Panasbumi untuk masa depan? pantaskah? [PART 1]

 

Pada akhir 2015, produksi tenaga panas bumi di seluruh dunia hanya sejumlah 12 GWe. Angka produksi tersebut masih sangat kecil dan hanya sebagian kecil (0,025%) dari aliran panas bumi yang diketahui dapat menghasilkan 47 TWe. Dengan demikian, memanfaatkan energi panas bumi untuk kepentingan masyarakat tentu memiliki potensi yang luar biasa untuk beralih dari apa yang saat ini kurang lebih panasbumi digunakan hanya dalam industri rumahan menjadi sumber utama energi bersih dan beban dasar. 

Potensi panasbumi di USA menurut Williams et al. (2008) mengestimasi pertumbuhan potensi pembangkit listrik tenaga panas bumi sebesar 345.000 MWe. Angka tersebut meliputi 36.000 MWe dari panasbumi konvensional dan sisanya merupakan panasbumi non-konvensional. Total potensi yang dihasilkan ternyata dapat memenuhi 35% kebutuhan listrik di USA.

Proyeksi yang menjanjikan ini, tetap harus disesuaikan dengan temuan empiris saat ini. Penilaian di atas didasarkan pada perhitungan volumetrik heat-in-place yang dikombinasikan dengan simulasi Monte Carlo. Pendekatan ini meliputi estimasi volume reservoir, suhu, permeabilitas, dan pengukuran surface heat flow. Untuk mempermudah perhitungan dan simulasi pemodelan maka sistem hidrotermal dianggap statis, entitas tetap, dan dengan mengabaikan efek injeksi untuk mempertahankan tekanan reservoir dan berpotensial mendinginkan sistem yang telah dimodelkan. Oleh karena itu, perhitungan dan pemodelan volumetrik heat-in-place akan overestimate terhadap hasil yang didapatkan. Sebagai contoh PLTPB biner blue mountain di sebelah utara nevada yang dibangun dengan kapasitas 49,5 Mwe berdasarkan perhitungan volumetrik heat-in-place. Setelah berjalan 6 tahun, produksi menurun hingga kurang dari 30 MWe dan diperkirakan pada tahun 2020 hanya dapat memproduksi 15 MWe saja. Penurunan tersebut bukan hanya karena overestimate dalam perhitungan, tetapi penempatan pipa injeksi yang terlalu dekat dengan pipa produksi dapat menyebabkan fenomena termal breakthrough.

Untuk memahami bagaimana energi panas bumi akan berevolusi dan perannya seiring waktu, peran pembangunan terbarukan dan berkelanjutan, serta mendorong indikator dan potensi pengembangan panas bumi harus diperhatikan.

Istilah terbarukan (renewable) dan berkelanjutan sering kali tertukar, tetapi yang jelas keduanya berbeda. Terbarukan mengacu pada sumber daya yang dapat diperbaharui melalui proses alam dalam kerangka waktu yang dianggap tetap dapat memenuhi kebutuhan masyarakat seperti memanen kayu, menanam tanaman, atau memanen garam melalui penguapan air laut. Menjadi terbarukan dengan demikian merupakan karakteristik intrinsik dari sumber daya (Axelsson, 2010).

di sisi lain, istilah berkelanjutan umumnya mengacu pada pengembangan sumber daya yang memenuhi kebutuhan saat ini tanpa mengorbankan penggunaan sumber daya tersebut di generasi mendatang. Dari dari sudut pandang itu, bahkan sumber energi bahan bakar fosil yang sifatnya terbatas, dapat menjadi berkelanjutan melalui teknik konservasi dan dengan demikian dapat tersedia untuk generasi mendatang. Sumber daya bahan bakar fosil, walau bagaimanapun tidak dapat diperbarui karena proses penggantiannya membutuhkan waktu puluhan ribu hingga jutaan tahun; dengan demikian, mereka tidak dapat diperbarui pada skala waktu kebutuhan manusia. Dalam pengertian ini, berkelanjutan (sustainable) dapat merujuk pada bagaimana suatu sumber daya digunakan oleh masyarakat, apakah terbarukan atau tidak terbarukan (Axelsson, 2010).

Energi geotermal, sama seperti energi matahari dan angin, tentunya dapat diperbarui dan tidak terbatas jika proses perpindahan panas dari interior bumi yang naik menuju permukaan masih berlangsung. Energi matahari eksternal dapat dimanfaatkan secara langsung untuk menghasilkan listrik dan panas (PV surya dan panas matahari) dan secara tidak langsung dalam bentuk energi angin, karena proses penyinaran terhadap bumi yang tidak merata mendorong terbentuknya pola angin global.

Namun, ekstraksi energi panas internal bumi dari sistem panas bumi dapat dianggap tidak berkelanjutan karena transfer panas untuk menjalankan pembangkit listrik tenaga panas bumi umumnya melebihi kemampuan alami bumi untuk mempertahankan suhu reservoir. Ini karena perpindahan panas melalui konveksi lebih efisien daripada konduksi, dan yang pertama adalah cara kami memanen sistem panas bumi konvensional saat ini untuk menghasilkan tenaga, baik listrik maupun termal.

Contoh klasik produksi panas bumi yang tidak berkelanjutan adalah di The Geyser, yang menghasilkan sekitar 1800 MWe pada akhir 1980-an dan awal 1990-an sebelum tekanan uap turun drastis akibat recharge yang tidak seimbang (produksi>recharge). Hal tersebut karena pada musim panas, hampir semua uap hasil produksi hilang melalui evaporasi saat melewati menara pendingin (M. Walters, komunikasi pribadi, 2015). Sekarang air limbah yang diolah kemudian diimpor dari Santa Rosa and Lake County ke The Geyser. Pengisian daya tersebut sebagian besar telah dipulihkan dan produksi listrik telah stabil sekitar 800 MWe. Meskipun demikian, suhu reservoir penghasil uap utama mengalami penurunan perlahan sekitar 1 hingga 2 ° F per tahun (M. Walters, komunikasi pribadi, 2015). Penurunan suhu yang lambat ini memacu upaya berkelanjutan untuk meningkatkan atau setidaknya mempertahankan tingkat produksi saat ini dengan menambah produksi dari wilayah Geyser sebelah Barat Laut yang lebih panas, meskipun kurang permeabel. Jadi, meskipun panas bumi dapat diperbarui, pengelolaan sumber daya yang cermat diperlukan untuk membuatnya berkelanjutan dan tersedia untuk generasi mendatang. Cara yang memungkinkan agar lapangan panas bumi dapat dibuat setidaknya menjadi lebih berkelanjutan yakni dengan menambah tempat produksi tanpa meninggalkan tempat produksi utamanya. Dengan cara ini, ketika area produksi mulai mendingin, bagian lain dari lapangan panasbumi utama dapat dioperasikan untuk memungkinkan wilayah utama yang diproduksi terisi ulang, tidak seperti rotasi tanaman di mana sebagian lahan dibiarkan kosong untuk memulihkan nutrisi. Bahkan kemudian, sistem produksi panas bumi pada akhirnya mungkin harus dihentikan selama beberapa dekade agar dapat diperbarui oleh aliran panas alami. Namun, jika satu lapangan panas bumi dihentikan, lapangan lain dapat dioperasikan, mirip dengan rotasi sumur di lapangan tertentu tetapi dalam skala yang lebih besar. Perkiraan pemodelan terhadap waktu pemulihan yang diperlukan sistem panas bumi untuk diisi ulang setelah rentang waktu produksinya adalah sama dengan durasi sekitar tiga sampai empat kali lama waktu produksi (Axelsson, 2010; Bromley dkk., 2006; O’Sullivan et al., 2010)

Misalnya, mengingat 100 tahun sejarah produksi untuk sistem panas bumi Wairakei di Selandia Baru, O'Sullivan dkk. (2010) mengembangkan rumus empiris untuk waktu pemulihan (recovery): Pemulihan = (PR - 1) × (Durasi ekstraksi), di mana PR adalah rasio produksi dan didefinisikan sebagai aliran energi yang dihasilkan dibagi dengan aliran energi alamiah. Untuk Wairakei, rasio produksi rata-rata adalah 3,8 dan menggunakan rumus di atas menghasilkan masa pemulihan sekitar 300 tahun. Di Wairakei, pemulihan tekanan terjadi jauh lebih cepat daripada pemulihan suhu (Gambar berikut)

Meskipun hasil dari penerapan rumus di atas menunjukkan waktu pemulihan (recovery) sekitar 300 tahun untuk Wairakei setelah 100 tahun produksi, tetapi sekitar 85% dari pemulihan suhu sudah terjadi dalam waktu 200 tahun. kurun waktu 300 tahun tersebut bukanlah jangka waktu yang dapat berguna untuk pemenuhan kebutuhan manusia. Untuk alasan ini, beberapa ahli panas bumi berpendapat bahwa energi panas bumi, meskipun ramah lingkungan tetapi tidak sepenuhnya berkelanjutan (setidaknya untuk beberapa sistem panas bumi penghasil) karena durasi panas yang diekstraksi (produksi) lebih cepat daripada saat dipulihkan (recovery), dan sistem produksi panas bumi tertentu hari ini mungkin tidak akan tersedia untuk generasi berikutnya.

Studi lain yang memodelkan pemulihan (recovery) tekanan dan suhu menunjukkan periode pengisian reservoir yang lebih pendek setelah penutupan di mana periode pemulihan sekitar sama dengan periode produksi (Gambar 12.2) (Bromley et al., 2006; Rybach, 2003). Lebih lanjut, Rybach (2003) mengamati bahwa sistem doublet (satu injeksi dan satu sumur produksi) yang beroperasi secara siklis dalam mode produksi / pemulihan dalam siklus 10 tahun menghasilkan lebih banyak energi daripada siklus 20 atau 40 tahun selama periode 160 tahun. Hasil terakhir ini menunjukkan bahwa operasi yang lebih pendek diikuti oleh periode pemulihan dengan durasi yang sebanding, menghasilkan lebih banyak energi dalam jangka panjang. Jadi, bila dioperasikan secara periodik produksi diikuti dengan pemulihan maka pembangkit listrik tenaga panas bumi dapat bersifat terbarukan dan berkelanjutan.

Panas bumi sebagai sumber energi terbarukan dan berkelanjutan, jika dikelola dengan hati-hati, memiliki banyak hal menarik, diantaranya :

1. Baseload (sumber daya terbarukan yang berasal dari bumi) dan faktor kapasitas tinggi

Tidak seperti matahari dan angin, tenaga panas bumi adalah sumber energi beban dasar dan bukan tergantung matahari yang bersinar atau angin yang bertiup. Baseload power berarti pembangkit listrik dapat menghasilkan semua daya yang dimilikinya dengan beberapa variasi karena efisiensi kondensasi, dan pada dasarnya tersedia setiap saat, 7 hari seminggu, tahun demi tahun. Selanjutnya faktor kapasitas untuk pembangkit listrik tenaga panas bumi umumnya sekitar > 70% dan tidak jarang > 90%. Misalnya, faktor kapasitas pembangkit listrik tenaga panas bumi lembah dixie (total kapasitas terpasang bruto 68 MWe) di Nevada tengah selama periode 25 tahun mendekati 99% (Benoit and Stock, 2015). Sebaliknya, faktor kapasitas untuk tenaga angin rata-rata sekitar 33% pada tahun 2013 dan 2014 dan sekitar 26% untuk tenaga surya fasilitas fotovoltaik (EIA, 2016a). Faktor kapasitas pembangkit listrik tenaga air, yaitu sumber daya terbarukan yang berasal dari bumi lainnya, biasanya lebih besar dari 50%, mencerminkan kondisi eksternal seperti kekeringan dan ketinggian waduk untuk kebutuhan pengendalian banjir dan penyimpanan air. Memang, pada tahun 2013 dan 2014, faktor kapasitas tinggi untuk pembangkit listrik tenaga panas bumi melebihi pembangkit listrik tenaga gas alam (rata-rata sekitar 50%) dan pembangkit listrik tenaga batu bara (rata-rata sekitar 60%) dan menyaingi pembangkit listrik tenaga nuklir pembangkit listrik (rata-rata sekitar 90%) (EIA, 2016a).

2. Aspek Lingkungan

Aspek lingkungan pengembangan energi panas bumi sangat luar biasa. Emisi gas rumah kaca tidak ada atau sangat kecil, dan setiap megawatt tenaga panas bumi yang dihasilkan menggantikan pembakaran sekitar 4350 ton batu bara dan 87 miliar kubik feet gas alam per tahun. Pembakaran batu bara dan gas alam sebanyak ini berdasarkan data yang diterbitkan oleh Administrasi Informasi Energi A.S., diketahui melepaskan sekitar 12.000 ton dan 7.000 ton CO2 ke atmosfer per megawatt. Sebagian besar, jika tidak semua, emisi karbon ini dapat disimpan dengan pembangkit listrik tenaga panas bumi.

Selain itu, penggunaan langsung panas bumi, termasuk pompa panas (heat pumps) yang bersumber dari bawah tanah, untuk pendinginan dan pemanasan ruang selanjutnya dapat digunakan untuk menggantikan penggunaan bahan bakar fosil. Pompa panas dari energi panasbumi penerapannya luas, memiliki potensi untuk sangat mengurangi kebutuhan daya untuk AC dan pembakaran gas alam untuk pemanas ruangan dan suplai air panas. Kantor Departemen Energi AS bidang Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan memperkirakan bahwa 23 proyek percontohan pompa panas bersumber dari bawah tanah yang disponsori menghemat sekitar 153,6 GWh energi per tahun dan 9000 ton dari emisi CO2. The Peppermill Resort Hotel and Casino di Reno, Nevada, seluruhnya dipanaskan oleh fluida panas bumi dan menghemat antara $ 2 juta dan $ 2.5 juta biaya gas alam per tahun bersama dengan pengurangan CO2 yang terkait.(Dean Parker, pers. comm., 2015).

Pembangkit listrik tenaga panas bumi diketahui hanya mengkonsumsi sekitar sepersepuluh dari luas lahan per satuan tenaga yang dihasilkan dibandingkan dengan batubara (termasuk tambang untuk memasok batubara), sekitar seperdelapan dari luas daratan dibandingkan dengan fasilitas fotovoltaik surya dengan kapasitas yang sebanding, dan kurang dari seperempat luas daratan ruang lapangan tenaga angin untuk kapasitas daya yang sama (Kagel et al., 2007). Apalagi lahan yang digunakan untuk pengembangan panas bumi dapat tetap terbuka untuk penggunaan lain jika diperlukan, seperti pertanian di Imperial Valley of California dan peternakan bebas merumput di sekitar beberapa instalasi pembangkit listrik tenaga panas bumi dan lapangan sumur di Nevada.

3. Tidak membutuhkan sumber bahan bakar dan biaya pengoperasian yang rendah

Bumi berfungsi bagaikan ketel untuk pembangkit listrik panas bumi atau bank termal untuk aplikasi penggunaan langsung sehingga tidak ada sumber bahan bakar eksternal yang diperlukan untuk merebus atau memanaskan air. Pembangkit listrik tenaga panas bumi tahan terhadap perubahan ketersediaan atau fluktuasi harga sumber bahan bakar, seperti batu bara, gas alam, atau uranium. Konsekuensinya adalah bahwa sumber daya panas bumi konvensional tidak tersedia di semua tempat untuk pembangkit listrik, seperti pembangkit listrik berbahan bakar fosil. Bagaimanapun juga penggunaan fluida secara langsung lebih tersebar luas, dan pompa panas (heat pumps) dapat digunakan hampir di mana saja. Namun, penggunaan sistem panas bumi yang direkayasa (EGS), seperti yang dibahas bab sebelumnya, secara signifikan dapat memperluas dan membuka daerah baru untuk mengembangkan tenaga panas bumi.

Apalagi faktor kapasitas tinggi dari tenaga panas bumi, kemandirian sumber bahan bakar eksternal, dan umumnya biaya pengoperasian dan pemeliharaan yang rendah membuat biaya tenaga panas bumi tetap dapat bersaing dengan sumber bertenaga bahan bakar fosil. Saat ini, biaya operasi dan pemeliharaan untuk panas bumi bervariasi dari $ 0,01 hingga $ 0,03 / kWh dan dari $ 0,024 menjadi $ 0,04 untuk pembangkit listrik berbahan bakar fosil (EIA, 2013c). Biaya yang sedikit lebih tinggi dari yang terakhir ini terutama mencerminkan biaya tambahan bahan bakar tetapi juga kondisi suhu dan tekanan operasi yang lebih tinggi dari pembangkit listrik berbahan bakar fosil, yang menekan peralatan dan meningkatkan biaya pemeliharaan. Sebagai perbandingan, tenaga angin memiliki tingkat biaya yang relatif rendah seperti panas bumi karena pengeluaran modal awal yang rendah dan tidak adanya siklus bahan bakar, meskipun faktor kapasitasnya relatif rendah. Tenaga surya membutuhkan modal yang agak lebih mahal saat subsidi harga atau keringanan pajak tidak termasuk, karena belanja modal di awal lebih dari biaya untuk tenaga angin, terutama untuk memusatkan tenaga surya. Secara keseluruhan, tenaga panas bumi memiliki harga yang kompetitif dengan pembangkit berbahan bakar fosil dan sebanding dengan atau lebih murah daripada tenaga angin dan tenaga surya.