40% potensi panas bumi dunia terletak di Indonesia. Sekitar 252 lapangan panas bumi di Indonesia menyebar mengikuti jalur pembentukan gunung berapi yang membentang dari Sumatra, Jawa, Nusa Tenggara, Sulawesi, hingga Maluku. Total potensi sekitar 28 GWe. Potensi energi panas bumi diharapkan dapat memenuhi target pengembangan energi panas bumi yang akan dihasilkan listrik melalui Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi 6000 MWe pada tahun 2020. Untuk energi panas bumi, dalam ”Road Map Pengelolaan Energi Nasional”, Pemerintah menetapkan rencana peningkatan pemanfaatan energi panas bumi di Indonesia secara bertahap, dari 807 Mwe pada tahun 2005 hingga 9500 MWe pada tahun 2025, yaitu 5% dari bauran energi tahun 2025.

Tabel Potensi Energi Panas Bumi di Indonesia^[1]Potensi sumber daya panas bumi terdiri dari speculatif, hypothetic, possible, probable dan proven. Spekulatif berarti estimasi adalah berdasarkan adanya manifestasi permukaan sedangkan untuk hypothetic sumber daya ditentukan berdasarkan survey geologi dan geokimia, selanjutnya dalam perhitungan cadangan energi panas bumi dapat dihitung menggunakan metode volumetrik atau simulasi probabilitas monte carlo. Dalam cadangan panas bumi itu termasuk dalam tiga istilah: posssible, probable, dan proven. Possible merupakan estimasi berdasarkan investigasi detail sementara probable tidak hanya investigasi detail tetapi juga didasarkan pada identifikasi eksplorasi bor dan pendahuluan studi kelayakan, proven menginformasikan detail data sumur seperti aliran fluida panas bumi kapasitas. Namun dalam klasifikasi ini tidak menunjukkan entalphi. Potensi energi panas bumi di Indonesia cukup merata di sekitar ring of fire yaitu Jawa (33.7 %), Sumatera (43.69%), Bali-Nusa Tenggara (6.6 %), Sulawesi (11.39 %), Maluku (3.78 %), dan Kalimantan (0.51 %).^[1]

Untuk pemanfaatan energi panas bumi menjadi tenaga listrik ini telah berumur lebih dari seratus tahun sejak Italy pertama kali membangunnya di Lardarello pada tahun 1904. Keberhasilan Italy membangkitkan pembangkit listrik panas bumi diikuti oleh Negara-negara lain seperti New Zealand dengan PLTP Wairakei pada tahun 1958 dan Amerika dengan PLTP the Geyser pada tahun 1960an. Sekarang, tercatat ada 24 negara yang membangun pembangkit listrik panas bumi dengan kapasitas listrik total 10,715 MW membangkitkan listrik sekitar 67,246 GWh per tahunnya (GEA 2010).

Gambar Produksi PLTP di dunia (John W Lund: 100 years of Geothermal Power Production)

Gambar Pemetaan Produksi PLTP di Indonesia^[1]

Tabel Pemanfaatan PLTP di Indonesia^[1]

Sumber:

[1] Pambudi A.N., Geothermal power generation in Indonesia, a country within the ring of fire: Current status, future development, and policy, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 81, Part 2, January 2018, Pages 2893-2901.

[2] Darma S, Wirakusumah AD. Energy Security and the Role of Geothermal Development in Indonesia. In World Geothermal Congress 2015; 2015.

[3] Fauzi A. Geothermal resources and reserves in Indonesia: an updated revision. Geotherm Energy Sci 2015;3:1–6.

[4] Klasifikasi potensi energy panas bumi di Indonesia (in Bahasa Indonesia), Badan Standarisasi Nasional-BSN, ICS 73.020 SNI-12-5012–1998; 1998.

Pemanfaatan Langsung Energi Panas Bumi

Penggunaan energi panas bumi secara langsung sudah dilakukan sejak ribuan tahun yang lalu. Pemanfaatannya selain untuk pemandian air panas, juga untuk memasak bahan makanan. Sedangkan untuk pemanfaatan panas bumi untuk pengering bahan pangan skala industri pertama kali dilakukan di Amerika Serikat, Nevada. Pemanfaatan langsung dalam bidang pertanian ini digunakan untuk mengeringkan bawang merah dan bawang putih dengan total produksi lebih dari 3 – 4 ton bawang basah setiap jam. Sesuai dengan perkembanganya, pemanfaatan langsung panas bumi mulai digunakan untuk berbagai keperluan serta meluas di berbagai daerah, semisal ekstraksi asam boric di Italia, pengeringan ikan di Iceland, pengeringan tomat di Yunani, pengeringan gandum di Hongaria, pemanasan ruangan di Jerman. Dan pemanfaatan langsung fluida panas bumi itu pun terus berkembang pada zaman modern ini di berbagai bidang. Namun pemanfaatan energi panas bumi secara persentase distribusi pemanfatan langsung panas bumi di dunia masih berkisar pada porsi 0,02%.

                                                                                                         Sumber: GeoHeat

Negara Indonesia memiliki peluang yang sangat besar di bidang panas bumi. Potensi cadangan energi panas bumi di Indonesia sebesar 40% dari total cadangan energi panas bumi seluruh dunia, atau setara dengan 28.000 MWe. Potensi panas bumi ini tersebar dari Aceh sampai Sulawesi. Untuk memanfaatkan kesempatan ini perlu dilakukan kajian yang mendalam agar perkembangan pemanfaatan panas bumi untuk pembangkit listrik juga diimbangi dengan kajian pemanfaatan langsung fluida panas bumi, seperti untuk pertanian, perikanan, pariwisata dan bahkan untuk proses kimia.

Berdasarkan data Departemen ESDM bulan juli 2010, pemanfaatan panas bumi untuk listrik di Indonesia telah mencapai 1189 MWe yang tersebar di wilayah Indonesia. Sedangkan untuk pemanfaatan panas bumi secara langsung masih terbatas untuk pemandian air panas yang digunakan pada tempat-tempat wisata, seperti Ciwidey, Cipanas, dan tempat-tempat pemandian umum di daerah Garut.

Pemanfaatan fluida panas bumi selain untuk pembangkit listrik dapat mengikuti alur pemanfaatan yang sesuai dengan diagram Lyndal (Lyndal Chart) yang mengelompokkan jenis pemanfaatan panas bumi berdasarkan urutan temperatur yang sesuai dengan pemanfaatannya. Dengan diagram ini akan diperoleh suatu gambaran mengenai pemanfaatan fluida panas bumi dan aplikasi apa yang sesuai di lapangan. Menurut diagram Lindall (D.N. Anderson, 1979) yang ditunjukkan pada gambar, sumber energi yang memiliki entalpi tinggi (temperatur > 200 ⁰C), pemanfaatanya adalah untuk pembangkit listrik, sedangkan yang memiliki entalpi sedang hingga rendah (temperatur < 200 ⁰C), pemanfaatanya sebagai media pengeringan produk pertanian dan perikanan serta kebutuhan industri dan pariwisata.

Diagram Lindall (D.N. Anderson, 1979)

Pada umumnya karakteristik sumber energi panas bumi di Indonesia letaknya di sekitar daerah pegunungan dengan tanah-tanah pertanian, perkebunan, kehutanan, peternakan, perikanan, dan tempat wisata. Di daerah-daerah seperti ini, energi panas bumi dapat dimanfaatkan misalnya untuk proses pengawetan dan pengeringan produk pertanian, strelisasi media tanam, pasteurisasi produk peternakan, pemanas ruangan, pemandian air panas, penyamak kulit, dan lain-lain. (ASHARE, 1987).

                                                                                (Ilustrasi Kawasan PLTP, sb: ESDM Jabar)

Dengan meningkatnya pengelolaan panas bumi di Indonesia untuk pembangkit listrik, seharusnya akan meningkatkan pula pemanfaatan panas bumi selain listrik, sehingga pemanfaatan panas bumi di Indonesia menjadi lebih efektif.

Seperti yang sudah dilakukan di Iceland, Amerika Serikat, Belanda, Rusia, serta Jepang. Negara-negara tersebut telah memanfaatkan energi panas bumi untuk kegiatan industri, pertanian, penangkaran hewan air, budidaya ikan, green house, bahkan digunakan sebagai pencair salju di jalan raya apabila musim salju tiba. Di daerah Oregon, Klamath fall Amerika Serikat, air panas bumi digunakan untuk memenuhi kebutuhan air panas dari sekolah dasar sampai universitas menggunakan sistem pompa (Jhon Lund, WGC 2010). Contoh Beberapa pemanfaatan di berbagai negara:

1. Penerapan Holtikultura (Flint Greenhouse di Idaho Mountain State Plants)

                                                                                                    Sumber: GeoHeat

2. Pengembang biakan ikan di Idaho

3. Pemanas Ruangan di Idaho

4.  Pengembangbiakan buaya di Idaho

5.  Pemandian Air Hangat di Tauhara New Zealand

6. Tentunya masih banyak lagi… 🙂

Untuk memanfaatkan sumber-sumber fluida panas bumi misalnya dari sumur yang kurang ekonomis untuk pembangkit listrik, fluida manifestasi yang bertemperatur tinggi, air sisa pembangkitan, atau bahkan pemboran sumur dangkal perlu dirancang sebuah alat yang dapat mengekstrak panas dari sumur tersebut menjadi lebih berdaya guna. Salah satu caranya adalah membuat alat yang mampu mengkonversi panas fluida tersebut menjadi udara panas untuk pengering produk pertanian. Sistem kerja alat ini adalah mengalirkan fluida panas bumi melalui sebuah alat penukar panas. Secara bersamaan dialirkan fluida udara dengan bantuan blower melewati alat penukar panas tersebut. Setelah terjadi pertukaran panas antara fluida air panas bumi dan udara dari lingkungan, maka udara tersebut digunakan untuk menguapkan kandungan air dari bahan yang akan dikeringkan.

Daftar Pustaka

Ambriz-Díaz, V.M., C. Rubio-Maya, J.J.P. Ibarra, S.R.G. González, J.M. Patiño, 2017, Analysis of a sequential production of electricity, ice and drying of agricultural products by cascading geothermal energy,International Journal of Hydrogen Energy, 42

Amponsah, N. Y., M. Troldborg, B. Kington, I. Aalders, R. L. Hough. (2014) ‘Greenhouse gas emissions from renewable energy sources: A review of lifecycle considerations’, Renewable and Sustainable Energy Reviews. Elsevier, 39, pp. 461–475. doi: 10.1016/j.rser.2014.07.087

Pemanfaatan Tidak Langsung Energi Panas Bumi

Teknologi pembangkit listrik panas bumi ini telah berumur lebih dari seratus tahun sejak Italy pertama kali membangunnya di Lardarello pada tahun 1904. Keberhasilan Italy membangkitkan pembangkit listrik panas bumi diikuti oleh Negara-negara lain seperti New Zealand dengan PLTP Wairakei pada tahun 1958 dan Amerika dengan PLTP the Geyser pada tahun 1960an. Produksi PLTP di dunia dapat dilihat pada gambar II.6, tercatat ada 24 negara yang membangun pembangkit listrik panas bumi dengan kapasitas listrik total 10,715 MW membangkitkan listrik sekitar 67,246 GWh per tahunnya (GEA 2010).

                                                                                                          Sumber: Geo-Heat

Semua PLTP yang telah dipasang diatas menggunakan berbagai macam tipe konversi energi yang disesuaikan terutama dengan temperatur fluida panas dari setiap reservoirnya. Diantara tipe-tipe pembangkit PLTP tersebut yaitu, Dry-Steam Power Plant, Single-Flash Power Plant, Double-Flash Power Plant, Binary Cycle Power Plant, dan Combined-Cycle Power Plant.

a.     Dry Steam Power Plant

Sistem konversi fluida uap kering merupakan sistem konversi yang paling sederhana dan paling murah. Uap kering langsung dialirkan menuju turbin kemudian setelah dimanfaatkan, uap dapat dibuang ke atmosfir (atmospheric exhaust turbine atau dialirkan ke kondensor (condensing turbine).

                                                                                         Sumber: Geo-Heat (modifikasi)

b.     Single-Flash Power Plant

Power plant jenis single-flash merupakan jenis power plant yang paling banyak digunakan di industri geothermal. Pada bulan juli 2004, terdapat 135 unit yang menggunakan operasi power plant jenis tersebut yang digunakan di 18 negara. Pada September 2006,  12 unit power plant jenis single flash dioperasikan di Indonesia dengan kapasitas total 660 MW. Sistem ini digunakan ketika fluida di kepala sumur dalam kondisi air jenuh (saturated liquid). Fluida dialirkan ke sebuah flasher agar terjadi pemisahan antara fluida berfasa cair dan uap. Banyaknya uap yang dihasilkan tergantung dari tekanan flasher. Fraksi uap, sesuai kualitas uap yang masuk yang kemudian dialirkan ke turbin. Untuk membangkitkan 60 MW power plant single flash membutuhkan 10-12 sumur produksi dan 3-4 sumur injeksi. Masalah yang biasanya dihadapi jika menggunakan jenis power plant ini diantaranya:

• —  Laju aliran massa di sumur sangat besar.
• —  Kemungkinan penurunan permukaan tanah (land subsidence) besar.
• —  Pengendapan mineral pada sistem perpipaan besar.
• —  Kemungkinan korosi pada sistem perpipaan dan peralatan besar.

                                                                                        Sumber: Geo-Heat (modifikasi)

c.     Double-Flash Power Plant

Power plant tipe double flash merupakan perbaikan dari tipe single flash dimana dapat menghasilkan output power 15-25%  lebih banyak dengan kondisi fluida yang sama. Double Flash pun lebih kompleks, lebih mahal, dan memerlukan pemeliharaan yang lebih. Sekitar pertengahan 2004, terdapat 70 unit power plant  jenis ini yaitu 15% dari keseluruhan power plant yang diguanakan di geothermal. Pada sistem ini digunakan dua pemisahan fluida yaitu separator dan flasher dan digunakan komposisi 2 turbin, yaitu HP-turbine dan LP-turbine yang disusun tandem.

                                                                                          Sumber: Geo-Heat (modifikasi)

d.     Binary Cycle Power Plant

Pembangkit listrik jenis ini digunakan jika fluida panas bumi bertemperatur sedang (100-200⁰C) dimana digunakan untuk memanasi fluida organik yang mempunyai titik didih rendah seperti isobutana (C₄H₁₀), amonia atau propana. Uap dari fluida organik ini digunakan untuk menggerakan turbin dan fluida organik dipanasi oleh fluida panas bumi melalui mesin penukar kalor

Keuntungan dari siklus biner diantaranya yaitu:

•  Dapat mengambil lebih banyak panas dari cairan panas bumi dengan membuangnya ke temperatur yang lebih rendah.
•  Dapat menggunakan cairan panas bumi bertemperatur rendah, daripada melakukan flash.
•  Dapat menggunakan  tekanan uap yang lebih tinggi sehingga sistem menjadi lebih kompak dan self starting.
•  Masalah kimia terisolasi di penukar panas.
•  Dapat menggunakan fluida panas bumi yang sangat korosif dan mempunyai NCG tinggi.
•  Tidak memerlukan pemisahan uap dan air.

Dan kerugianya diantaranya yaitu:

• Perlu menggunakan penukar panas yang mahal, yang menurunkan temperatur, dan sumber pengerakan.
• Perlu menggunakan surface condenser yang mahal dibanding jet condenser.
• Perlu feed pump yang mahal dan mengambil banyak daya.
• Cairan biner umumnya volatile, beracun dan mudah terbakar. Harus ekstra hati-hati saat sealing.
• Pembuat umumnya masih belum ahli sehingga umumnya mahal karena untuk biaya pengembangan.
• Memerlukan air pendingin yang banyak.

                                                                                        Sumber: Geo-Heat (modifikasi)

Peralatan pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

1   Separator

Sumur-sumur panas bumi umumnya memproduksikan fluida campuran, uap dan air, sedangkan turbin di PLTP digerakkan oleh fluida kerja berupa uap kering atau hampir superheated (uap air). Pemisahan uap dan air ini dilakukan di separator. Karakteristik operasional separator yang harus dicapai pada pemisahan fluida panas bumi yang paling penting adalah efisiensi pemisahan fluida yang harus tinggi dan penurunan tekanan yang kecil selama di separator untuk mencegah terjadi endapan (scaling) dan korosi di sudu turbin (blade) serta menghasilkan output listrik yang tinggi.

Pemisahan uap atau gas dari fluida panas bumi menggunakan prinsip pemisahan dan pengumpulan partikel (the dust separation and collection). Banyak alat yang digunakan pada pemisahan partikel kering diadaptasi untuk pemisahan liquid. Karena faktor ekonomi dan sifat fluida panas bumi yang berbeda, metoda interical impaction (termasuk sentrifugal dimana merupakan salah satu metoda pemisahan) umum dipakai pada fluida panas bumi.

2.   Demister

Demister adalah sebuah alat yang berbentuk tabung silinder yang pada umumnya berukuran 14.5 m³ yang didalamnya terdapat kisi-kisi baja yang berfungsi untuk mengeliminasi butir – butir air yang terbawa oleh uap dari sumur-sumur panas bumi. Demister ini dipasang pada jalur uap utama setelah alat pemisah akhir (final separator) yang ditempatkan pada bangunan rangka besi yang sangat kokoh dan terletak di luar gedung pembangkit.

3.  Turbin-Generator

Turbin adalah suatu mesin penggerak dimana energi fluida kerja, dalam hal ini adalah uap, dipergunakan langsung untuk memutar roda turbin. Bagian turbin yang berputar dinamakan roda turbin. Roda turbin ini terletak didalam rumah turbin. Roda turbin memutar poros yang menggerakan atau memutar bebannya, yang dalam hal ini adalah generator listrik. Generator disini berfungsi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.

sumber: http://www.geothermal.marin .org

Secara umum, terdapat dua jenis turbin yaitu turbin tanpa kondenser (Atmospheric Exhaust/Back Pressure Turbine) dimana yang keluar dari turbin langsung dibuang ke udara dan turbin dengan kondenser dimana fluida yang keluar dari turbin dialirkan ke kondenser untuk dikondensasikan. Turbin kondensor dilengkapi dengan kondensor (condensing unit). Uap (baik yang berupa uap kering ataupun uap hasil separasi) yang keluar dari turbin dimasukkan ke dalam kondensor dengan tekanan vakum sehingga output power yang dihasilkan menjadi lebih tinggi dan menjadi lebih efisien. Uap keluaran dari turbin diubah menjadi kondensat di dalam kondensor. Kondensat dapat dikembalikan atau direinjeksikan ke dalam reservoar.

4.  Kondenser

Kondensor adalah suatu alat untuk mengkondensasikan uap dari turbin dengan kondisi tekanan yang hampa. Uap bekas dari turbin masuk dari sisi atas kondensor, kemudian mengalami kondensasi sebagai akibat penyerapan panas oleh air pendingin yang diinjeksikan melalui spray nozzle. Ada dua jenis kondensor, yaitu direct contact or jet condenser dan surface condenser. Pada direct contact condenser, uap yang keluar dari turbin langsung bersentuhan dengan fluida pendingin. Sedangkan pada surface condenser, uap yang keluar dari turbin tidak bersentuhan langsung dengan fluida pendingin. Proses pendinginannya terjadi pada alat penukar kalor (heat exchanger) yang umumnya berupa Shell and Tube Heat Exchanger.

5.  Gas Removal System 

Uap panas bumi mengandung kotoran seperti zat padat yang terlarut dan non-condensable gases (NCG). Kandungan NCG di dalam uap panas bumi bervariasi dari hampir nol hingga 15 % berat tergantung lokasi dari sumur. Pada suatu PLTP, setelah diekspansi di dalam turbin, uap panas bumi dikondensasi oleh air pendingin di dalam kondensor, sementara NCG tetap dalam kondisi gas. Akumulasi dari NCG di dalam kondensor menyebabkan tekanan kondensor naik, yang pada gilirannya mengurangi output power dari turbin. Untuk menjaga tekanan kondensor tetap rendah, NCG harus dikeluarkan secara terus menerus dari kondensor dengan menggunakan gas removal system. Dengan demikian, gas removal system merupakan peralatan penting pada sistem PLTP, karena berfungsi untuk mempertahankan kondisi vakum di dalam kondensor dengan cara mengeluarkan NCG dan kondenser dan membuangnya langsung ke atmosfir.

Peralatan ekstraksi gas yang biasa digunakan di PLTP-PLTP di Indonesia adalah steam jet ejector dan Liquid ring Vacuum pump (LRVP). Pemilihan tipe gas removal system sangat penting mengingat cukup tingginya kandungan non-condensable gas (NCG) dalam uap. Kriteria utama dalam pemilihan peralatan gas removal system sebagai berikut:

•    Tekanan kondenser (derajat kevakuman kondenser)
•    Jumlah laju alir massa gas yang akan diambil dari kondenser
•    Konsumsi energi yang dibutuhkan oleh peralatan gas ekstraksi
•    Jumlah massa dan temperatur air pendingin yang dibutuhkan dalam kondenser

A.                Steam Jet Ejector

Steam jet ejector pertama kali ditemukan oleh Le Blance dan Charles Parsons. Steam ejector bekerja dengan memanfaatkan panas buang dari sistem pembangkit daya, ruang pembakaran dan pada mesin industri untuk menghasilkan proses refrigerasi. Steam jet ejector secara umum terdiri empat bagian yaitu: divergen nosel (primary nozzle), ruang hisap (suction chamber), constan area duct atau throat section atau mixing tube dan diffuser.

Prosesnya dapat dilihat pada gambar dibawah yaitu dimulai dengan uap bertekanan dan temperatur tinggi dari boiler (disebut dengan primary fluid atau motive fluid) masuk ke primary nozzle dan keluar mencapai kecepatan supersonic sehingga akan menarik secondary fliud yang bertekanan dan temperatur rendah dari suction chamber bercampur di mixing chamber, kemudian kecepatannya akan turun menjadi subsonik seiring laju aliran ke diffuser dan tekanan akan meningkat. Jadi peran steam jet ejector disini adalah sebagai pengganti kompresor pada siklus kompresi uap yaitu menaikkan tekanan aliran dari evaporator melalui suction chamber. (Fahris, 2010)

Tingkat kevakuman atau tekanan yang dapat dicapai oleh steam jet ejector bervariasi antara 0,13 bar a untuk single stage sampai dengan 0,03 bar a untuk two stage steam jet ejector. Kebutuhan uap untuk motive steam tergantung dari jumlah aliran gas yang akan diekstraksi. Kondisi motive steam harus uap kering dan jenuh. Jika terdapat moisture dalam steam, separator dan steam trap dapat ditambahkan untuk meningkatkan kualitas steam. Minimum dryness steam yang dianjurkan adalah 99.5%. Kualitas uap yang buruk tidak akan membahayakan sistem, tetapi dapat menyebabkan erosi di steam nozzle dan diffuser.

B.  Liquid ring Vacuum pump (LRVP)

LRVP merupakan kelompok pompa positive displacement. Karakteristik pompa ini adalah menyalurkan energi dari impeler ke fluida yang dipompakan melalui cincin cairan. LRVP terdiri atas rotor tunggal dengan satu set baling-baling di bagian depannya seperti terlihat pada gambar dibawah:

Prinsip kerja LRVP adalah menaikkan tekanan gas dengan memutar baling-baling impeler (impeller vanes) dalam sebuah silinder casing yang eksentris. Ketika impeler dari pompa berputar, gaya sentrifugal akan melempar liquid membentuk lingkaran konsentris di sekeliling casing dan melakukan kerja kompresi. Fluida yang biasanya air akan membentuk cincin silinder pada bagian dalam casing. Cincin air ini menghasilkan sealing di bagian antara baling-baling impeler yang membentuk ruang bertekanan. Posisi impeler terhadap casing menyebabkan melebarnya jarak antara blade impeler dengan casing di sisi inlet dan menyempitnya jarak di sisi keluaran. Eccentricity antara perputaran sumbu impeler dengan sumbu geometris casing menghasilkan sebuah siklus volume ditutup oleh baling-baling dan liquid ring. Kemudian gas ditarik masuk ke dalam pompa melalui inlet port di bagian akhir casing. Gas selanjutnya terjebak di dalam ruang kompresi yang terbentuk oleh impeller vanes dan liquid ring. Kemudian adanya putaran impeler, Liquid ring akan menekan gas dan mendorongnya ke luar ke outlet port. Cairan yang ada di bagian keluaran gas kemudian dipisahkan yang selanjutnya didinginkan atau disirkulasikan dalam sebuah sistem pemisahan. (Lehmann, 1995). LRVP memiliki kapasitas antara 3 s.d 27 m³/jam dan pada umumnya digunakan untuk tekanan antara 0,13 s.d. 5,5 bar a bahkan adakalanya digunakan sampai pada tekanan 7 bara a. LRVP biasanya digunakan sebagai peralatan gas removal system pada tekanan tingkat kedua mengikuti steam ejector tingkat pertama bila kapasitas fluida dari sumur yang masuk relatif rendah. (HEI, 2011).

C.  Intercondenser dan Aftercondenser

Intercondenser merupakan kondenser yang dipasang setelah stage pertama steam jet ejector, sementara aftercondenser dipasang setelah stage kedua steam jet ejector untuk ejector system. Tujuan dari pemasangan intercondenser dan aftercondenser ini adalah untuk mengkondensasi motive steam dan steam yang terikut dengan NCG pada proses pembuangan NCG. Kondensat yang dihasilkan lalu dialirkan ke kondenser utama sedangkan NCG dibuang melalui cooling tower stack.

6.  Hot Well Pump (HWP)

Hot Well Pump adalah pompa pendingin utama yang berfungsi untuk memompakan air kondensat dari kondensor ke cooling tower untuk kemudian didinginkan. Jenis pompa yang sering digunakan adalah Vertical Barriel type 1 Stage Double Suction Centrifugal Pump, dengan jumlah dua buah pompa untuk setiap unit.

7.   Cooling tower

Cooling tower berfungsi untuk mendinginkan kondensat dari pompa HWP agar selanjutnya kondesat ini dapat disirkulasikan sebagai air pendingin. Cooling tower yang biasa digunakan adalah di PLTP adalah jenis mechanical draft cross flow tower . Cooling tower ini menggunakan kipas untuk mengalirkan udara sebagai pendingin. Pada mechanical draft cooling tower air panas dari kondensor disemprotkan pada struktur kayu yang berlapis-lapis yang disebut fill. Pada saat air mengalir melalui fill, perpindahan panas akan terjadi dari air panas ke udara (dibagian atas dari cooling tower ini terdapat kipas angin/fan). Air kemudian dipompakan kembali ke kondensor.

Cooling tower jenis ini relatif murah dan fleksibel karena kecepatan kipas angin dapat diubah-ubah disesuaikan dengan kondisi udara luar dan beban turbin. Kelemahannya adalah konsumsi energi untuk menggerakan kipas angin relatif besar dan biaya perawatannya relatif tinggi. Selain itu, ada tipe lain yaitu Natural Draught Cooling tower yang pada dasarnya bekerja dengan prinsip yang sama dengan mechanical draft cooling tower, kecuali disini aliran udara pendingin tidak berasal dari fan, tapi dikarenakan bentuk dan tingginya cooling tower. Aliran bisa diatur searah maupun berlawanan arah. Cooling tower jenis ini relatif mahal dan dan tidak sefleksibel mechanical draft cooling tower. Salah satu keuntungannya adalah biaya perawatannya relatif rendah.

dari berbagai sumber