Desain Sistem Energi Terbarukan Hibrida Off-Grid Berbasis Penyimpanan Hidrogen untuk Mengoptimalkan Energi Berlebih

Liv Raja Tua Pasaribu, Ir. Lesnanto Multa Putranto, S.T., M.Eng., Ph.D., IPM., SMIEEE. ; Dr. Ir. Yusuf Susilo Wijoyo, S.T., M.Eng., IPU.

2026 | Tesis | S2 Teknik Elektro

Pengembangan kelistrikan off-grid di daerah terpencil kerap menghadapi masalah tingginya ketergantungan pada generator diesel dan besarnya pemborosan energi berlebih (excess energy). Untuk mengatasi hal tersebut, penelitian ini mengusulkan kerangka optimisasi dua tahap (two-stage optimization) pada perancangan sistem energi terbarukan hibrida (HRES) yang terintegrasi dengan penyimpanan power-to-gas-to-power (P2G2P) di Pulau Enggano. Skenario baseline yang hanya mengandalkan baterai telah mencapai keandalan 100%, namun masih menghasilkan inefisiensi excess energy yang sangat masif sebesar 399.747 kWh/tahun (26,4%) akibat keterbatasan ruang simpan, dengan Levelized Cost of Energy (LCOE) sebesar $0,3529/kWh. Pada tahap pertama, optimisasi perancangan kapasitas kelayakan investasi jangka panjang dieksekusi menggunakan perangkat lunak HOMER Pro. Integrasi infrastruktur hidrogen (elektroliser, tangki, fuel cell) pada tahap ini berhasil menyerap surplus daya dan memangkas excess energy menjadi 178.322 kWh/tahun (11,7%), namun keterbatasan strategi dispatch bawaan mendongkrak nilai LCOE ke angka $0,3711/kWh. Pada tahap kedua, sistem disempurnakan melalui optimisasi dispatch operasional beresolusi per jam menggunakan algoritma mixed-integer linear programming (MILP). Dengan menerapkan konstrain yang membatasi jam nyala diesel secara ketat dan mengeksploitasi elektroliser secara maksimal, MILP sukses menekan sisa excess energy secara drastis hingga 39.085 kWh/tahun (3.67%)—merepresentasikan penurunan pemborosan energi sebesar 90.2?ri kondisi awal. Penghematan bahan bakar yang ekstrem tersebut juga mempu menekan biaya penyediaan listrik ke tingkat yang paling efisien dengan pencapaian LCOE $0,3090/kWh. Secara keseluruhan, pendekatan optimisasi dua tahap ini membuktikan bahwa arsitektur HRES berbasis hidrogen merupakan solusi elektrifikasi yang tangguh secara teknis dan layak secara finansial.

The development of off-grid electrification in remote areas frequently struggles with high reliance on diesel generators and massive excess energy wastage. To address these issues, this study proposes a two-stage optimization framework for designing a hybrid renewable energy system (HRES) integrated with power-to-gas-to-power (P2G2P) storage on Enggano Island. The battery-only baseline scenario achieved 100% reliability but generated a massive excess energy inefficiency of 399,747 kWh/year (26.4%) due to limited storage capacity, resulting in a levelized cost of energy (LCOE) of $0.3529/kWh. In the first stage, long-term capacity sizing optimization was executed using HOMER Pro software. Integrating hydrogen infrastructure (electrolyzer, tank, and fuel cell) at this stage successfully absorbed surplus power, curtailing the excess energy to 178,322 kWh/year (11.7%); however, the limitations of the software's generic dispatch strategy inflated the LCOE to $0.3711/kWh. In the second stage, the system was refined through hourly-resolution operational dispatch optimization using a mixed-integer linear programming (MILP) algorithm. By enforcing strict constraints to limit diesel operating hours and maximizing electrolyzer utilization, the MILP successfully suppressed the remaining excess energy to 39,085 kWh/year (3.67%)—representing an 90.2% reduction in energy wastage from the baseline. Furthermore, the drastic fuel savings minimized the electricity provision cost to its most efficient level, achieving an LCOE of $0.3090/kWh. Ultimately, this two-stage optimization approach demonstrates that a hydrogen-based HRES architecture provides a technically robust and financially viable solution for sustainable off-grid electrification.

Kata Kunci : Excess energy, HOMER Pro, mixed-integer linear programming (MILP), penyimpanan hidrogen, power-to-gas-to-power, sistem energi terbarukan hibrida (HRES).