[ppt]geothermal energy for everyoneknowledgecenter.ptpp.co.id/app/assets/upload/files/602fa... ·...
TRANSCRIPT
Schedule
08.00 – 12.00 : Geothermal SystemGeothermal Exploration
13.00 – 17.00 : Geothermal Production and UtilizationEnvironmental AspectsGeothermal Economics
BumiStruktur Bumi
dan Gradien Geotermal
30oC/km
Rata-rata 1oC/km
GradienTemperatur
Tem
pera
tur (
o C)
Jari-jari (km)
Definition
• Geothermal system : A general term that describes natural heat transfer within a confined volume of the Earth’s crust where heat is transported from a heat source to a heat sink usually the free surface (Hochstein & Browne, 2000).
• Heat transfer :– Conduction– Convection– Radiation
Geothermal System(Goff & Janik, 2000)1. Sistem hot dry rock yang memanfaatkan panas yang
tersimpan dalam batuan berporositas rendah dan tidak permeabel. Temperatur sistem ini berkisar antara 120 hingga 225°C dengan kedalaman 2 hingga 4 km).
2. Sistem magma tap yang memanfaatkan panas yang keluar dari tubuh magma dangkal. Pada sistem ini, magma merupakan bentuk paling murni panas alamiah yang mempunyai temperatur <1200°C
Geothermal System
3. Sistem yang berasosiasi dengan volkanisme Kuarter dan intrusi magma. Sistem ini umumnya mempunyai temperatur <370°C dan kedalaman reservoir <1,5 km.
4. Sistem yang berhubungan dengan tektonik, yaitu terjadi di lingkungan backarc, zona kolisi dan sepanjang zona sesar. Sistem ini yang telah dieksploitasi umumnya mempunyai temperatur reservoir <250°C dan kedalaman >1,5 km.
5. Sistem (yang dipengaruhi oleh) geopressure ditemukan di cekungan sedimen. Kedalaman reservoir sistem ini umumnya 1,5 hingga 3 km dan temperatur reservoir berkisar dari 50 hingga 190°C.
Hydrothermal System
• Hydrothermal system : A type of geothermal system where heat transfers from a heat source to the surface by free convection, involving meteoric fluids with or without traces of magmatic fluids (Hochstein & Browne, 2000).
• A hydrothermal system consists of :– a heat source, – a reservoir with thermal fluids, – a surrounding recharge, and – a (heat) discharge area at the surface with manifestation.
Schematic representation of an ideal hydrothermal system. A hydrothermal system can be described schematically as 'convecting water in the upper crust of the Earth, which, in a confined space, transfers heat from a heat source to a heat sink, usually the free surface' (Hochstein, 1990). It is made up of three main elements: a heat source, a reservoir and a fluid, which is the carrier that transfers the heat (IGA, 2004).
(IGA, 2004)Sumber panas
Reservoir
Daerah resapan
Daerah resapan Manifestasidi permukaanSumur
panas bumi
Definition
• Volcanic system : A type of geothermal system where heat and mass transfers from an igneous body (usually a magma chamber) to the surface involving convection of magmatic fluids; meteoric fluids are not involved in the heat transfer process or are minor (Hochstein & Browne, 2000).
• Volcanic-Hydrothermal system : A combination of a hydrothermal and a volcanic systems, where ascending magmatic (primary) fluids commonly mix with meteoric (secondary) fluids (rarely sea water); also called a magmatic-hydrothermal system.
Volcanic-Hydrothermal System
Lawless (2008)
Continental Types(eg. New Zealand)
Islans-arc Types(eg. Indonesia)
Terrain Flat High (strato volcano)
Heat source Silisic volcanics, deep intrusives Andesite – dacite, shallow intrusives
Origin of fluid Meteoric Meteoric – magmatic
Recharge High elevation Low elevation
Salinity Low Moderate
Primary pH Neutral Neutral – acid
Vapour zone Rare Common
Upflow Steam – water discharge Steam discharge
Lateral outflow Minor Extensive, water discharge
Note Easy to explore with shallow wells Problems during exploration
Indonesia mempunyai potensi panas bumi sebesar 29 GW atau sekitar 40% potensi dunia yang kebanyakan berasosiasi
dengan gunung api strato (topografi tinggi).
Smitsonian Natural Museum of History: Volcanoes of Indonesia
Geothermal in Indonesia
Non volcanic systemTotal potential: 29,038 MW at 276 fieldsResources: 13171 MW and Reserves: 15867 MWInstalled capacity: 1196 MWe
Other Hydrothermal System
Berdasarkan :
• Sumber panas
• Temperatur (entalpi) reservoir
• Fluida reservoir
• dll
Hal-hal yang perlu diperhatikan:
• Heat source : depending on geological setting, the most favourable is large, long lived hdrothermal systems age
• Host rock: can be any type, most often volcanic, carbonate rocks may give problems permeability
• Size: generally 1 to 5 km2 (upflow), can be as long as 20 km (outflow) resources
• Fluids: mainly meteoric, dilute brine (~1/10 salinity of sea water), near-neutral pH, with dissolved gas of CO2 (+H2S) resources/reserve & production
Boiling
• Pemisahan 2 fasa fluida:– Air– Uap
• Disertai dengan pemisahan:– Unsur terlarut, termasuk gas– Entalpi (panas yang disimpan)
• Pada sistem panas bumi terjadi di kedalaman < 2 km
Fluida HidrotermalReservoir water, 1,000-10,000 mg/kg Cl, neutral pH, trace of CO2 & H2S, SiO2 rich.
Steam heated, near surface water, pH of acid to near neutral
Magmatic fluid,
strong acid
Air Klorida (Cl)
• Menunjukkan air reservoir• Mengandung 0,1 hingga 1,0 wt.% Cl• Perbandingan Cl/SO4 umumnya tinggi• Mengandung kation utama : Na, K, Ca dan Mg• Berasosiasi dengan gas CO2 dan H2S• pH sekitar netral, dapat sedikit asam dan basa tergantung
CO2 terlarut• Sangat jernih, warna biru pada mataair natural• Kaya SiO2 dan sering terdapat HCO3
-
• Terbentuk endapan permukaan sinter silika (SiO2)
Air Sulfat (SO4)
• Akibat kondensasi uap air ke dalam air permukaan (steam heated water)
• SO4 tinggi (mencapai 1000 ppm) akibat oksidasi H2S di zona oksidasi dan menghasilkan H2SO4 (H2S + O2 = H2SO4)
• Mengandung beberapa ppm Cl• Bersifat asam• Ditunjukkan dengan kenampakan kolam lumpur dan
pelarutan batuan sekitar• Di lingkungan gunung api : air asam SO4-Cl terbentuk akibat
kondensasi unsur volatil magmatik menjadi fasa cair
Air Sulfat - Klorida (SO4 – Cl)Ta: Taal Ku: Kusatsu Shirane Kb: Kaba Tin, Tam: Kelimutu Ij: Ijen Po: Poas Ma: Maly Semiachik Pu: Kawah Putih Dem: Dempo Sv: Soufrière St.Vincent Qu: Quilotoa Kel: Kelud Sa: Segara Anak Ny, Mo: Nyos, Monoun
The discharge of magmatic gases (SO2, H2S, HCl and HF) into a crater lake frequently lead to highly acidic sulfate-chloride waters. The lakes are too acidic to convert and store CO2 gas as bicarbonate ions (HCO3
-).
Air Bikarbonat (HCO3)
• Terbentuk pada daerah pinggir dan dangkal sistem geotermal• Akibat adsorbsi gas CO2 dan kondensasi uap air ke dalam air
tanah (steam heated water)• Rendah Cl dan SO4 bervariasi• Di bawah muka air tanah bersifat asam lemah, tetapi dapat
bersifat basa oleh hilangnya CO2 terlarut di permukaan• Di permukaan dapat membentuk endapan sinter travertin
(CaCO3)
Umur Fluida dan Sistem Panas Bumi
• Residensi air: ~10.000 tahun– Umumnya 100 – 1.000 tahun– Dapat 20.000 – 40.000 tahun
• Umur sistem panas bumi: 200.000 tahun (Kawerau, NZ), umumnya ~2.000 – 500.000 tahun
Kemunculan Manifestasi Dipengaruhi:
• Parameter-parameter fluida panasbumi (e.g. densitas, viskositas, temperatur, tipe, dll).
• Parameter-parameter reservoar (e.g. permeabilitas, pola aliran, dll).
• Proses-proses pada fluida panasbumi yang terjadi di bawah permukaan (e.g. pencampuran dengan air dingin, boiling, kondensasi).
• Total panas yang ada di reservoar.
Manifestasi Panas Bumi di Permukaan
• Aktif, gejala dan perubahan dapat diamati (e.g. mata air panas, kolam lumpur, tanah beruap).
• Fosil, berupa alterasi batuan.
Klasifikasi Manifestasi Aktif (Keluaran Fluida):
• Keluaran langsung = direct discharge (e.g. mata air panas, fumarol, dll)
• Keluaran terdifusi = diffuse discharge (e.g. tanah beruap, tanah hangat, dll)
• Keluaran intermiten = intermitten discharge (e.g. geyser)
• Keluaran tersembunyi = concealed discharge (e.g. seepage/rembesan sungai)
Mata air panas dan hangat
• Mata air hangat: t < 50oC, pH umumnya asam lemah
• Mata air panas: t > 50oC, pH umumnya netral, dapat membentuk teras sinter
Kolam panas dan hangat
• Panas umumnya hilang melalui evaporasi pada permukaan air.
• Dibedakan menjadi: calm (t < 100oC), boiling, dan embullient pools (flashing of steam atau gas)
Kolam lumpur atau kolam asam
• Kolam lumpur:- Akibat dari kondensasi uap air dan gas di dekat permukaan- t < 100oC
• Kolam asam:- Kondensasi gas-gas magmatik dalam air danau kawah- Berasosiasi dengan volkanisme aktif
Geyser
• Uap dan air keluar dengan selang waktu tertentu
• Model: lubang di bawah permukaan terisi oleh air dan saat t > titik didih air, uap dan air akan didorong keluar.
Fumarol (fumaroles)
• Terdiri dari sebagian besar uap air atau campuran 2 fasa uap dan air panas
• Mengandung trace H2S, SO2 dan sublimasi S
• Kebasahan & temperatur: - Fumarol basah bertemperatur < 100oC dan terbentuk di
sistem dominasi air- Fumarol kering mempunyai temperatur 110 hingga 150oC
pada sistem dominasi uap
Tanah hangat (warm ground)
• Gradien temperatur = 25 – 30oC/m
• Panas dikeluarkan secara konduksi
• Umumnya berada di sekitar keluaran panas yang lebih besar
• Tidak ada anomali pada vegetasi
• Tidak terdeteksi oleh pengukuran infra-red
Tanah beruap (steaming ground)
• Uap berasal dari evaporasi air panas di dekat permukaan atau keluar dari bawah permukaan
• Terdapat anomali vegetasi
• Dapat dideteksi dengan pengukuran infra-red
• Steaming ground can be dangerous and great care should be taken when entering the area
Rembesan (seepage)
• Umumnya keluar di dasar sungai atau danau
• Mengalami pelarutan oleh air tanah atau air permukaan
Fossil Manifestation
• Alterasi hidrotermal di permukaan:– Sinter silika– Travertin
• Alterasi hidrotermal di bawah permukaan
Eksplorasi Panas Bumi
Tujuan utama kegiatan eksplorasi panas bumi adalah mencari model (konseptual) sistem panas bumi:
• Sumber panas (heat source)
• Reservoir
• Batuan penutup
• Pola aliran fluida panas bumi (daerah resapan, upflow dan outflow/lateral flow)
Kajian
• Geologi (+hidrogeologi)• Geokimia• Geofisika• Teknik Reservoir+ Sosial Budaya, Ekonomi, Infrastruktur, dll.
PP No. 59/2007: Tahapan Kegiatan Usaha Panas Bumi
• Survei Pendahuluan adalah kegiatan yang meliputi pengumpulan, analisis dan penyajian data yang berhubungan dengan informasi kondisi geologi, geofisika dan geokimia untuk memperkirakan letak dan adanya sumber daya panas bumi serta wilayah kerja.
• Eksplorasi adalah serangkaian kegiatan yang meliputi penyelidikan geologi, geofisika, geokimia, pengeboran uji, dan pengeboran sumur eksplorasi yang bertujuan untuk memperoleh dan menambah informasi kondisi geologi bawah permukaan guna menemukan dan mendapatkan perkiraan potensi panas bumi.
PP No. 59/2007: Tahapan Kegiatan Usaha Panas Bumi
• Studi kelayakan adalah tahapan kegiatan Usaha Pertambangan Panas Bumi untuk memperoleh informasi secara rinci seluruh aspek yang berkaitan untuk menentukan kelayakan usaha pertambangan Panas Bumi, termasuk penyelidikan atau studi jumlah cadangan yang dapat dieksploitasi.
Kegiatan Survei dan Eksplorasi (Permen ESDM 11-2008)
1. A. Data geosains
a) Survei geologi
b) Survei geofisika
c) Survei geokimia
d) Survei landaian suhu
e) Pemboran eksplorasi
B. Sistem Panas Bumi
Kegiatan Survei dan Eksplorasi (Permen ESDM 11-2008)
2. Status lahan (tata ruang dan penggunaan lahan)
a) Pertambangan
b) Kehutanan
c) Perkebunan/transmigrasi
d) Tata ruang
Survei Geologi
• Kegiatan:- Survei Pendahuluan: penyelidikan geologi skala
1:100.000, termasuk pembahasan tentang analisis foto udara/citra satelit, jenis dan distribusi satuan batuan, struktur geologi, hidrogeologi, dan manifestasi panas bumi.
- Eksplorasi: penyelidikan geologi skala 1:50.000- Pemetaan di daerah vulkanik Kuarter diutamakan
menggunakan metode vulkanostratigrafi.
• Hasil: - Laporan survei, peta dan penampang- Dapat mempertegas posisi/lokasi heat source
Survei Geofisika
• Kegiatan:- Survei Pendahuluan: penyelidikan geofisika skala
1:100.000, dengan metode minimal tahanan jenis cara pemetaan (mapping) dan pendugaan (sounding).
- Eksplorasi: penyelidikan geologi skala 1:50.000 seperti di atas, termasuk penentuan letak dan luas zona lapisan konduktif dan lapisan resistif, serta daerah prospek.
- Penambahan data dengan metode MT, gaya berat dan geomagnet.
• Hasil: - Laporan survei, peta dan penampang- Ketebalan clay cap dan kedalaman puncak reservoir
panas bumi
Survei Geokimia
• Kegiatan:- Survei Pendahuluan: penyelidikan geokimia skala
1:100.000, dengan cara pengambilan contoh dan analisis fluida panas bumi (air/uap/gas) dan tanah, termasuk pembahasan tentang sifat fisik dan kimia serta komposisi kimia fluida dan tanah serta geotermometri.
- Eksplorasi: penyelidikan geologi skala 1:50.000 seperti di atas.
• Hasil: - Laporan survei dan diagram-diagram- Dapat menentukan geotermometri di reservoir- Menentukan sistem panas buminya
1. Kuarsa – no steam loss 1309toC = -------------------- – 273 5.19 – log SiO2
2. Kuarsa – max steam loss 1522toC = -------------------- – 273 5.75 – log SiO2
3. Na-K (Fournier) 1271toC = ------------------------- – 273 log (Na/K) + 1.483
4. Na-K (Giggenbach) 1390toC = ------------------------- – 273 log (Na/K) + 1.75
5. Na-K-Ca 1647toC = ---------------------------------------------------------- – 273 log (Na/K) + b[log(Ca1/2/Na) + 2.06] + 2.47
6. K-Mg 4410toC = ------------------------- – 273 14.0 – log (K2/Mg)
Geotermometer Unsur Terlarut
SiO2, Na, K, Ca dan Mg dalam mg/kg
Pemboran Landaian Suhu & Eksplorasi
• Kegiatan:- Hanya dilakukan saat tahap eksplorasi
• Hasil: - Penampang gradien temperatur sumur- Log komposit sumur- Potensi Cadangan Mungkin (saat pemboran eksplorasi)
Survei Geosain Terpadu
• Kegiatan:- Kajian terpadu geologi, geofisika dan geokimia, serta
pemboran.
• Hasil: - Estimasi cadangan, minimal cadangan terduga- Sistem panas bumi
Perhitungan Potensi
• Perhitungan potensi panas bumi bukan merupakan proses yang statik, tapi harus dilakukan secara berkesinambungan selama eksplorasi, pengembangan dan eksploitasi.
• Metode yang dilakukan:- Memperkirakan aliran panas alamiah- Membandingkan dengan lapangan lain- Memperkirakan keluaran sumur yang telah ada- Perhitungan volumetrik
Geological assuranceEc
onom
ic fe
asib
ilty
Resid
ual
Sube
cono
mic
Depth
(Economic at future time)
Resource
Reserve
Identified Undiscovered
Reso
urce
bas
e
Acce
ssib
leIn
acce
ssib
le
Usef
ul Econ
omic
Energy which could be extracted economically and legally in the near future
That part of resources which could be extracted economically and legally at present
~ 3 km
Prov
en
Prob
able
Poss
ible
Muffler and Cataldi (1978)
Kegiatan Survei dan Potensi1. Survei Pendahuluan
2. Eksplorasi
3. Eksplorasi + Pemboran Eksplorasi
4. Studi Kelayakan
5. Pemboran Deliniasi
6. Pemboran Pengembangan
Sumber Daya Spekulatif
Sumber Daya Hipotetis
Cadangan Terduga
Cadangan Mungkin
Cadangan Terbukti
Perhitungan Potensi
1. Mengestimasi kehilangan panas (natural heat loss) sumber daya spekulatif
2. Membandingkan dengan daerah panas bumi lain yang mempunyai kemiripan lapangan dan telah diketahui potensinya sumber daya hipotetis
3. Mengestimasi energi panas yang terkandung dalam batuan maupun fluida cadangan
4. Mengestimasi kandungan massa fluida dengan memperhitungkan energi panas yang terdapat dalam fluida (air panas maupun uap) cadangan
Hilang Panas Alamiah
Q ≈ m c (T – To)
m = mass flowrate (kg/s) = V.f
f = fluid density (kg/m3) = 1000 kg/m3
V = volume flowrate (m3/s)T = temperature of discharge fluidsTo = mean annual temperature (or air ambient
temperature)c = specific heat capacity (kJ/kg K) = 4.2 kJ/kg K
Hilang Panas Alamiah
• Kesalahan (error) = 15%
• Hilang panas dikaji berdasarkan perbedaan gradien temperatur dan kondisi normal.
• Tanah beruap, termasuk fumarola, hanya terbentuk pada sistem panas bumi temperatur tinggi. Meskipun demikian hilang panas alamiahnya sulit dihitung.
• Transfer panas dari tanah beruap melalui mekanisme konduksi dan konveksi.
• Pada mekanisme konduksi, hilang panas dipengaruhi oleh konduktivitas batuan.
Sebuah lapangan panas bumi mempunyai manifestasi/keluaran berupa mata air panas,
kolam air panas, dan steaming ground
dengan fumarola. Karakteristik manifestasi ini masing-masing akan diberikan.
Contoh Kasus
Sumber daya spekulatif lapangan tsb?
Hilang Panas Alamiah Mata Air Panas
Q = ............................................................................................= ...........................................
Q ≈ m c (T – To)m = mass flowrate (kg/s) = V.f
f = fluid density (kg/m3) = 1000 kg/m3
V = volume flowrate (m3/s)T = temperature of discharge fluidsTo = mean annual temperature (or air ambient
temperature)c = specific heat capacity (kJ/kg K) = 4.2 kJ/kg K
Hilang Panas Alamiah Kolam Air Panas
Q = ............................................................................................= ...........................................
Q ≈ m c (T – To)m = mass flowrate (kg/s) = V.f
f = fluid density (kg/m3) = 1000 kg/m3
V = volume flowrate (m3/s)T = temperature of discharge fluidsTo = mean annual temperature (or air ambient
temperature)c = specific heat capacity (kJ/kg K) = 4.2 kJ/kg K
dan evaporasi:
Qevaporasi = A x (Qevaporasi,T – Qevaporasi,To) = .................................................. = ..........................................
T (oC) Qevaporasi (kJ/m2s)20 0.3540 1.360 3.780 9.2
98.5 ~22
QTOTAL = ...............................................
Asumsi :Diam vv < 10 m/sGemuruh vv > 10 m/s
Vv = R2 = 3.14 x 0.52 x 10 m3/s
= 7,85 m3/s
mv = 7,85 m3/s x 0,5 kg/m3 = 3,925 kg/s
Q = ............................................................................................= ...........................................
Hilang Panas Alamiah Fumarola
Tanah beruap
Luas = 2 km2
Gradien temperatur = 2oC/m
Gradien temperatur normal = 0,03oC/mKonduktivitas batuan rata-rata = 2,4 W/moC
Hilang Panas Alamiah Tanah Beruap
Konduktif
Q = ............................................................................................= ...........................................
Hilang Panas Alamiah TotalQTOTAL = Qmata air + Qkolam air + Qfumarola + Qtanah beruap
≈ .............................................................
≈ .............................................................
≈ ............. Hilang panas alamiah
Sumber daya spekulatif = ..............
Hilang Panas Alamiah (Ringkasan)• Manifestasi yang semakin panas:
makin tinggi hilang panas alamiah• Manifestasi semakin luas:
makin tinggi hilang panas alamiah• Tanah beruap dengan fumarola:
tinggi hilang panas alamiah sistem temperatur tinggi• Rembesan/seepage:
sangat rendah hilang panas alamiah tidak signifikan
Kesimpulan
1. Manifestasi panas bumi yang muncul di permukaan memberikan gambaran tentang kondisi di bawah permukaan (reservoir), termasuk besar potensi panas bumi.
2. Potensi panas bumi dihitung secara kontinu dan berkesinambungan tergantung pada tahap kegiatan/survei yang dilakukan. Semakin detil survei dilakukan, semakin tinggi keyakinan (geologi dan ekonomi) terhadap perhitungan potensi.
3. Sangatlah penting untuk menghitung sumber daya spekulatif panas bumi, karena besarannya akan menentukan langkah pengusahaan energi panas bumi selanjutnya.