Marginal Cost pada Penetrasi Renewable Energy

Farhan Setiawan, Dr. Ir. Yusuf Susilo Wijoyo, S.T., M.Eng.; Ir. Lesnanto Multa Putranto, S.T., M.Eng., Ph.D., IPM., SMIEEE.

2026 | Skripsi | TEKNIK ELEKTRO

Seiring bertambahnya jumlah penduduk dan perkembangan industri, permintaan akan energi listrik semakin meningkat. Namun, cadangan energi tak terbarukan seperti bahan bakar fosil, minyak bumi, dan gas alam akan semakin berkurang, sehingga perlu untuk mencari solusi dengan melakukan transisi energi secara perlahan menuju penggunaan renewable energy. Salah satu renewable energy yang memiliki potensi besar adalah energi surya. Energi surya tergolong dalam variable renewable energy yang artinya bersifat fluktuatif dan bergantung pada kondisi cuaca. Pengintegrasian energi surya seperti Photovoltaic (PV) tentunya akan memiliki dampak perubahan pada sisi ekonomi pembangkitan, seperti pada perubahan marginal cost sistem. Kapasitas Photovoltaic yang dipenetrasikan ke dalam sistem eksisting akan mempengaruhi besar kecilnya perubahan marginal cost sistem.

Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dilakukan analisis terhadap pengujian sistem eksisting yang dipenetrasikan Photovoltaic. Pengujian dilakukan dengan menggunakan beberapa test case standar IEEE yang terdapat pada directory MATPOWER, di mana test case tersebut akan disimulasikan menggunakan Optimal Power Flow (OPF) pada kondisi baseline (tanpa PV), kemudian ketika penetrasi PV 10%, 20%, hingga 30%. Hasil dari simulasi tersebut akan dianalisis bagaimana dampak kapasitas Photovoltaic yang diintegrasikan terhadap sensitivitas perubahan marginal cost sistem. Kemudian akan dianalisis pula kondisi di mana ketika Photovoltaic yang dipenetrasikan tidak memiliki kapabilitas daya reaktif dan kondisi Photovoltaic dapat menyediakan daya reaktif (Q). Penelitian ini juga akan melihat sensitivitas perubahan nilai Locational Marginal Price (LMP) seiring dengan peningkatan penetrasi Photovoltaic ke dalam sistem eksisting.

Dari penelitian yang telah dilakukan, diperoleh bahwa peningkatan persentase kapasitas PV yang dipenetrasikan secara konsisten menurunkan marginal cost sistem pada seluruh test case yang diujikan. Kemudian, adanya kemampuan menyediakan daya reaktif pada PV tidak memberikan dampak yang signifikan terhadap sistem kecil hingga menengah. Namun, pada sistem besar yang kompleks dapat memberikan dampak peningkatan reduksi marginal cost sistem yang cukup terasa, serta dapat memperbaiki capacity factor dari Photovoltaic. Peningkatan penetrasi PV juga secara konsisten menurunkan nilai LMP di seluruh test case, dengan harga terendah terjadi pada jam-jam puncak pro-duksi PV. Disamping itu, adanya integrasi PV pada sistem besar menyebabkan rentang nilai LMP dari bus sistem menjadi lebih lebar.

As population growth and industrial development continue to accelerate, the demand for electrical energy has risen substantially. However, non-renewable energy reserves—including fossil fuels, petroleum, and natural gas—are progressively depleting, necessitating a gradual energy transition toward renewable energy sources. Among the various renewable alternatives, solar energy stands out for its considerable potential. Solar energy is classified as a variable renewable energy source, meaning its output is inherently intermittent and weather-dependent. The integration of solar energy technologies such as Photovoltaic (PV) systems inevitably introduces changes to the economic aspects of power generation, particularly with respect to system marginal cost. The capacity of PV penetrated into an existing power system directly influences the magnitude and direction of these marginal cost variations.

This study investigates the impact of PV integration on existing power systems through simulation-based analysis. Several IEEE standard test cases available in the MATPOWER library are employed, where each test case is simulated using Optimal Power Flow (OPF) under baseline conditions (without PV), followed by PV penetration levels of 10%, 20%, and 30%. The simulation results are analyzed to assess how PV capacity affects the sensitivity of system marginal cost. Furthermore, the study examines two distinct PV operating configurations: one in which PV units lack reactive power capability, and another in which PV units are capable of supplying reactive power (Q). The research also evaluates the sensitivity of Locational Marginal Price (LMP) values in response to increasing PV penetration levels.

The findings demonstrate that increasing PV penetration consistently reduces the system marginal cost across all test cases examined. The provision of reactive power capability by PV units shows negligible impact on small-to-medium-scale systems. However, for large and complex systems, this capability contributes to a more pronounced reduction in system marginal cost and improves the PV capacity factor. Additionally, higher PV penetration levels consistently lower LMP values across all test cases, with the lowest prices occurring during peak solar production hours. Moreover, PV integration in large-scale systems results in a wider spread of LMP values across system buses.

Kata Kunci : Variable Renewable Energy, Photovoltaic, Optimal Power Flow, Marginal Cost, Kapabilitas Daya Reaktif, Locational Marginal Price