TESIS
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Pulau Rote Merupakan daerah terpencil dan belum dialiri listrik oleh PLN serta apabila dialiri listrik oleh PLN maka akan sering terjadi pemadaman, sehingga energi terbarukan merupakan solusi untuk dapat mensupplai beban pada pulau tersebut.
Kapasitas kecepatan angin dengan rata-rata 3.5 m/s di pulau tersebut bisa memenuhi untuk dibangkitkan pembangkit listrik tenaga bayu.
Kapasitas kekuatan cahaya matahari di pulau rote pada pukul 12.00 mencapai 500 Wh/m2 , sehingga dapat dibangkitkan pembangkit listrik tenaga surya
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
• Merencanakan Pembangkit Hybrid ( WT dan PV ) untuk memenuhi daya didaerah terpencil dengan biaya yang murah, tetapi Realibilitinya terpenuhi.
Data beban fix per tahun sampai 20 tahun ke depan
Data angin per tahun sampai 20 tahun kedepan
Data solar insulation per tahun sampai 20 tahun ke depan
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Wind Turbind
PV Panel
Baterai
Inverter
Beban
DC AC
Heater
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
pemodelan wind turbin sangat penting untuk mendapatkankonfigurasi optimal dari energi yang terbarukan. Hasil wind turbintergantung pada kecepatan angin.
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Model matematika dari wind turbin sebagai berikut :
( )( ) ( )
( )
>
≤≤<≤
<
=
f
frWTrated
rcWTcw
c
WT
vtvvtvvNPvtvvNtvA
vtv
tP
)(0
.......2/1
)(03 ηηρ
ρ = berat jenis air (kg/m3);A= area sapuan dari rotor (m2);v(t)= kecepatan angin :ηw= efesiensi WT (%);ηc= efesiensi dari perubahan AC/DC,
diasumsikan 90%;vc= pemotongan dari kecepatan; vr = kecepatanrata-rata (m/s);v f = kecepatan menggulung (m/s);Prated = daya rata-rata dari turbin (kW);NWT = jumlah turbin
Solar Sel adalah sebuah sel photovoltaicterdiri komponen semikonduktor yang berfungsi mengkonversikan tenaga radiasimatahari secara langsung menjadi tenagalistrik. Dalam simulasi ini di desain untukperubahan dalam tiap jam dari PV dalammenghasilkan energi Listrik
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Model matematika dari PV
( ) ( )tINAtP nsPVppv ...η=
(W/m2) mataharisinar data:(t)nsI
panel PV darijumlah :PVN
)2(m panel PV dari area:pA
(%) energi konversi efisiensi:η
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Media penyimpanan/bateraidigunakan untuk menyimpansurplus energy listrik danmencatu energy listrik saat PV dan windturbin tidak mampumensupllai beban.
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Penyaluran dan penyerapan tenaga dari baterai selama periode waktu t-1 sampai t dapat digambarkan dalam persamaan berikut :
( ) ( )( ) ( )tPtCtC BATBB +−−= σ1.1
( )tCB
( )1−tCB
σ
Dimana :
:kapasitas yang tersedia dari baterai banks pada saat jam t
:kapasitas yang tersedia dari batteray banks pada saat jam (t-1)
:rata-rata dari discharge batteray bank, pada penelitian ini diasumsikansebesar 0.002
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Beberapa batasan harus ditentukan dibawah operasi baterai sebagai berikut :
≤minB
C ( )tCB maxBC≤Dimana :
minBC : Tingkat energi minimun tenaga yang diijinkan pada baterai
maxBC : Tingkat energi maksimum tenaga yang diijinkan pada baterai
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Model matematika mekanisme pengisian dan pengosongan baterai sebagai berikut :
( ) ( ) ( )tPtPtP PVWTG += .
( )tPG : Daya Generasi pengisian dan pengosongan
• Dalam penelitian ini fungsi obyektif yang akan dicari adalah biaya tahunan dari sistem ( Annual Cost Of System ) / ACS
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
ACS = ACC + ARC + AOM + ADC
• Modal dari tiap unit yang tidak memerlukan penggantian selamanya
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
ACC = Ccap. CRF ( I,Yproject )
Dimana:Ccap : adalah capital cost setiap komponen (US$). Yproject : adalah umur proyek (tahun). CRF (Capital Recovery Factor) : adalah rasio untuk menghitung nilai pada saat
ini dari sederet aliran dana tahunan.
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
CRF (i, Yproject ) = ( )( ) 11
1−+
+projectY
projectY
iii
Dimana : i = rata – rata bunga tahunan
( )( )f
fii+−
=1
'
Dimanai’ : adalah bunga pinjaman, (%). f : adalah rata-rata inflasi tahunan, (%).
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
• Biaya operasional dan Perawatan tahunan merupakan fungsi dari biaya modal, kehandalan komponen dan juga umur dari komponen.
AOM dapat dihitung sebagai berikut :
AOM = ( ) yCcap /1 λ−
λ : Effisiensi masing – masing komponen 98 %
y : Waktu project berlangsung dalam tahun
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
• Merupakan biaya yang digunakan untuk penggantian komponen dan unit selama project berlangsung.
ARC dapat dihitung sebagai berikut :
: biaya penggantian unit ( US$)
: usia dari unit
ARC = Crep.SFF (i, Yrep )
Crep
Yrep
SFF : Faktor penurunan sebuah rasio untuk memperkirakan nilai dimasa datang dari dari sederet persamaan aliran dana tahunan.
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
SFF dapat dihitung sebagai berikut :
SFF(i, Yrep) = ( ) 11
1−+ repYi
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
ADC merupakan biaya yang disebabkan karena sistem ini tidak mampu memenuhi permintaan beban, dihitung per kWh yang tidak dapat dipenuhi sistem.
ADC = daya yang tidak dipenuhi x biaya denda
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Merupakan algoritma yang digunakan untukmemecahkan suatu pencarian nilai dalam sebuahmasalah optimasi yang didasarkan pada prosesgenetika yang ada dalam makhluk hidup yaituperkembangan generasi dalam sebuah populasiyang alami.
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Komponen GA
Inisialisasi populasiPengkodean kromosomNilai fitnesseleksiPindah silangMutasi
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Inisialisasi Populasi•Dalam proses inisialisasi populasi ini, suatumatriks berukuran jumlah_populasi *jumlah_gen dibangkitkan dengan memiliki nilaipada setiap elemennya berupa bilangan acakantara 0 dan 1.
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Pengkodean Kromosom•Kromosom merupakan bagian dari keseluruhanpopulasi yang mewakili sebuah individu.•Pada masalah ini kromosom yang dimaksudadalah jumlah windturbin, jumlah PV dan jumlahbaterai.
NWT Npv NBAT
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Nilai Fitnes•Merupakan nilai yang menyatakan baiktidaknya suatu solusi/ individu.•Pada penelitian ini nilai yang dicari adalah nilaiminimalisasi maka fungsi yang digunakanadalah fungsi objective yang merupakan nilaiACS.
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Seleksi• Seleksi dilakukan untuk mendapatkan duakromosom dengan nilai fitness terbaik yangakan digunakan untuk proses pindah silang.
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Pindah Silang•Pindah Silang adalah operator dari algoritmagenetika yang melibatkan dua induk untukmembentuk kromosom baru.•Probabilitas pindah silang yang sering digunakanpada umumnya berkisar 0.6 sampai 0.95 dan padapenelitian ini yang digunakan adalah 0.8
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Mutasi•Operator mutasi digunakan untuk melakukanmodifikasi satu atau lebih nilai gen dalamkromosom yang sama.•Mutasi dilakukan secara acak pada gen dengannilai kurang dari probabilitas mutasi.• Dalam penelitian ini peluang mutasi nyaadalah 0.01
N
Membuang tenaga sisa
start
PV, Baterai, turbin angin , Inverter spasifik, kebutuhan beban, Data Meteorologikal
( )( ) >− minBB CtC ( ) ( )( )tPtP REL −Pengisian baterai
( ) ( ) ( )( )INVLPVBAT tPtPtP η/−=
( ) ( ) nREL PtPtP >−
Operator GA
Inisialisasi dari oleh GAPVN BATN WTN
Menghitung tenaga dari PV termasuk jg inverter ( )( )tPRE
Y( )( ) ( )tPtP LRE >
Pengosongan Baeterai bank
( ) ( ) ( )tPtPtP RELBAT −=
( ) ( ) minGAREL PtPtP >−
N
N
N
Parameter optimal di simpan
STOP
Menghitung fungsi obyektif untuk ACS minimalACS=ACC+AOM+ARC
N
SELEKSI
PENYILANGAN
MUTASI
Y
T=8760
Y
N
N Y
Y
Y( )( ) maxBB CtC =
Pencarian generasi maksimum
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
KARAKTERISTIK BEBAN
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
KARAKTERISTIK KECEPATAN ANGIN SELAMA SATU TAHUN
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
KARAKTERISTIK CAHAYA MATAHARI SELAMA SATU TAHUN
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
SPESIFIKASI WIND TURBIN
Maksimum daya yang dikeluarkan 1000 W
Cut-in speed 2.5 m/s
Firling speed 13 m/s
Rated speed 9 m/s
Air density 1.225 kg/m3
Biaya pembelian US$ 1000
Usia 20 tahun
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
SPESIFIKASI BATERAI DAN INVERTER
Maksimum daya yang dikeluarkan 1.000 W
Biaya pembelian baterai US$ 400
Biaya penggantian US$ 400
Usia 10 tahun
Kapasitas inverter 2000 W
Biaya pembelian inverter US$ 900
Biaya penggantian 0
Usia 20 tahun
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
SPESIFIKASI PV
Daya maksimum 120 W
Efesiensi 90%
Area untuk single PV panel 1.07 m2
Biaya Pembelian US$ 230
Usia 20 tahun
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
GRAFIK KONVERGENSI GA
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
HASIL OPTIMISASI GA
Run ke-
Winturbin PV BateraiBiaya
(US$)
Konvergen
Pada Generasi ke-
1 13 56 11 3960,96 82 17 48 11 3934,07 103 18 50 12 4167,31 104 15 48 14 4164,82 155 21 43 10 3952,72 106 16 54 11 4076,97 107 17 48 11 3934,07 108 24 40 9 3998,95 79 30 38 9 4279,4757 1010 12 50 16 4180,6820 6
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
TABEL HASIL OPTIMISASI ( SIZE DAYA, TOTAL BEBAN DAN TOTAL BIAYA )
Item Hasil simulasi
Size Wind Turbin (W) 5100
Size PV (W) 5760
Size baterai (W) 11000
Daya Wind Turbin (kW/th) 4084.153
Daya PV (kW/th) 9090.014
Daya Baterai (kW/th) 36.73
Total beban dalam 1 tahun (kWh) 7159.146
Total daya yang dikeluarkan selama 1 tahun 7159.146
Total biaya Kapital (US$) 3495.3
Total Biaya Opersaional dan Perawatan (US$) 434.83
Total Penggantian Part (US$) 3.946
Total biaya penalty 0
Total biaya Sistem (US$) 3934.076
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
BIAYA KAPITAL ( ACC ) TIAP KOMPONEN
Komponen Hasil
Wind turbin(US$) 1028Baterai(US$) 886.85Photovoltaic(US$) 1523.77Inverter(US$) 56.74
Total 3495.36
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
BIAYA OPERASIONAL DAN PERAWATAN ( AOM )TIAP KOMPONEN
Komponen Hasil
Wind turbin(US$) 102
Baterai(US$) 176
Photovoltaic(US$) 151.2
Inverter(US$) 5.63
Total(US$) 434.83
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
BIAYA PENGGANTIAN ( ARC ) TIAP KOMPONEN
Komponen Hasil
Baterai(US$) 3.94683
Total(US$) 3.94683
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO
Berdasarkan hasil simulasi dan analisa dapat ditarik kesimpulkan sebagai berikut :
•Optimisasi untuk menentukan kombinasi optimal jumlah pembangkit hybrid antaraWind Turbin, Photovoltaic dan Baterai menggunakan GA didapatkan 17 WT, 48 PV,dan 11 baterai. Dengan biaya ± US$ 3934.07, dengan kehandalan 100% dan dapatmemenuhi beban tetap 7159. 146 kWh/thn dalam kurun waktu selama 20 tahun.
•Parmater GA mempengaruhi hasil optimisasi, sehingga untuk memutuskan nilaioptimum harus dilakukan running berkali-kali
•Sistem pembangkit tenaga angin dan surya cocok untuk di kembangkan di daerahterpencil yang memiliki potensi sumber cahaya matahari dan sumber angina lebih
TERIMAKASIH
FIRMAN YUDIANTO – S2 TEKNIK ELEKTRO