OPTIMASI ENERGI PENGEREMAN REGENERATIF PADA KERETA REL LISTRIK LINTAS JATINEGARA-BEKASI DENGAN PENJADWALAN BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM OPTIMIZATION DAN GENETIC ALGORITHM TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh DULI RIDLO ISTRIANTONO NIM: 23122013 (Program Studi Magister Teknik Mesin) PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Juli 2024 i ABSTRAK OPTIMASI ENERGI PENGEREMAN REGENERATIF PADA KERETA REL LISTRIK LINTAS JATINEGARA-BEKASI DENGAN PENJADWALAN BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM OPTIMIZATION DAN GENETIC ALGORITHM Oleh Duli Ridlo Istriantono NIM: 23122013 (Program Studi Magister Teknik Mesin) Konsumsi energi pada transportasi kereta api meningkat seiring dengan penambahan armada dan frekuensi perjalanan. Proyeksi NZE2050 memprediksi bahwa lebih dari 60% kendaraan bermotor akan beralih menjadi kendaraan listrik pada tahun 2030, dengan konsumsi energi listrik menyumbang hampir separuh dari total konsumsi energi pada tahun 2050. Kereta Rel Listrik (KRL) lintas Jatinegara- Bekasi, dengan frekuensi perjalanan tinggi, memiliki potensi besar untuk memanfaatkan energi pengereman regeneratif, dengan konsumsi energi traksi dapat mencapai 27 GWh per tahun. Penelitian ini bertujuan untuk mengoptimalkan pemanfaatan energi pengereman regeneratif pada penjadwalan operasional KRL Jatinegara-Bekasi menggunakan algoritma Particle Swarm Optimization (PSO) dan Genetic Algorithm (GA). Model konsumsi energi berdasarkan penjadwalan operasional KRL dikembangkan dan divalidasi dengan membandingkan hasil perhitungan konsumsi energi terhadap data aktual. Selanjutnya, model ini digunakan untuk mengoptimalkan konsumsi energi dengan algoritma PSO dan GA. Optimasi dilakukan dengan beberapa skema, mempertimbangkan waktu tunggu dan waktu headway. Dengan memasukkan waktu sibuk (on-peak) dan tidak sibuk (off-peak) sebagai variabel pengambilan keputusan, hasil optimasi menunjukkan peningkatan efisiensi energi sebesar 8,49%. Pada kasus dengan frekuensi perjalanan tinggi, variabel waktu headway terbukti memiliki potensi besar dalam meningkatkan efisiensi energi. Hasil optimasi juga menunjukkan efisiensi biaya sebesar Rp 1.109.123.014,- per tahun. Penelitian ini memberikan wawasan penting dalam pemanfaatan energi regeneratif dan strategi transportasi berkelanjutan untuk operasional KRL di Indonesia. Kata Kunci: pengereman regeneratif, kereta rel listrik, penjadwalan, optimasi, efisiensi energi. ii ABSTRACT REGENERATIVE BRAKING ENERGY OPTIMIZATION ON ELECTRIC MULTIPLE UNITS ON THE JATINEGARA-BEKASI LINE WITH TIMETABLING BASED ON PARTICLE SWARM OPTIMIZATION ALGORITHM AND GENETIC ALGORITHM Oleh Duli Ridlo Istriantono NIM: 23122013 ( Program in Mechanical Engineering) Energy consumption in rail transportation increases with fleet expansion and travel frequency. NZE2050 projections predict that more than 60% of motorized vehicles will switch to electric vehicles by 2030, with electric energy consumption accounting for nearly half of total energy consumption in 2050. The Jatinegara- Bekasi Electric Multiple Units (EMU) line, with its high travel frequency, has great potential to utilize regenerative braking energy, with traction energy consumption can reach 27 GWh per year. This research aims to optimize the utilization of regenerative braking energy on the Jatinegara-Bekasi EMU operational scheduling using Particle Swarm Optimization (PSO) and Genetic Algorithm (GA) algorithms. An energy consumption model based on EMU operational timetabling is developed and validated by comparing the results of energy consumption calculations against actual data. Furthermore, this model is used to optimize energy consumption with PSO and GA algorithms. Optimization is done with several schemes, considering dwelling and headway times. By including on-peak and off-peak times as decision-making variables, the optimization results show an increase in energy efficiency of 8.49%. In cases with high travel frequency, the headway time variable proved to have great potential in improving energy efficiency. The optimization results also showed a cost efficiency of Rp 1,109,123,014 per year. This research provides important insights into regenerative energy utilization and sustainable transportation strategies for EMU operations in Indonesia. Keywords: regenerative braking, electric multiple units, timetabling, optimization, energy efficiency. iii HALAMAN PENGESAHAN OPTIMASI ENERGI PENGEREMAN REGENERATIF PADA KERETA REL LISTRIK LINTAS JATINEGARA-BEKASI DENGAN PENJADWALAN BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM OPTIMIZATION DAN GENETIC ALGORITHM Oleh Duli Ridlo Istriantono NIM: 23122013 (Program Studi Magister Teknik Mesin) Institut Teknologi Bandung Menyetujui Tim Pembimbing Tanggal 18 Juli 2024 Ketua Anggota Yunendar Aryo Handoko, S.T., Ph.D. Yohanes Bimo Dwianto, S.T., M.T., Ph.D. iv PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis Magister yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada penulis dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kaidah ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Sitasi hasil penelitian Tesis ini dapat ditulis dalam bahasa Indonesia sebagai berikut: Istriantono, D.R. (2024): Optimasi Energi Pengereman Regeneratif pada Kereta Rel Listrik Lintas Jatinegara-Bekasi dengan Penjadwalan Berbasis Algoritma Particle Swarm Optimization dan Genetic Algorithm, Tesis Program Magister, Institut Teknologi Bandung. dan dalam bahasa Inggris sebagai berikut: Istriantono, D.R. (2024): Regenerative Braking Energy Optimization on Electric Multiple Units on The Jatinegara-Bekasi Line with Timetabling Based on Particle Swarm Optimization Algorithm and Genetic Algorithm, Thesis, Institut Teknologi Bandung. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. v HALAMAN PERUNTUKAN Yang Maha Sempurna dan bergantung kepada-Nya segala sesuatu. Untuk kedua orang tua dan kakak-kakak tercinta, tanpa kalian, saya tidak akan menjadi seperti sekarang. Terima kasih atas doa, kasih sayang, dan dukungan yang tiada henti, yang selalu memberikan kekuatan dan inspirasi dalam setiap langkah perjuangan. Untuk Bang Irwan, Mas Fatoni, Mas Angga Nur, Mas Yusuf, Mas Rachmad, serta seluruh rekan-rekan magister KAI-ITB angkatan 2022, terima kasih atas perjuangan dan dukungan kalian selama masa kuliah. Semoga semangat kebersamaan selalu membawa kesuksesan di masa mendatang. Kepada PT Kereta Api Indonesia (Persero) beserta seluruh jajaran manajemen, yang telah memberikan dukungan finansial dari awal perkuliahan hingga saya dapat menyelesaikan penelitian ini, saya menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya. Semoga karya ini dapat memberikan manfaat dan menjadi bagian kecil dari upaya kita bersama dalam mencapai ridho Allah . Man Jadda Wajada, Siapa yang bersungguh-sungguh, maka ia akan berhasil. Man Shabara Zhafira, Siapa yang bersabar, maka ia akan beruntung. Man Saara Alad Darbi Washala, Siapa yang berjalan pada jalannya, maka ia akan sampai (pada tujuannya). vi KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah S , karena atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul Optimasi Energi Pengereman Regeneratif pada Kereta Rel Listrik Lintas Jatinegara-Bekasi dengan Penjadwalan Berbasis Algoritma Particle Swarm Optimization dan Genetic Algorithm. Penulis menyadari bahwa penyelesaian tesis ini melibatkan banyak pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Orang tua dan keluarga, yang senantiasa memberikan dukungan tanpa henti selama proses studi pascasarjana di Institut Teknologi Bandung; 2. Bapak Yunendar Aryo Handoko, S.T., Ph.D., selaku Pembimbing 1, dan Bapak Yohanes Bimo Dwianto, S.T., M.T., Ph.D., selaku Pembimbing 2, yang telah memberikan kesempatan, pengetahuan, bimbingan, dan saran berharga selama penyusunan tesis ini; 3. Manajemen dan seluruh karyawan PT Kereta Api Indonesia (Persero) serta PT KAI Commuter yang telah memberikan bantuan dan dukungan data dalam pengerjaan tesis ini; 4. Seluruh dosen, asisten dosen, dan staf administrasi Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung atas ilmu pengetahuan dan bantuan yang telah diberikan selama penulis melakukan studi; 5. Seluruh pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini, yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada para pembaca yang telah meluangkan waktu untuk membaca tesis ini. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan untuk perbaikan di masa mendatang. Bandung, 18 Juli 2024 Duli Ridlo Istriantono vii DAFTAR ISI ABSTRAK ............................................................................................................... i ABSTRACT .............................................................................................................. ii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ................................................................... iv HALAMAN PERUNTUKAN ................................................................................ v KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI ............................................................... x DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ...................................................... xiii BAB I. Pendahuluan ............................................................................................... 1 I.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1 I.2 Masalah Penelitian ................................................................................. 3 I.3 Tujuan Penelitian ................................................................................... 4 I.4 Metodologi Penelitian ............................................................................ 4 I.5 Lingkup Permasalahan ........................................................................... 5 I.6 Sistematika Penulisan ............................................................................ 6 BAB II. Tinjauan Pustaka ....................................................................................... 8 II.1 Kereta Rel Listrik (KRL) ....................................................................... 8 II.2 Pengereman Regeneratif ...................................................................... 12 II.3 Metode Pemanfaatan Energi Pengereman Regeneratif ........................ 13 II.3.1 Penjadwalan ...................................................................... 13 II.3.2 Sistem Penyimpanan Energi ............................................. 15 II.3.3 Reversible Substation ........................................................ 17 II.4 Grafik Perjalanan Kereta Api ............................................................... 19 II.5 Profil Kecepatan ................................................................................... 19 II.6 Metode Optimasi .................................................................................. 20 II.7 Particle Swarm Optimization ............................................................... 23 II.8 Genetic Algorithm ................................................................................ 28 II.9 Penelitian yang Relevan ....................................................................... 32 BAB III. Pemodelan dan Simulasi ........................................................................ 36 III.1 Pengumpulan Data ............................................................................... 37 III.1.1 Spesifikasi Teknis KRL .................................................... 37 III.1.2 Profil Kecepatan KRL ....................................................... 37 III.1.3 Data Gardu Traksi ............................................................. 41 III.1.4 Data Penumpang ............................................................... 41 III.1.5 Jadwal Operasi KRL ......................................................... 42 III.2 Pemodelan Konsumsi Energi ............................................................... 45 III.2.1 Asumsi Model ................................................................... 45 III.2.2 Notasi dalam Pemodelan ................................................... 46 III.2.3 Model Sistem .................................................................... 48 III.3 Validasi Pemodelan Konsumsi Energi .................................................