Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi & Efisiensinya

Ilustrasi Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi di Indonesia.

Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

Di kesempatan kali ini, kami akan membahas tentang cara kerja Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) sebagai salah satu alternatif energi terbarukan. Pembangkit listrik tenaga panas bumi atau geotermal telah dikembangkan sejak lama di berbagai belahan dunia.

Sejarahnya menunjukkan bahwa geotermal telah dipertimbangkan sejak awal tahun 1900-an sebagai sumber energi potensial untuk membangkitkan listrik.

Pada tahun 1904 di Italia, Pangeran Piero Ginori Conti melakukan uji coba PLTP yang pertama di dunia. Beberapa tahun kemudian, tepatnya pada tahun 1913, pembangkit listrik tenaga panas bumi pertama yang beroperasi secara komersial dibangun dan dioperasikan dengan kapasitas 250 KWe.

Pembangkit listrik panas bumi pertama di dunia yang dikembangkan di awal tahun 1900 Larderello, Italia dan unit pembangkit yang dibangun secara modern di tempat yang sama. Sumber: International Geothermal Association.

Selandia Baru juga termasuk negara yang aktif dalam pengembangan dan pemanfaatan energi panas bumi. Pada tahun 1958, negara ini telah mendirikan pembangkit listrik tenaga panas bumi.

Pada 2012 kapasitas terpasangnya mencapai hampir 600 MW, menempatkannya sebagai salah satu negara dengan kemajuan signifikan di sektor ini.

Di Amerika Serikat, Pacific Gas and Electric berhasil mengoperasikan PLTP pertama di negara tersebut pada tahun 1960, berlokasi di California. Turbin awal dari pembangkit ini mampu beroperasi lebih dari 30 tahun, dengan kapasitas produksi sekitar 11 MW.

Teknologi PLTP telah terbukti sangat andal dan dapat bertahan lama, terutama jika dibangun di lokasi dengan potensi panas bumi yang optimal.

Dalam sejarahnya, pengembangan teknologi ini telah dimulai sejak awal tahun 1900-an, yang berarti sudah lebih dari 100 tahun dan masih terus beroperasi. Hal ini menunjukkan bahwa panas bumi merupakan sumber energi yang berkelanjutan dan memiliki masa operasional yang panjang.

Di Amerika Serikat, PLTP pertama dibangun pada tahun 1962 di wilayah utara California, dan hingga saat ini pembangkit tersebut masih beroperasi.

Ini semakin menguatkan bukti bahwa pembangkit tenaga panas bumi memiliki umur operasional yang panjang dan dapat diandalkan dalam jangka waktu yang lama.

Fundamental Prinsip Pembangkitan Listrik dari Energi Panas Bumi

Pada dasarnya, proses pembangkitan listrik dari energi panas bumi melibatkan beberapa tahap konversi energi yang saling berkesinambungan. Geotermal memanfaatkan panas alami dari dalam perut bumi, yang sebagian besar bersumber dari proses peluruhan radioaktif di dalam kerak bumi.

Panas bumi ini digunakan untuk menghasilkan energi termal yang selanjutnya dapat dimanfaatkan untuk menguapkan fluida kerja (biasanya berupa air atau campuran fluida khusus). Uap bertekanan yang dihasilkan ini berfungsi sebagai sumber energi kinetik.

Uap bertekanan tinggi tersebut diarahkan untuk memutar turbin. Gerakan putar dari turbin ini mengubah energi kinetik menjadi energi mekanik. Turbin yang berputar kemudian menggerakkan rotor pada generator, yang akhirnya menghasilkan listrik.

Proses ini relatif sederhana namun memerlukan desain sistem yang tepat agar setiap tahapan konversi energi berlangsung dengan efisien.

Proses Pembangkitan Listrik dari Reservoir Geotermal

Diagram proses pembangkitan listrik dari reservoir hingga memproduksi listrik.

Sistem pembangkitan listrik dari energi geotermal diawali dengan keberadaan reservoir geotermal, yaitu sumber panas bumi yang kaya akan energi termal. Energi termal dari panas bumi ini menyebabkan air di sekitar reservoir berubah menjadi uap bertekanan tinggi.

Selanjutnya, energi kinetik dari uap bertekanan ini dimanfaatkan untuk memutar turbin yang menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik dari putaran turbin diteruskan ke rotor generator untuk menghasilkan listrik.

Dalam siklus ini, panas bumi yang dihasilkan secara alami menjadi sumber utama yang menggerakkan keseluruhan sistem konversi energi, mengubah panas menjadi listrik dalam bentuk energi listrik yang siap digunakan.

Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi dan Teknologi yang Diterapkan

Kemiripan cara kerja Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi dengan PLTU bahan bakar batu bara.

Pada dasarnya, pembangkit listrik tenaga panas bumi memiliki prinsip kerja yang mirip dengan pembangkit listrik berbahan bakar fosil, seperti Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).

Perbedaannya adalah pada sumber panas yang digunakan. Di PLTU konvensional, uap dihasilkan dari boiler yang dipanaskan melalui pembakaran batu bara, sedangkan pada pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP), uap dihasilkan secara langsung dari sumur produksi geotermal.

Uap panas ini digunakan untuk menggerakkan turbin, yang pada akhirnya memutar generator dan menghasilkan listrik.

Uap yang telah melewati turbin kemudian dikondensasikan kembali. Pada PLTP, uap yang telah terkondensasi diinjeksikan kembali ke dalam tanah, sedangkan di PLTU, uap ini akan kembali ke boiler untuk dipanaskan ulang.

Prinsip kerja ini cukup sederhana dan mudah dipahami dengan mengenal komponen-komponen utamanya.

Klasifikasi dan Teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

Berdasarkan suhu reservoir, PLTP diklasifikasikan ke dalam beberapa kategori:

1. Sistem Bertemperatur Rendah: Reservoir mengandung fluida dengan suhu di bawah 125°C.
2. Sistem Bertemperatur Sedang: Suhu fluida berkisar antara 125–225°C.
3. Sistem Bertemperatur Tinggi: Reservoir mengandung fluida dengan suhu di atas 225°C.

Selain klasifikasi berdasarkan suhu, ada beberapa teknologi utama dalam PLTP, antara lain:

1. Dry Steam Power Plant

Pada jenis ini, uap panas bertekanan dihasilkan langsung dari reservoir geotermal dan digunakan untuk menggerakkan turbin. Uap ini mengalir langsung ke turbin dan memutar sudu-sudu turbin, yang kemudian memutar generator untuk menghasilkan listrik.

Setelah itu, uap terkondensasi dan diinjeksi kembali ke dalam tanah. Teknologi ini merupakan sistem paling sederhana dalam pembangkit listrik tenaga panas bumi dan banyak diterapkan di California, Amerika Serikat.

2. Flash Steam Power Plant

Pada flash steam power plant, fluida yang keluar dari reservoir adalah air panas bertekanan. Air panas ini kemudian dipisahkan menjadi uap dan cairan di dalam flash tank.

Uap hasil pemisahan ini digunakan untuk memutar turbin, sementara cairan yang tersisa dapat diinjeksi kembali ke dalam tanah atau diolah lebih lanjut.

Teknologi flash steam ini memungkinkan pemanfaatan air panas pada suhu menengah hingga tinggi. Sekitar sepertiga pembangkit geotermal di California menggunakan teknologi ini dan beberap lainnya ada di Nevada, serta negara Asia seperti Jepang.

3. Binary Cycle Power Plant

Diagram proses PLTP tipe Air Cooled Binary (biner berpendingin udara) dan Two-Phase Binary (biner dua fase).

Binary cycle power plant memanfaatkan fluida kerja (working fluid) dengan titik didih yang lebih rendah dibandingkan air, seperti isobutana atau pentafluoropropan.

Panas dari air panas geotermal dipindahkan ke fluida kerja melalui penukar panas (heat exchanger), yang kemudian menguap dan memutar turbin.

Sistem ini sangat efisien untuk sumber energi geothermal dengan suhu rendah hingga sedang, karena memungkinkan penggunaan sumber panas yang tidak cukup tinggi untuk memproduksi uap secara langsung.

Binary cycle plant juga digunakan di Nevada, Amerika Serikat. Sementara itu, di Thailand juga tidak ketinggalan untuk menerapkan teknologi ini, namun dengan skala yang lebih kecil.

4. Hybrid Power Plant

Diagram proses Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi Combine Cycle (hybrid) - Ormat Technologies.

Hybrid power plant menggabungkan dua atau lebih teknologi pembangkit listrik untuk meningkatkan efisiensi. Sebagai contoh, di Hawaii, sistem ini mengombinasikan teknologi flash steam dan binary cycle.

Uap panas digunakan langsung untuk memutar turbin utama, sementara air yang tersisa dari proses pemisahan uap dan air dipanaskan ulang dalam heat exchanger untuk menghasilkan uap tambahan yang menggerakkan turbin kedua.

Sistem hybrid memungkinkan pemanfaatan geothermal secara lebih optimal.

Salah satu contoh dari penerapan teknologi ini adalah geothermal power plant di Pulau Hawaii yang dikembangkan oleh Ormat Technologies.

Stabilitas Operasional pada PLTP

Salah satu aspek penting dalam pembangkit listrik adalah menjaga stabilitas putaran turbin agar generator menghasilkan listrik dengan frekuensi yang konsisten, biasanya pada 50 atau 60 Hz. Hal ini dicapai melalui pengaturan kontrol yang tepat pada turbin.

Pemeliharaan Reservoir Panas Bumi

Untuk menjaga keberlanjutan sumber energi, air yang telah terkondensasi setelah digunakan akan diinjeksi kembali ke dalam reservoir geothermal. Proses ini membantu memperpanjang masa pakai reservoir dan menjaga keberlanjutan pembangkitan energi.

Pengembangan Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) di Indonesia

Lapangan Panas Bumi di Indonesia

1. Salak Geothermal Field

Gambaran proses pembangunan PLTP Salak yang mulai beroperasi pada tahun 1994.

LTP unit 4, 5, dan 6 dikembangkan oleh unit lokal, sedangkan unit 1, 2, dan 3 sebelumnya dikelola oleh PT Indonesia Power (PLN). Pada saat itu, pengelola berperan dalam menyuplai uap untuk kebutuhan operasional.

Antara tahun 2006 hingga 2008, pengelolaan PLTP Salak diakuisisi oleh Chevron. Dengan akuisisi ini, unit 1, 2, 3, serta 4 dan 5 telah sepenuhnya berada di bawah pengelolaan Geothermal Salak, yang terus berkembang sejak awal operasionalnya pada tahun 1994 hingga saat ini.

2. Darajat Geothermal Field

Terdapat PLTP unit 1 yang dikelola oleh PT Indonesia Power (PTIP).

Di sini, mereka bertanggung jawab untuk menyuplai uap ke unit 1, sementara di unit 2 dan 3, berfokus pada pembangkit listrik.

Proses yang dijalankan dimulai dari penyediaan uap hingga pengoperasian generator yang membangkitkan listrik. Hasil listrik yang dihasilkan dari PLTP ini mencapai 150 kV dan disalurkan ke jaringan listrik di kawasan Jawa-Bali.

3. Wayang Windu Geothermal Field

Lapangan panas bumi Wayang Windu

Saat ini, di lokasi ini telah beroperasi dua unit pembangkit, yaitu unit 1 dengan kapasitas 100 MW dan unit 2 dengan kapasitas 110 MW. Pengembangan lapangan ini telah berlangsung cukup lama dan menunjukkan kemajuan yang signifikan.

Ke depan, PLTP Wayang Windu berencana untuk mengembangkan unit 3. Proyek ini direncanakan akan dilaksanakan dalam beberapa tahun mendatang, yang tentunya akan semakin memperkuat kontribusi lapangan ini dalam memenuhi kebutuhan energi.

Pipa Distribusi

Jaringan pipa distribusi di lapangan panas bumi Wayang Windu.

Dalam sistem pipanisasi di lapangan, kita dapat melihat proses yang dimulai dari kepala sumur. Terdapat dua fase pipa di sini; fase pertama mengalirkan air panas dan steam. Setelah itu, fluida ini dialirkan ke separator, di mana steam dan air panas dipisahkan.

Steam yang dihasilkan akan diteruskan ke pembangkit listrik, sedangkan air panas akan diinjeksikan kembali ke sumur-sumur injeksi dan ditampung di termal plant.

Selanjutnya, steam yang sudah terpisah akan dialirkan melalui pipeline menuju PLTP. Uap ini berfungsi untuk membangkitkan listrik tenaga panas bumi dengan cara menggerakkan turbin yang terhubung ke generator. 

Sebelum mencapai PLTP, steam tersebut melewati scrubber. Fungsi scrubber adalah untuk menghilangkan partikel-partikel kecil yang mungkin terbawa dari sumur, mencegahnya sampai ke PLTP.

Partikel-partikel ini, yang lebih kecil dari pasir, dapat menyebabkan korosi pada sudu-sudu turbin. Oleh karena itu, scrubber berperan penting dalam menjaga kualitas steam yang masuk ke unit PLTP di lapangan, memastikan hanya steam murni yang digunakan dalam proses pembangkitan.

Fasilitas produksi panas bumi Salak Geothermal.

Di sini, steam dan air panas (hot water) diolah dengan menggunakan pompa brine untuk mengalirkan air panas ke sumber-sumber injeksi. Selanjutnya, steam yang dihasilkan akan dialihkan ke scrubber, yang digunakan untuk unit 4, 5, dan 6.

Proses ini bertujuan untuk memastikan bahwa steam yang masuk ke PLTP dan kemudian ke turbin generator adalah steam yang murni dan bersih.

Dengan pengolahan ini, efisiensi pembangkitan listrik dapat dimaksimalkan dan meminimalkan risiko kerusakan pada peralatan. Proses yang hati-hati ini adalah langkah penting untuk menjaga kualitas sumber daya geotermal.

Gambaran Proses yang Terjadi Pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

1. Ilustrasi Darajat Geothermal Power Plant

Alur proses yang terjadi dalam sistem pada Darajat Geothermal Power Plant.

Pertama, steam yang ditunjukkan dengan warna merah pada gambar akan mengalir ke scrubber unit terakhir. Setelah melewati scrubber, steam akan dibagi menjadi dua aliran, yaitu ke valve di sisi kiri dan kanan menuju turbin.

Di turbin, steam akan menggerakkan turbin pada kecepatan 3000 RPM, menghasilkan listrik setelah terhubung dengan generator, yang dapat menghasilkan daya sekitar 100 MW. Setelah digunakan untuk memutar turbin, steam akan dialirkan langsung ke direct contact condenser.

Di condenser ini, steam akan disemprotkan dengan air, mengubahnya menjadi butiran-butiran air yang disebut kondensat. 

Kondensat yang masih panas ini kemudian akan dipompa oleh dua pompa air (hot well pump) menuju puncak cooling tower.

Di cooling tower, air akan disemprotkan dan melewati kisi-kisi, di mana ada kipas yang berfungsi untuk mempercepat penguapan dan membuang partikel-partikel kecil yang mungkin terikut. 

Proses pendinginan air terjadi di cooling tower, di mana suhu air awal yang mencapai 240 °C akan turun menjadi sekitar 30-35 °C.

Setelah proses pendinginan selesai, air tersebut akan dipompa ke sumur-sumur injeksi, baik melalui pompa maupun dengan memanfaatkan gravitasi, tergantung pada perbedaan ketinggian.

2. Geothermal Power Plant Cycle (Star Energy Geothermal)

Proses konversi energi geothermal di Star Energy Geothermal.

Proses konversi energi geothermal dimulai dari steam yang dihasilkan di lapangan panas bumi. Steam ini kemudian mengalir ke separator, di mana akan dipisahkan.

Setelah proses pemisahan, steam yang telah diproses akan melanjutkan perjalanan ke scrubber, sebelum akhirnya mencapai pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP). 

Pada gambar, steam ditandai dengan warna merah, sementara kondensat ditandai dengan warna oranye. Kondensat ini adalah hasil dari steam yang tidak digunakan di separator dan akan diinjeksikan kembali ke dalam sumur-sumur injeksi.

Kalkulasi Energi dan Pengaturan Distribusi Tenaga Listrik

Kalkulasi Energi Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

Proses high enthalpy dalam pembangkit listrik geothermal.

Setelah steam masuk ke turbin, pada titik pertama, steam tersebut akan mengalami penurunan suhu, yang mengakibatkan penurunan entropi. Setelah memutar turbin, steam akan mencapai titik kedua, di mana proses konversi energi geothermal berlangsung.

Energi geothermal merupakan energi panas yang diubah menjadi energi gerak ketika turbin berputar. Gerakan turbin ini kemudian dihubungkan (coupled) dengan generator untuk menghasilkan listrik.

Hasil akhir dari proses ini adalah listrik, dan dalam contoh ini, dihasilkan 75 megawatt dari salah satu turbin di lapangan geothermal.

Sebagai ilustrasi, perhitungan hingga menjadi energi listrik menghasilkan daya sebesar 75 MW. Proses ini menunjukkan bagaimana energi panas bumi dapat dimanfaatkan secara efektif.

Pengaturan dan Distribusi Sistem Tenaga Listrik kepada Konsumen

Skema dari masing-masing Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) menunjukkan bagaimana energi dibangkitkan.

PLTP ini beroperasi bersama dengan berbagai sumber energi lain, seperti Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG), serta Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Energi yang dihasilkan oleh PLTP dialirkan ke switch gear yang ada di lapangan.

Setelah itu, energi ini dinaikkan oleh transformator dari tegangan 150 kV menjadi 500 kV melalui jaringan Saluran Tegangan Tinggi (SUTET). Dari SUTET, listrik disalurkan ke gardu induk.

Dari gardu induk, aliran listrik dapat langsung disuplai ke industri, pabrik, atau ke pemukiman. Untuk kebutuhan pemukiman, tegangan tinggi ini akan diturunkan menjadi 20 kV, kemudian diubah lagi menjadi 6,3 kV, dan akhirnya disalurkan ke rumah-rumah dengan tegangan 220 volt.

Listrik yang kita gunakan sehari-hari adalah hasil turunan dari sekian ribu kV yang diproses hingga menjadi 220 volt di rumah.

Semua pasokan listrik ini diatur oleh PLN PJB (Pembangkit Jawa-Bali), yang bertanggung jawab atas distribusi energi, terutama di wilayah Jawa dan Bali. PLN PJB memastikan bahwa energi dari PLTP dapat disuplai ke pemukiman dan industri. 

Perlu dicatat bahwa PLN adalah satu-satunya pembeli listrik di Indonesia. Meskipun terdapat banyak PLTP yang dikelola oleh pihak swasta, seluruh listrik yang dihasilkan akan dibeli oleh PLN. Dengan demikian, pengelolaan sektor ini tetap berada di bawah kendali negara.

Efisiensi Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi dan Perbandingannya dengan Energi Terbarukan Lainnya

Menurut data dari International Geothermal Association (IGA), total energi panas yang dihasilkan dari 94 pembangkit listrik panas bumi di seluruh dunia menunjukkan bahwa rata-rata efisiensi konversi energi pada pembangkit listrik panas bumi adalah sekitar 12%.

Angka ini lebih rendah dibandingkan efisiensi konversi pada pembangkit listrik termal konvensional. Efisiensi konversi pada pembangkit listrik panas bumi bervariasi, berkisar dari 1% untuk beberapa sistem biner hingga mencapai 21% pada beberapa pembangkit uap kering.

Variasi efisiensi ini dipengaruhi oleh entalpi reservoir geothermal, dengan jenis pembangkit yang meliputi sistem uap kering, flash tunggal, flash ganda, hingga sistem biner.

Perbandingan Efisiensi dengan Pembangkit Listrik Hidroelektrik dan Tenaga Surya

Hidroelektrik, atau Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), sering dianggap sebagai salah satu sumber energi yang paling stabil dan fleksibel.

Selain efisien, pembangkit listrik tenaga air memiliki biaya operasional dan pemeliharaan yang rendah setelah konstruksi selesai, serta mampu mencapai efisiensi hingga 95% dalam menghasilkan energi.

Sebagai perbandingan, sumber energi terbarukan lain yaitu energi surya untuk membangkitkan listrik memiliki efisiensi konversi yang lebih rendah, yaitu sekitar 15%.

Sekian dari kami tentang cara kerja Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi dan gambaran utama mengenai teknologi, klasifikasi, serta skema yang diterapkan. Semoga informasi ini memberikan nilai positif kepada pembaca. Akhir kata dari kami, terima kasih.