BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang dan Rumusan Masalah
1.1.1
Latar belakang
Sistem panasbumi (sistem geotermal) terbentuk atas sumber panas dan formasi geologi permukaan. Sistem ini melibatkan energi panas yang besar dan sering menjadi pusat perhatian untuk dikaji baik untuk menghindari bahayanya, menggali manfaatnya dan menjaga sustainibilitas sistem. Sistem geotermal meliputi struktur hidrogeologis, formasi batuan yang berpori dan ber-fracture serta melibatkan proses transfer panas dan transfer massa yang kompleks. Berbeda halnya dengan sistem cebakan hidrokarbon, sistem geotermal merupakan sistem yang sangat dinamis, bisa terjadi dalam beberapa tipe batuan dan biasanya tidak dikontrol secara stratigrafi. Sistem ini ditandai dengan adanya manifestasimanifestasi permukaan dan batuan-batuan yang mengalami alterasi.
Bagian paling penting dari sistem geotermal yang menjadi pokok perhatian banyak kalangan adalah reservoir geotermal. Bagian dari sistem geotermal ini merupakan daerah dimana sumber energi, proses transfer panas serta transfer massa berlangsung. Proses yang terjadi di dalam reservoir dan formasi batuan penyusun reservoir sangat mempengaruhi bentuk-bentuk manifestasi yang tampak
1
2
di permukaan. Reservoir geotermal, khususnya reservoir dari sistem hidrotermal merupakan daerah sistem geotermal yang dicari, dievaluasi dan dieksploitasi energi dan massa yang terkandung di dalamnya. Proses yang terjadi pada bagian ini sangat kompleks, baik proses fisis maupun proses kimia. Bagian ini tersusun atas formasi batuan dan melibatkan panas serta fluida di dalamnya.
Studi dan pemodelan reservoir geotermal saat ini terutama diperuntukkan dalam rekayasa eksploitasi energi geotermal. Dalam rekayasa eksploitasi energi geotermal, sangat penting untuk memiliki model dari suatu reservoir yang akan atau sedang dieksploitasi energi panasnya. Hal ini selain untuk memprediksikan future performance dari reservoir juga untuk menjaga sustainibilitas sistem geotermal tersebut agar dapat terus dimanfaatkan energinya. Studi saat ini terutama umumnya mengasumsikan bahwa reservoir geotermal sebagai sistem dengan satu fasa, dimana fluida yang terkandung dalam reservoir adalah seratus persen air/liquid. Pada kenyataannya, fluida yang terkandung hampir semuanya dua fasa baik itu liquid dominated dan vapor dominated. Agar pemodelan yang dibuat lebih mendekati keadaan sesungguhnya di lapangan, maka perlu suatu pendekatan lain dalam memodelkan reservoir geotermal. Final project ini disusun dalam upaya melakukan pemodelan reservoir geotermal sistem fluida dua fasa terutama liquid dominated. Pemodelan ditujukan untuk melihat karakteristik dan sifat fisis reservoir serta potensi energi yang terkandung.
3
1.1.2
Rumusan masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, rumusan masalah yang penulis ajukan adalah bagaimana pemodelan reservoir geotermal sistem dua fasa menggunakan metode finite difference dan bagaimana karakteristik reservoir geotermal sistem dua fasa.
1.2
Ruang Lingkup Kajian
Untuk menjawab rumusan masalah di atas, akan penulis kaji hal-hal berikut. 1. Sistem panasbumi (geothermal system). 2. Karakteristik reservoir geotermal sistem dua fasa. 3. Metode finite difference. 4. Pemodelan reservoir geotermal sistem dua fasa. 5. Perhitungan potensi energi reservoir geotermal sistem dua fasa.
1.3
Tujuan Penulisan
Tujuan yang hendak dicapai melalui penulisan laporan penelitian ini adalah untuk mengetahui bagaimana pemodelan reservoir geotermal sistem dua fasa menggunakan metode finite difference dan bagaimana distribusi nilai tekanan dan entalpi reservoir terhadap waktu serta perubahan dryness/kualitas uap reservoir.
1.4
Anggapan Dasar
Pada final project ini, pemodelan dilakukan dengan mengasumsikan bahwa fluida yang terkandung merupakan fluida dua fasa dengan saturasi liquid dominated. Fluida reservoir adalah fluida dua fasa pure liquid dan vapor. Perumusan
4
dilakukan dengan mengasumsikan bahwa proses kimia yang terjadi diabaikan. Proses utama yang terjadi di dalam reservoir geotermal melibatkan proses transfer massa dan transfer panas. Aliran fluida berupa aliran fluida dua fasa di dalam pori batuan dan memenuhi Hukum Darcy serta porositas batuan diasumsikan tetap.
Proses transfer panas yang terjadi terutama adalah konduksi dan konveksi, sedangkan adveksi dan radiasi diasumsikan dapat diabaikan. Proses yang terjadi memenuhi hukum termodinamika terutama mengenai kesetimbangan energi dan juga memenuhi kesetimbangan massa. Aliran fluida diasumsikan merupakan aliran dengan pergerakan fluida terutama ke atas dan ke samping. Reservoir diasumsikan dalam keadaan tertutup dimana tidak ada aliran fluida yang masuk maupun keluar. Pada reservoir ini, hanya ada aliran energi dari dinding-dinding batas reservoir terutama dinding horizontal bawah.
1.5
Hipotesis
Berdasarkan anggapan dasar di atas, maka dapat ditarik beberapa hipotesis. Dengan anggapan bahwa sistem reservoir merupakan sistem tertutup dimana tidak terjadi aliran massa yang masuk maupun keluar, proses yang terjadi hanyalah proses masuknya energi dari batas bawah reservoir. Dengan demikian, dapat dihipotesiskan bahwa tekanan di dalam reservoir akan kuasi statik terhadap waktu, perubahan hanya terjadi pada energi dan hal ini dapat digambarkan melalui perubahan nilai entalpi maupun temperatur. Dengan berubahnya nilai temperatur dan kuasi statiknya tekanan, maka akan terjadi perubahan nilai dryness atau
5
kualitas uap yang merupakan perbandingan antara uap yang terkandung pada fluida reservoir. Dengan naiknya temperatur dan kuasi statiknya tekanan terhadap waktu, dryness akan meningkat seiring perubahan waktu/time step.
1.6
Metode dan Teknik Pengumpulan Data
1.6.1
Metode
Metode yang dilakukan penulis adalah metode deskriptif-analitis. Semua kajian dilakukan dengan cara menganalisis secara teoritis dan matematis dengan mempergunakan konsep-konsep yang terkait dengan pokok bahasan. Penelitian ini dilakukan untuk memberikan gambaran secara deskriptif atas hasil upaya pemodelan reservoir geotermal sistem dua fasa berdasarkan aproksimasi yang dilakukan dan kajian teoritisnya. Beberapa data dan validasi terhadap hasil pemodelan yang diperlukan pada penelitian ini, diperoleh melalui studi literatur.
1.6.2
Teknik pengumpulan data
Teknik pengumpulan data dalam penelitian ini dilakukan dengan studi kepustakaan, Beberapa data dan validasi terhadap hasil pemodelan yang diperlukan pada penelitian ini, diperoleh dari beberapa literatur
1.7
Sistematika Penulisan
Laporan penelitian ini terdiri atas lima bab. Pada bab pertama, penulis memaparkan latar belakang permasalahan dilakukannya penelitian ini, serta tujuan
6
yang hendak dicapai melalui penelitian ini. Selain itu, pada bab ini juga dibahas mengenai anggapan dasar, hipotesis, metode penelitian, teknik pengumpulan data, serta sistematika pembahasan yang penulis gunakan dalam menulis laporan penelitian ini.
Selanjutnya pada bab kedua dijabarkan mengenai sistem panas bumi (geothermal system). Pembahasan mengenai sistem geotermal dilakukan dengan pendefinisian dari pengertian berkaitan dengan sistem geotermal. Kemudian dilanjutkan dengan pembahasan karakteristik sistem geotermal yang mencangkupi terbentuknya sistem geotermal, jenis-jenis serta klasifikasi sistem geotermal. Setelah itu, pada bab ini juga akan dilakukan pembahasan mengenai salah satu jenis sistem geotermal. Selanjutnya akan dibahas segala hal mengenai aliran fluida, karakteristik fluida, aliran fluida dua fasa, formulasi aliran dua fasa. Dan terakhir mengenai kesetimbangan energi dan bagaimana perhitungan potensi energi geotermal.
Pada bab ketiga, dibahas mengenai pemodelan yang mencangkupi formulasi model matematis serta aproksimasi yang digunakan. Selain itu, juga dibahas mengenai metode finite difference serta diskritisasi model matematis reservoir geotermal menggunakan metode finite difference.
7
Pada bab keempat berisi hasil pemodelan dan analisis yang dilakukan penulis pada penelitian ini. Pembuktian-pembuktian hipotesis, serta hasil pemecahan masalah dalam studi kasus yang penulis lakukan.
Bab lima, bab terakhir merupakan
simpulan dari pembuktian-pembuktian
hipotesis dan hasil pembahasan. Pada bab ini dikemukakan juga saran-saran bagaimana upaya pemodelan selanjutnya dilakukan untuk penelitian selanjutnya. Saran-saran ini akan ditulis berdasarkan hasil pembahasan yang telah diuraikan pada bab sebelumnya.
