Laporkan Masalah

OPTIMASI PENGEMBANGAN PEMBANGKIT SISTEM KELISTRIKAN JAWA-MADURA-BALI MENGGUNAKAN GAME THEORY: MULTI-PERIOD FRAMEWORK, BI-LEVEL, DAN MULTI-OBJECTIVE OPTIMIZATION METHOD

RIZKI FIRMANSYAH S B, Sarjiya, S.T., M.T., Ph.D.; Prof.Dr.Ir. Sasongko Pramono H, DEA.

2017 | Tesis | S2 Teknik Elektro

Perencanaan jangka panjang sistem kelistrikan Jawa-Madura-Bali (Jamali) secara optimal diperlukan untuk mendukung pertumbuhan ekonomi nasional dan kebijakan energi nasional. Sebuah model optimasi yang dapat merepresentasikan proses lelang dan penunjukkan langsung independent power producer (IPP) dengan mempertimbangkan jangka waktu yang panjang (multi-period framework) dan multi-objective function (ekonomis, handal, dan ramah lingkungan), diperlukan dalam proses perencanaan pengembangan pembangkit sistem kelistrikan Jamali. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat sebuah metode yang merupakan modifikasi dari metode game theory agar dapat digunakan untuk optimasi pembangkit Sistem Jamali, memperoleh komposisi pembangkit sistem kelistrikan Jamali yang optimal dari tahun 2015-2035, dan mengetahui pengaruh perubahan nilai discount rate, laju pertumbuhan kebutuhan listrik, dan harga emisi CO2 terhadap hasil pengembangan pembangkit Sistem Jamali khususnya pada biaya pokok pembangkitan. Penelitian dilakukan dengan alur sebagai berikut: studi literatur, pengumpulan data, pemodelan matematis fungsi obyektif, formulasi metode game theory, pembuatan source code Matlab, proses optimasi, pengecekan optimasi dapat dilakukan atau tidak, uji validitas hasil optimasi, optimasi pengembangan pembangkit Jamali, dan analisis sensitivitas. Pencarian kondisi nash equilibrium pada game theory dapat dilakukan dengan metode mixed strategy maupun majority of dominant strategy. Uji validitas menggunakan 2 sistem kelistrikan, yaitu: sistem kelistrikan Bangka Belitung dan Test System. Optimasi pengembangan pembangkit Jamali akan dilakukan jika metode game theory yang digunakan sudah lolos uji validitas dengan menggunakan 2 sistem kelistrikan tersebut. Analisis sensitivitas dilakukan pada optimasi pengembangan sistem kelistrikan Jamali. Analisis sensitivitas dilakukan dengan cara mengubah nilai discount rate, laju pertumbuhan kebutuhan energi listrik, dan harga emisi CO2 yang digunakan. Nilai discount rate yang digunakan adalah 8% (Skenario I kasus 1), 10% (Skenario I kasus 2), dan 12% (Skenario I kasus 3). Laju pertumbuhan kebutuhan energi listrik yang digunakan adalah 7% (Skenario II kasus 1), 8% (Skenario II kasus 2), dan 9% (Skenario II kasus 3). Harga emisi CO2 yang digunakan adalah USD 10/ton (Skenario III kasus 1), USD 17/ton (Skenario III kasus 2), dan USD 24/ton (Skenario III kasus 3). Hasil penelitian menunjukkan bahwa metode game theory dengan multi-period framework, bi-level optimization, dan multi-objective function dapat digunakan untuk optimasi pengembangan pembangkit. Hal tersebut dibuktikan dengan uji validasi. Berdasarkan uji validasi, diketahui bahwa hasil optimasi menggunakan game theory: multi-period framework, bi-level optimization, dan multi-objective function lebih optimum. Kondisi optimum didapatkan pada saat kondisi nash equilibrium. Proses pencarian kondisi nash equilibrium menggunakan mixed strategy maupun majority of dominant strategy. Majority of dominant strategy digunakan untuk mengurangi waktu komputasi pada saat proses optimasi. Optimasi dengan sistem kelistrikan yang berukuran kecil dapat diselesaikan dengan mixed strategy. Sedangkan untuk sistem kelistrikan berukuran besar seperti sistem kelistrikan Jamali dapat diselesaikan dengan majority of dominant strategy. Berdasarkan hasil optimasi ketiga skenario, diperoleh komposisi dan kapasitas pembangkit pada sistem kelistrikan Jamali. Kapasitas pusat listrik tenaga air (PLTA) dan pusat listrik tenaga panas bumi (PLTP) terus meningkat sampai dengan potensi yang dapat digunakan habis terpakai. Pusat listrik tenaga uap (PLTU) dan pusat listrik tenaga nuklir (PLTN) merupakan pembangkit yang layak dikembangkan. PLTU menjadi pembangkit yang mendominasi komposisi pembangkit dengan porsi berkisar antara 45% sampai 66%. Peningkatan discount rate akan berpengaruh terhadap kelayakan pembangkit yang mempunyai biaya investasi besar (PLTN). Peningkatan discount rate mengakibatkan biaya pokok pembangkitan (BPP) Sistem Jamali meningkat. Peningkatan kebutuhan energi listrik, akan menyebabkan PLTN lebih menarik untuk dikembangkan. Peningkatan kebutuhan listrik mengakibatkan BPP Sistem Jamali menurun. Peningkatan harga emisi CO2 akan mengakibatkan PLTU kurang menarik untuk dikembangkan. Peningkatan harga emisi mengakibatkan BPP Sistem Jamali meningkat.

Optimal long-term planning of Jawa-Madura-Bali (Jamali) power system is necessary to support national economy growth and national energy policies. An optimization model that can represent the auction process and the direct appointment of independent power producer (IPP) by considering long-term planning and multi-objective function (economical, reliable, and environmental), required in Jamali power system planning process. The purpose of this research are to create a method which is a modification of game theory in order to be used for Jamali power plant optimization, obtain optimal composition of Jamali power plant from 2015 until 2035, and to know the effect of discount rate, demand growth, and CO2 emission price on the Jamali power plant expansion planning, especially at the generation cost. The research was conducted using the methodology as follows: literature study, data collection, mathematical modeling of the objective function, formulation method of the game theory, making Matlab source code, optimization process, checking the optimization can be done or not, validity test of the optimization result, Jamali power plant expansion optimization, and sensitivity analysis. Nash equilibrium in game theory can be searched with mixed strategy method or majority of dominant strategy method. Validity test using 2 power system: Bangka Belitung power system and Test System. Jamali power plant optimization if the game theory method already passed the validity test using these two power systems. The sensitivity analysis was performed on Jamali power plant optimization by changing the discount rate value, the growth of electricity demand, and the price of CO2 emission. The discount rate value were 8% (Scenario I case 1), 10% (Scenario I case 2), and 12% (Scenario I case 3). The growth of electricity demand were 7% (Scenario II case 1), 8% (Scenario II case 2), and 9% (Scenario II case 3). The price of CO2 emission were USD 10/ton (Scenario III case 1), USD 17/ton (Scenario III case 2), and USD 24/ton (Scenario III case 3) The results showed that the game theory method with multi-period framework, bi-level optimization, and multi-objective function can be used for optimization of power plant expansion. This is evidenced by the validation test. Based on the validation test, it is known that the results of optimization using game theory are more optimum than the research before. The optimum condition obtained at nash equilibrium condition. Nash equilibrium condition can be searched use mixed strategy or majority of dominant strategy. Majority of dominant strategy used to reduce the computing time during optimization process. Optimization with small-sized power systems can be solved with mixed strategy. As for the large-sized power systems such as Jamali power system can be solved with majority of dominant strategy. Based on the result of the optimization scenarios, it was obtained the composition and power plant capacity in Jamali power system. The capacity of hydro and geothermal power plant continued to increase up to the maximum limit of their resources. Coal and nuclear power plant is a feasible alternative to be develeoped. Coal power plant became the dominating power plant with portion ranging form 45% to 66%. Increasing the discount rate will affect the feasibility of power plants that have large investment cost (nuclear power plant) and will make the generation cost of Jamali System increase. Increasing the growth of electricity demand will make nuclear power plant more attractive than coal power plant to be developed and will make the generation cost of Jamali System decline. Increasing the price of CO2 emission will make coal power plant less attractive than NPP to be developed in the early year of planning and will make the generation cost of Jamali System increase.

Kata Kunci : Optimasi, Pembangkit, Jamali, Game theory, Multi-period, Bi-level, Multi-objective