Penyimpanan Panas Tanah Dapat Menyelesaikan Tantangan Penyimpanan Energi Terbarukan

Penyimpanan Energi Skala Besar Diperlukan

Ada kebutuhan yang semakin meningkat untuk sistem baterai yang dapat menyimpan banyak daya selama beberapa jam atau hari. Hal ini disebabkan karena tenaga surya dan angin bersifat intermiten, berfluktuasi sepanjang hari dan dari hari ke hari.

Situasi menjadi lebih buruk di iklim dingin, karena biasanya ketika suhu sangat rendah konsumsi energi meningkat untuk memanaskan bangunan. Jadi, ketika langit berawan atau panel surya tertutup salju, itulah saat permintaan energi paling tinggi.

Menggunakan baterai lithium-ion seperti pada kendaraan listrik tidak mungkin menjadi solusi yang dapat diterapkan secara luas. Baterai tersebut terlalu mahal, tidak cukup tahan lama, dan mengonsumsi terlalu banyak bahan baku.

Itulah mengapa banyak kimia baterai alternatif telah dipertimbangkan untuk penyimpanan energi skala utilitas. Kami meninjau sebagian besar opsi ini dalam artikel kami “The Future Of Energy Storage – Utility-Scale Batteries Tech”, termasuk lithium-iron-phosphate, sodium-ion, redox-flow, iron-air, molten metal, nickel-hydrogen, sodium-sulfur, dll.

Semua baterai ini menyimpan energi dalam bentuk listrik dengan satu atau lain cara, biasanya melalui proses oksidasi dan reduksi logam.

Masalahnya adalah bahkan logam yang sangat umum seperti besi atau aluminium tetap memerlukan banyak penambangan. Jadi bagaimana jika kita menyimpan energi dalam bentuk lain?

Menyimpan Panas

Ada sejumlah opsi yang mengejutkan untuk menyimpan energi tanpa menggunakan listrik sebagai media penyimpanan. Kami meneliti lebih detail dalam “Non-Chemical Alternatives To Batteries For The Energy Transition”. Opsi-opsi ini meliputi:

• Udara terkompresi.
• Baterai gravitasi (batu, hidroponik pompa).
• Baterai panas.
• Roda gila.
• Surya termal.

Setiap opsi ini, baik baterai maupun non-baterai, memiliki kelebihan dan kekurangan. Solusi penyimpanan energi ideal akan memenuhi beberapa karakteristik:

• Tidak memerlukan logam dan bahan langka.
• Penyimpanan energi jangka panjang, idealnya dalam rentang beberapa minggu atau bulan.
• Biaya rendah.
• Mudah diskalakan tanpa batasan dari lokasi atau sumber daya yang tersedia.
• Dapat dikonversi kembali menjadi listrik dengan kerugian minimal.

Untuk 4/5 kriteria pertama, penyimpanan panas akan memenuhi kebutuhan. Kami mengeksplorasi beberapa teknologi “baterai panas” dalam artikel khusus kami “Heat Batteries Rapidly Maturing Without the Need for Mining Metals”.

Namun, bahkan solusi ini masih memerlukan beberapa proses manufaktur kapasitas penyimpanan, seperti silo terisolasi raksasa berisi pasir, atau balok karbon murni dipanaskan hingga 1500°C.

Peneliti dari Kaunas University of Technology (Lituania) kini mengeksplorasi kemungkinan lain, yaitu menyimpan energi langsung di dalam tanah di bawah bangunan, tanpa memerlukan manufaktur tambahan.

Mereka menerbitkan temuan mereka dalam edisi khusus jurnal Sustainability¹ dengan judul “Research on Increasing the Building’s Energy Efficiency by Using the Ground Beneath It for Thermo-Accumulation”.

Kapasitas Termal Tanah

Karena tanah mengandung campuran mineral dan air, mereka cenderung memiliki massa termal yang besar, yaitu jumlah energi dalam bentuk panas yang dapat mereka tampung untuk volume atau massa tertentu. Sifat tanah, seperti struktur fisik, kandungan bahan organik, tekstur, dan komposisi mineral, menentukan variasi termal tanah.

Akibatnya, tanah cenderung mempertahankan suhu yang lebih konstan di bawah kedalaman tertentu (biasanya 2-3 meter / 6,5-10 kaki), mencerminkan suhu rata-rata tahunan suatu daerah.

Sumber: MDPI

Prinsip inilah yang dimanfaatkan oleh pompa panas geotermal, yang mengambil panas yang disimpan oleh tanah pada musim panas untuk menghangatkan rumah pada musim dingin, alih-alih mencoba memompa panas dari udara permukaan yang jauh lebih dingin. Hal ini juga dapat bekerja secara terbalik di iklim panas, di mana tanah tetap lebih dingin pada siang hari dan musim panas dibandingkan udara permukaan. The same principles are also being deployed in geothermal greenhouses,

Mengukur Difusi Termal

Setup Eksperimental

Sedikit pengujian yang dilakukan menganalisis difusi termal pada beberapa lapisan tanah dan mengukurnya sepanjang tahun, memungkinkan pemahaman yang tepat tentang potensi tanah sebagai baterai termal praktis.

Jadi, penelitian membuat sebuah setup eksperimental dengan banyak pengukuran pada kedalaman yang berbeda. Mereka menambahkan resistansi listrik untuk kemudian mengukur difusi panas. Penelitian eksperimental tentang disipasi panas di tanah dimulai pada bulan Desember dan selesai pada bulan Juli.

Sumber: MDPI

Pengukuran eksperimental dibandingkan dengan simulasi digital difusi panas di tanah, keduanya memberikan hasil yang serupa, sehingga membuktikan validitas simulasi tersebut.

Sumber: MDPI

“Pengukuran selama setahun mengungkap pola musiman alami dalam suhu tanah dan memungkinkan kami mengidentifikasi beberapa tren. Kami menemukan bahwa bahkan penggunaan pasif dari volume tanah terisolasi di bawah sebuah bangunan dapat mengurangi kehilangan panas dan meningkatkan efisiensi energi.”

Prof. Ždankus – Professor at the Kaunas University of Technology

Penyimpanan Energi Air

Para peneliti sudah mengetahui bahwa kandungan air dalam tanah, serta ruang udara, secara dramatis memengaruhi kecepatan difusi termal di tanah dan massa termalnya. Seiring bertambahnya kedalaman, waktu akumulasi juga meningkat, memungkinkan tanah menyimpan panas lebih lambat dan untuk periode yang lebih lama.

Aktivitas air ditemukan menjadi faktor kunci dalam difusi panas di tanah, karena air dapat memindahkan panas antar lapisan tanah serta secara lateral.

Dalam satu percobaan, tanah dipanaskan hingga kelembaban mulai menguap – memicu perubahan fase di mana air cair menjadi uap. “Perubahan fase” dari air cair menjadi uap menyerap sejumlah besar panas, meningkatkan total kapasitas tanah untuk menyimpan panas sekaligus mengubah pola distribusinya.

“Perubahan fase dapat menjadi cara yang efisien untuk menyimpan panas. Jumlah energi yang jauh lebih tinggi dapat diisi ke dalam tanah.

Ketika uap bergerak melalui tanah, ia mendistribusikan panas ke area yang lebih luas. “Kami memperhatikan kenaikan suhu yang tajam di mana aliran uap mencapai. Ini berarti energi bergerak dan dapat dikendalikan.”

Prof. Ždankus – Professor at the Kaunas University of Technology

Aplikasi Praktis

Mengubah Setiap Lahan Menjadi Baterai

Karena setiap bangunan memiliki jejak yang signifikan, memanfaatkan tanah untuk stabilitas struktural dan penyimpanan panas tidak memerlukan upaya tambahan, terutama pada bangunan baru, dengan pertukaran panas dipasang selama konstruksi fondasi bangunan.

Hal yang sama dapat dikatakan untuk permukaan bangunan besar dengan beton atau aspal.

“Sistem semacam ini dapat membantu menyeimbangkan jaringan pemanas distrik atau mengurangi tekanan selama kelebihan beban jaringan listrik. Juga memungkinkan pemasangan akumulator termal untuk penggunaan individu – di bawah bangunan residensial, jalan, atau tempat parkir.”

Prof. Ždankus – Professor at the Kaunas University of Technology

Gagasan ini adalah menggunakan surplus daya selama jam-jam cerah dan hari-hari berangin, serta menghangatkan tanah seperti baterai panas raksasa. Jumlah energi tertinggi diperlukan untuk memanaskan tanah di sekitarnya pada awalnya.

Dalam setup eksperimental, dibutuhkan sekitar satu minggu aliran panas kontinu untuk mencapai keseimbangan stabil, di mana tidak ada lagi panas yang dapat ditambahkan ke tanah tanpa keluar.

Jaringan Terdesentralisasi & Panas

Keunggulan utama teknologi ini adalah dapat dengan mudah memanfaatkan sifat terdesentralisasi produksi tenaga surya, baik di lingkungan pedesaan maupun perkotaan.

Hal ini dapat menimbulkan masalah, karena jaringan tidak dirancang untuk menampung beban yang sangat berfluktuasi sepanjang hari pada titik konsumsi yang sebelumnya relatif stabil. Dalam hal ini, taman baterai memberikan sedikit bantuan, karena jaringan listrik masih memerlukan peningkatan untuk memberi daya pada baterai.

Sebaliknya, surplus produksi surya di suatu bangunan dapat dikirim secara lokal sebagai panas ke dalam tanah dan digunakan kembali pada malam hari atau setelah beberapa hari untuk menghangatkannya. Dengan cara ini, jaringan lokal tidak terbebani berlebih selama jam paling cerah.

Hal ini juga dapat berfungsi sebagian untuk pendinginan, dengan tanah mampu menyimpan dingin serta panas.

Penelitian Lebih Lanjut

Penilaian lebih mendalam tentang ekonomi sistem perlu dilakukan, mengintegrasikan harga peralatan yang digunakan dan biaya konstruksi, penghematan biaya pada peningkatan jaringan, serta berapa lama tanah dapat menyimpan panas secara ekonomis.

Sejauh ini tampaknya ini merupakan sistem yang lebih baik untuk menyeimbangkan permintaan energi dalam siklus siang-malam, atau selama beberapa hari, dibandingkan penyeimbangan multi-bulan dan musiman.

Hal lain yang perlu diselidiki sebelum penggunaan praktis teknologi ini diterapkan adalah bagaimana memanfaatkan solusi siap pakai yang sudah digunakan oleh industri geotermal.

“Tujuan langsung kami adalah mengintegrasikan solusi yang ada, seperti sumur bor, tiang pancang, dan teknologi pertukaran panas bawah tanah lainnya ke dalam sistem yang dapat menguntungkan baik sektor industri maupun residensial.”

Prof. Ždankus – Professor at the Kaunas University of Technology

Berinvestasi dalam Energi Geotermal

Sektor ini masih relatif kecil dibandingkan energi terbarukan lainnya dan berkembang cepat secara teknologi. Kami membahasnya lebih detail dalam “Geothermal Power: Green Energy That is Red-Hot”.

Ini berarti banyak startup paling maju di sektor ini masih terdaftar secara privat. Misalnya, energi geotermal closed-loop Eavor, geotermal superkritis Quaise, atau dana yang hanya dapat diakses oleh investor terakreditasi seperti Baseload Capital.

Ini juga berarti bahwa beberapa perusahaan geotermal maju, seperti Iceland Drilling, mungkin hanya merupakan bagian kecil dari perusahaan pengeboran minyak & gas yang jauh lebih besar (Archer Wells – ARCH.OL dalam kasus ini).

Namun, beberapa perusahaan terdaftar secara publik dan tersedia bagi investor ritel. Anda dapat berinvestasi di perusahaan terkait geotermal melalui banyak broker, dan Anda dapat menemukan rekomendasi kami untuk broker terbaik di situs ini di USA, Kanada, Australia, Inggris, dan banyak negara lainnya.

Jika Anda tidak tertarik memilih perusahaan tertentu, Anda juga dapat mempertimbangkan ETF seperti Shares Global Clean Energy ETF (ICLN), First Trust NASDAQ Clean Edge Green Energy Index Fund (QCLN), atau ALPS Clean Energy ETF (ACES) untuk memanfaatkan pertumbuhan sektor energi geotermal.

Perusahaan Geotermal

1. Ormat Technologies, Inc.

Ormat adalah pemilik dan operator geotermal terbesar di dunia. Perusahaan ini memiliki aset di AS, Kenya, Indonesia, dan Amerika Tengah + Karibia, dengan kapasitas 1,5 GW, atau 10% dari kapasitas pembangkit energi geotermal global, dengan tambahan 253 MW pada tahun 2024 saja.

Sumber: Ormat

Perusahaan menargetkan pertumbuhan kuat kapasitas produksi listrik, dengan banyak sumur eksplorasi baru yang sedang dibor, terutama di Nevada, Utah, dan California. Secara total, kapasitas produksi listrik diperkirakan mencapai 2,6-2,8 GW pada tahun 2028.

Sumber: Ormat

Ormat juga memasuki pasar penyimpanan energi, dengan 290 MW yang sudah beroperasi. Kapasitas penyimpanan tambahan sebesar 385 MW sedang dalam pengembangan, dengan potensi 2,9 GW dalam jangka panjang.

Sumber: Ormat

Ormat juga merupakan penyedia teknologi geotermal, memberikan keahliannya pada 74% proyek pembangkit biner, yang mentransfer panas dari tanah ke cairan lain; pembangkit biner mewakili 61% pasar energi geotermal global, yang berarti Ormat mengendalikan 45% pasar global.

Sumber: Ormat

Energi geotermal saat ini merupakan sektor yang tumbuh cepat, namun juga masih sangat konservatif karena kurangnya pemahaman teknologi ini di sebagian besar utilitas dan perusahaan industri.

Dalam hal ini, Ormat berada pada posisi yang baik untuk memanfaatkan permintaan yang meningkat, sekaligus menjadi salah satu pemain paling mapan di industri, serta menyediakan energi terbarukan baseload, sesuatu yang masih sulit dicapai oleh teknologi hijau lainnya.

Berita Terbaru tentang Ormat Technologies

Referensi Studi:

^{1. Tadas Zdankus , Sandeep Bandarwadkar, Juozas Vaiciunas, Gediminas Stelmokaitis, and Arnas Vaicaitis (2025). Penelitian tentang Peningkatan Efisiensi Energi Bangunan dengan Menggunakan Tanah di Bawahnya untuk Termo-Akumulasi. Integrasi Energi Terbarukan dan Aplikasi dalam Bangunan untuk Netralitas Karbon Edisi Kedua https://doi.org/10.3390/su17010262}