Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Geothermal Energy for Everyone

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Geothermal Energy for Everyone"— Transcript presentasi:

1 Geothermal Energy for Everyone
Pre-Workshop Course Bandung, 5 Maret 2012

2 Schedule 08.00 – : Geothermal System Geothermal Exploration – : Geothermal Production and Utilization Environmental Aspects Geothermal Economics

3 Introduction

4 Bumi

5 Struktur Bumi dan Gradien Geotermal
30oC/km Rata-rata 1oC/km Gradien Temperatur Temperatur (oC) Jari-jari (km)

6 Bumi dan Tektonik Lempeng

7 Geothermal System

8 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

9 Air permukaan Air permukaan

10 Geothermal System (Goff & Janik, 2000)
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). 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

11

12 Geothermal System Sistem yang berasosiasi dengan volkanisme Kuarter dan intrusi magma. Sistem ini umumnya mempunyai temperatur <370°C dan kedalaman reservoir <1,5 km. 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. 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.

13 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.

14 (IGA, 2004) Sumber panas Reservoir Daerah resapan Manifestasi di permukaan Sumur panas bumi 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).

15 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.

16 Volcanic-Hydrothermal System
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 Lawless (2008)

17 Continental Type = Flat Terrain

18 Island-Arc Type = High Terrain

19 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

20 Geothermal in Indonesia
Total potential: 29,038 MW at 276 fields Resources: MW and Reserves: MW Installed capacity: 1196 MWe Non volcanic system

21 Volcanic-Hydrohermal System in Java - Bali
Hochstein & Sudarman (2008)

22 Volcanic-Hydrohermal Systems in Sumatra
Hochstein & Sudarman (2008)

23 Other Hydrothermal System
Berdasarkan : Sumber panas Temperatur (entalpi) reservoir Fluida reservoir dll

24 Temperatur Reservoir Hochstein (1990)

25 Fasa Fluida Reservoir

26 Fasa Fluida Reservoir

27 Fasa Fluida Reservoir

28 Pola Aliran Fluida : upflow / outflow

29 Morfologi / Geologi : Kaldera

30 Morfologi / Geologi : Sesar

31

32 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

33

34 Fluida Panas Bumi

35 Fluida Hidrotermal

36 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

37 Boiling Point

38 Boiling Point Depth (BPD)
250oC (Haas, 1971)

39

40 Boiling and Condensation
(Lawless, 2008)

41 Steam heated, near surface water, pH of acid to near neutral
Fluida Hidrotermal Reservoir water, 1,000-10,000 mg/kg Cl, neutral pH, trace of CO2 & H2S, SiO2 rich. Magmatic fluid, strong acid Steam heated, near surface water, pH of acid to near neutral

42 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)

43 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

44 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-).

45 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)

46 Fluida dan Permeabilitas
Lawless in WPRB Geothermal Lectures 2008

47 Umur Fluida dan Sistem Panas Bumi
Residensi air: ~ tahun Umumnya 100 – tahun Dapat – tahun Umur sistem panas bumi: tahun (Kawerau, NZ), umumnya ~2.000 – tahun

48

49 Surface Manifestation

50 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.

51 Manifestasi Panas Bumi di Permukaan
Aktif, gejala dan perubahan dapat diamati (e.g. mata air panas, kolam lumpur, tanah beruap). Fosil, berupa alterasi batuan.

52 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)

53 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

54 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)

55 Kolam lumpur atau kolam asam
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

56 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.

57 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

58 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

59 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

60 Rembesan (seepage) Umumnya keluar di dasar sungai atau danau
Mengalami pelarutan oleh air tanah atau air permukaan

61 Kaipohan Keluaran gas Tidak ada anomali panas

62 Fossil Manifestation Alterasi hidrotermal di permukaan: Sinter silika
Travertin Alterasi hidrotermal di bawah permukaan

63 Geothermal Exploration

64 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)

65 Kajian Geologi (+hidrogeologi) Geokimia Geofisika Teknik Reservoir
+ Sosial Budaya, Ekonomi, Infrastruktur, dll.

66 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.

67 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.

68 Kegiatan Survei dan Eksplorasi

69 Kegiatan Survei dan Eksplorasi (Permen ESDM 11-2008)
A. Data geosains Survei geologi Survei geofisika Survei geokimia Survei landaian suhu Pemboran eksplorasi B. Sistem Panas Bumi

70 Kegiatan Survei dan Eksplorasi (Permen ESDM 11-2008)
Status lahan (tata ruang dan penggunaan lahan) Pertambangan Kehutanan Perkebunan/transmigrasi Tata ruang

71 Survei Geologi Kegiatan:
Survei Pendahuluan: penyelidikan geologi skala 1: , 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

72 Survei Geofisika Kegiatan:
Survei Pendahuluan: penyelidikan geofisika skala 1: , dengan metode minimal tahanan jenis cara pemetaan (mapping) dan pendugaan (sounding). Eksplorasi: penyelidikan geologi skala 1: 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

73 Survei Geokimia Kegiatan:
Survei Pendahuluan: penyelidikan geokimia skala 1: , 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: seperti di atas. Hasil: Laporan survei dan diagram-diagram Dapat menentukan geotermometri di reservoir Menentukan sistem panas buminya

74 Geotermometer Unsur Terlarut
1. Kuarsa – no steam loss 1309 toC = – 273 5.19 – log SiO2 2. Kuarsa – max steam loss 1522 5.75 – log SiO2 3. Na-K (Fournier) 1271 toC = – 273 log (Na/K) 4. Na-K (Giggenbach) 1390 log (Na/K) 5. Na-K-Ca 1647 toC = – 273 log (Na/K) + b[log(Ca1/2/Na) ] 6. K-Mg 4410 14.0 – log (K2/Mg) SiO2, Na, K, Ca dan Mg dalam mg/kg

75 Pemboran Landaian Suhu & Eksplorasi
Kegiatan: Hanya dilakukan saat tahap eksplorasi Hasil: Penampang gradien temperatur sumur Log komposit sumur Potensi Cadangan Mungkin (saat pemboran eksplorasi)

76

77 Survei Geosain Terpadu
Kegiatan: Kajian terpadu geologi, geofisika dan geokimia, serta pemboran. Hasil: Estimasi cadangan, minimal cadangan terduga Sistem panas bumi

78 Status Eksplorasi

79 Geothermal Potency

80 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

81 (Economic at future time)
Geological assurance Economic feasibilty Residual Subeconomic Depth (Economic at future time) Resource Reserve Identified Undiscovered Resource base Accessible Inaccessible Useful Economic 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 Proven Probable Possible Muffler and Cataldi (1978)

82 Kegiatan Survei dan Potensi
1. 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

83 Perhitungan Potensi Mengestimasi kehilangan panas (natural heat loss)  sumber daya spekulatif Membandingkan dengan daerah panas bumi lain yang mempunyai kemiripan lapangan dan telah diketahui potensinya  sumber daya hipotetis Mengestimasi energi panas yang terkandung dalam batuan maupun fluida  cadangan Mengestimasi kandungan massa fluida dengan memperhitungkan energi panas yang terdapat dalam fluida (air panas maupun uap)  cadangan

84 Hilang Panas Alamiah vs Produksi

85 Q ≈ m c (T – To) Hilang Panas Alamiah m = mass flowrate (kg/s) = V.f
f = fluid density (kg/m3) = 1000 kg/m3 V = volume flowrate (m3/s) T = temperature of discharge fluids To = mean annual temperature (or air ambient temperature) c = specific heat capacity (kJ/kg K) = 4.2 kJ/kg K

86 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.

87 Sumber daya spekulatif lapangan tsb?
Contoh Kasus 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. Sumber daya spekulatif lapangan tsb?

88 Mata air panas T = 80oC V = 1 L/det To = 20oC

89 Hilang Panas Alamiah Mata Air Panas
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 fluids To = mean annual temperature (or air ambient temperature) c = specific heat capacity (kJ/kg K) = 4.2 kJ/kg K Q = =

90 Kolam air panas To = 20oC T = 70oC Luas = 20 m2 Debit = 2 L/s

91 Hilang Panas Alamiah Kolam Air Panas
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 fluids To = mean annual temperature (or air ambient temperature) c = specific heat capacity (kJ/kg K) = 4.2 kJ/kg K Q = =

92 dan evaporasi: T (oC) Qevaporasi (kJ/m2s) 20 0.35 40 1.3 60 3.7 80
9.2 98.5 ~22 Qevaporasi = A x (Qevaporasi,T – Qevaporasi,To) = = QTOTAL =

93 Fumarola Suara gemuruh To = 20oC R = radius = 50 cm = 0,5 m
T  boiling point = 100oC

94 Hilang Panas Alamiah Fumarola
Asumsi : Diam vv < 10 m/s Gemuruh 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 = =

95 Tanah beruap Gradien temperatur normal = 0,03oC/m
Konduktivitas batuan rata-rata = 2,4 W/moC Luas = 2 km2 Gradien temperatur = 2oC/m

96 Hilang Panas Alamiah Tanah Beruap
Q = =  Konduktif

97 Hilang Panas Alamiah Total
QTOTAL = Qmata air + Qkolam air + Qfumarola + Qtanah beruap Hilang panas alamiah Sumber daya spekulatif =

98 Hilang Panas Alamiah (Ringkasan)
Manifestasi yang semakin panas:  makin tinggi hilang panas alamiah Manifestasi semakin luas: Tanah beruap dengan fumarola:  tinggi hilang panas alamiah  sistem temperatur tinggi Rembesan/seepage:  sangat rendah hilang panas alamiah  tidak signifikan

99

100 Kesimpulan Manifestasi panas bumi yang muncul di permukaan memberikan gambaran tentang kondisi di bawah permukaan (reservoir), termasuk besar potensi panas bumi. 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. Sangatlah penting untuk menghitung sumber daya spekulatif panas bumi, karena besarannya akan menentukan langkah pengusahaan energi panas bumi selanjutnya.

101 Terima Kasih


Download ppt "Geothermal Energy for Everyone"

Presentasi serupa


Iklan oleh Google