Pemodelan dan Optimisasi pada Sistem Pembangkitan Hybrid Diesel, Solar PV, dan Biomassa dengan Baterai pada Pulau Terisolasi TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh MUHAMMAD RIZAL FALFI NIM: 23222344 (Program Studi Magister Teknik Elektro) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Januari 2025 i ABSTRAK PEMODELAN DAN OPTIMISASI PADA SISTEM PEMBANGKITAN HYBRID DIESEL, SOLAR PV, DAN BIOMASSA DENGAN BATERAI PADA PULAU TERISOLASI Oleh Muhammad Rizal Falfi NIM: 23222344 (Program Studi Magister Teknik Elektro) Sistem hybrid adalah suatu sistem yang memiliki banyak gabungan pembangkit (thermal dan renewable energy). Lokasi peneilitian berada di Pulau Gili Ketapang yang terletak di Kecamatan Sumberasih, Kabupaten Probolinggo, Provinsi Jawa Timur. Kondisi eksisting pada Gili Ketapang kebutuhan listrik disuplai oleh sistem Pembangkit Listrik Tenaga Disel (PLTD). PLTD Gili Ketapang terdiri dari 2 mesin yaitu mesin CUMMINS II dan CUMMINS III dengan daya mampu masing-masing 525 kW yang dioperasikan secara bergiliran. Beban puncak maksimum yang pernah dialami oleh sistem Gili Ketapang adalah 474 kW pada tahun 2021. Secara rata-rata pada tahun 2024 untuk beban pada saat LWBP adalah 302 kW dan saat WBP adalah 373 kW. Sistem PLTD memiliki biaya operasional yang tinggi, ketergantungan logistik yang rumit, serta dampak lingkungan signifikan. Penelitian ini bertujuan untuk memberikan solusi di Gili Ketapang agar pemenuhan kebutuhan listrik dapat selalu tersedia dengan andal dan berkualitas dan dengan adanya system baru yang diterapkan dapat mengurangi biaya pembangkitan serta menciptakan energi yang ramah lingkungan. Melalui struktur mikrogrid, potensi pengembangan sistem pembangkit tenaga berbasis energi terbarukan, berbagai jenis penyimpanan, dan beban yang bervariasi diintegrasikan. PLTS sebagai energi baru terbarukan tentunya diharapkan mampu mengurangi biaya operasi PLTD dikkarena PLTS mendapatkan energi primer secara gratis. Namun PLTS memiliki kekurangan seperti energi baru terbarukan pada umumnya yaitu “intermitten”, dimana pada PLTS sendiri tidak dapat secara terus-menerus menyuplai sistem karena bergantung pada paparan sinar matahari. Walaupun PLTS juga dilengkapi dengan Battery Energy Storage System (BESS), namun kapasitas nya tidak dapat memenuhi kebutuhan listrik secara terus – menerus dalam jangka panjang. Diperlukan tambahan pembangkit ramah lingkungan lainnya yang sumber energinya melimbah di sekitar daerah terisolasi yakni, biomassa yang berbahan bakar sisa hasil panen jagung (maize stover). Diharapkan dengan adanya pembangkit ini dapat meningkatkan tingkat perekonomian warga sekitar. ii Tesis ini menyajikan penelitian optimasi tentang desain dan pengembangan sistem energi terbarukan hibrida untuk aplikasi mikrogrid di Gili Ketapang. Sistem ini menggabungkan teknologi solar PV, biomassa, dan baterai. Sebuah teknik optimasi Least Cost dengan aplikasi HOMER telah dilakukan untuk menentukan ukuran optimal dari sumber-sumber dalam sistem hibrida, dengan mempertimbangkan potensi sumber daya dan kebutuhan beban di Gili Ketapang. Evaluasi menunjukkan bahwa yang paling optimal adalah kapasitas PV sebesar 798 kW, Biomassa sebesar 343 kW dan baterai Lithium ion sebesar 3.400 kWh. Sedangkan secara biaya sistem hybrid yang terhubung ke jaringan yang optimal memperoleh NPC 167,26 milyar dan biaya pembangkitan (COE) sebesar Rp. 4.615/kWh. Dan secara dampak lingkungan, dengan sistem baru ini emisi gas CO2 mencapai 9.543 kg/tahun. Selain mendesain sistem yang dapat dikategorikan secara finansial paling optimal, dalam penelitian ini juga penulis melakukan analisis terkait sisi keteknisan dengan menggunakan aplikasi DIGSILENT Power Factory yakni mensimulasikan rugi- rugi yang ditimbulkan dan analisa kestabilan dalam kondisi tertentu, sehingga diharapkan dengan sistem baru ini selain layak dari sisi ekonomis juga layak dari sisi teknik. Dari hasil simulasi menunjukkan bahwa rugi-rugi setelah diterapkan system baru menjadi 2,11% (turun 78,92% dari susut bulan Desember 2024) Program ini penting karena dapat mengantisipasi pemadaman bergilir akibat kekurangan pasokan dan mengurangi biaya pembangkitan. Ini sejalan dengan program PLN, yang mendukung energi ramah lingkungan. Dan pemerintah daerah dan PT PLN dapat bekerja sama untuk mengelola sumber daya energi baru terbarukan secara terintegrasi. Kata kunci: Sistem Hybrid, Panel Surya, Diesel, Biomassa, Baterai iii ABSTRACT MODELING AND OPTIMIZATION OF HYBRID DIESEL, SOLAR AND BIOMASS WITH STORAGE POWER SYSTEM IN REMOTE ISLAND By Muhammad Rizal Falfi NIM: 23222344 (Master’s Program in Electrical Engineering) A hybrid system is a system that combines various power generation sources (thermal and renewable energy). The research is conducted on Gili Ketapang Island, located in Sumberasih Sub-district, Probolinggo Regency, East Java Province. The current condition in Gili Ketapang is that electricity demand is supplied by a Diesel Power Plant (PLTD) system. The PLTD in Gili Ketapang consists of two machines: CUMMINS II and CUMMINS III, each with a capacity of 525 kW, operated alternately. The maximum peak load recorded by the Gili Ketapang system was 474 kW in 2021. On average, in 2024, the load during the off-peak period (LWBP) is 302 kW, and during the peak period (WBP), it is 373 kW. The PLTD system has high operational costs, complex logistical dependencies, and significant environmental impacts. This research aims to provide a solution for Gili Ketapang to ensure reliable and high-quality electricity supply, reduce generation costs, and promote environmentally friendly energy through the implementation of a new system. Through a microgrid structure, the integration of renewable energy-based power generation systems, various types of storage, and diverse loads is explored. Solar PV, as a renewable energy source, is expected to reduce PLTD operational costs because solar PV obtains its primary energy source for free. However, like other renewable energy sources, solar PV has the drawback of being "intermittent," as it cannot continuously supply the system due to dependence on sunlight. Even though solar PV is complemented by a Battery Energy Storage System (BESS), its capacity cannot meet long-term continuous electricity demand. An additional environmentally friendly power generation source is needed, utilizing abundant local energy resources in isolated areas, such as biomass powered by maize stover (corn harvest residues). This biomass power plant is expected to improve the local economy. This thesis presents an optimization study on the design and development of a hybrid renewable energy system for microgrid applications in Gili Ketapang. The system integrates solar PV, biomass, and battery technologies. A Least Cost iv optimization technique using the HOMER software has been applied to determine the optimal sizing of the components in the hybrid system, considering the resource potential and load requirements in Gili Ketapang. The evaluation shows that the most optimal configuration includes 798 kW of PV capacity, 343 kW of biomass, and 3.400 kWh of lithium-ion battery storage. For the hybrid system connected to the grid, the optimal Net Present Cost (NPC) is IDR 167,26 billion, and the cost of electricity generation (COE) is IDR 4.615/kWh. From an environmental perspective, the new system emits 9.543 kg of CO2 per year. In addition to designing a financially optimal system, this study also includes technical analysis using DIGSILENT Power Factory to simulate power losses and stability under specific conditions. The goal is to ensure the system is technically feasible as well as economically viable. The simulation results indicate that power losses decrease to 2,11% after implementing the new system, a 78,92% reduction from the losses in December 2024. This program is crucial as it anticipates rolling blackouts due to supply shortages and reduces generation costs. It aligns with PLN's program to support environmentally friendly energy.