Studi Komparasi Algoritma Turbulent Flow, Runge Kutta, Dan Marine Predators Untuk Optimasi Dynamic Economic Emission Dispatch Berbasis Waste Heat Recovery

Saputra, Moh. Imamuddin Suria (2026) Studi Komparasi Algoritma Turbulent Flow, Runge Kutta, Dan Marine Predators Untuk Optimasi Dynamic Economic Emission Dispatch Berbasis Waste Heat Recovery. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6022241110-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (11MB) | Request a copy

Abstract

Industri petrokimia merupakan salah satu sektor industri yang memiliki kebutuhan energi listrik yang sangat besar dan kontinu. PT Petrokimia Gresik sebagai salah satu perusahaan petrokimia terbesar di Indonesia memiliki sistem pembangkitan tenaga listrik mandiri (captive power plant) guna menjamin keandalan pasokan listrik untuk proses produksi yang tidak dapat terputus. Pengelolaan sistem pembangkitan ini menuntut optimasi yang cermat, tidak hanya dari sisi minimasi biaya bahan bakar, tetapi juga dari sisi minimasi emisi gas buang yang merupakan tuntutan regulasi lingkungan yang semakin ketat. Penelitian ini mengusulkan penerapan tiga algoritma metaheuristik yang relatif baru yaitu Turbulent Flow of Water-Based Optimization (TFWO), Runge Kutta Optimizer (RUN) dan Marine Predators Algorithm (MPA) untuk menyelesaikan permasalahan Dynamic Economic Emission Dispatch (DEED) pada sistem pembangkitan Petrokimia Gresik. DEED merupakan permasalahan optimasi single objektif yang bertujuan untuk meminimalkan total biaya bahan bakar sekaligus total emisi polutan secara simultan, dengan mempertimbangkan kendala kesetimbangan daya, batas kapasitas pembangkit, ramp-rate constraint, dan spinning reserve constraint dalam horizon waktu 24 jam. Pendekatan price penalty factor digunakan untuk mengkonversi permasalahan multi-objektif menjadi fungsi objektif tunggal yang dapat dioptimalkan. Pada penelitian ini dua kasus pengujian dilakukan: (1) DEED dengan pembangkit konvensional (2) DEED dengan pembangkit berbasis waste heat yang berasal dari reaksi eksotermis pabrik sulfuric acid. Evaluasi dilakukan berdasarkan kualitas solusi, kecepatan konvergensi, serta konsistensi hasil melalui analisis statistik dari 10 kali percobaan independen. Hasil simulasi menunjukkan bahwa TFWO mampu menghasilkan solusi yang kompetitif dengan waktu komputasi tercepat, yakni 1,4966 detik pada Kasus 1 dan 1,6467 detik pada Kasus 2, mengungguli RUN (1,8175 dan 2,0066 detik) maupun MPA (1,5336 dan 1,7487 detik). Keunggulan kecepatan komputasi ini menjadikan TFWO lebih unggul dalam aspek efisiensi waktu pemrosesan. Dari segi kualitas solusi biaya, TFWO Kasus 2 mencapai biaya total harian sebesar Rp 1,73472 M dengan biaya rata-rata per jam Rp 72,28 juta dan biaya minimum per jam Rp 65,34 juta, menempatkannya pada peringkat kedua terbaik secara keseluruhan. Meskipun MPA Kasus 2 mencatat biaya terendah (Rp 1,55393 M), TFWO tetap menunjukkan konsistensi performa yang baik di kedua skenario kasus dan memiliki keunggulan nyata dalam kecepatan komputasi. Dengan demikian, TFWO terbukti sebagai metode yang handal dan efisien untuk penyelesaian permasalahan DEED dengan keseimbangan optimal antara kualitas solusi dan kecepatan pemrosesan pada sistem microgrid industri petrokimia.
======================================================================================================================================
The petrochemical industry is one of the most energy-intensive industrial sectors, requiring a large and continuous supply of electricity. PT Petrokimia Gresik, one of the largest petrochemical companies in Indonesia, operates an independent captive power plant system to ensure a reliable electricity supply for its uninterruptible production processes. Managing this power generation system demands careful optimization — not only in minimizing fuel costs, but also in reducing exhaust gas emissions in response to increasingly stringent environmental regulations. This study proposes the application of three relatively recent metaheuristic algorithms, namely Turbulent Flow of Water-Based Optimization (TFWO), Runge Kutta Optimizer (RUN), and Marine Predators Algorithm (MPA), to solve the Dynamic Economic Emission Dispatch (DEED) problem in the power generation system of Petrokimia Gresik. DEED is a single-objective optimization problem that aims to simultaneously minimize both the total fuel cost and the total pollutant emissions, while considering the power balance constraint, generator capacity limits, ramp-rate constraint, and spinning reserve constraint over a 24-hour time horizon. A price penalty factor approach is employed to convert the multi-objective problem into a single objective function that can be optimized. In this study, two test cases were conducted: (1) DEED with conventional generators, and (2) DEED with waste heat-based generators derived from the exothermic reactions of a sulfuric acid plant. The evaluation was carried out based on solution quality, convergence speed, and result consistency through statistical analysis of 10 independent trials.Simulation results demonstrate that TFWO produces competitive solutions with the fastest computation times, recording 1.4966 seconds in Case 1 and 1.6467 seconds in Case 2, outperforming both RUN (1.8175 and 2.0066 seconds) and MPA (1.5336 and 1.7487 seconds). This computational speed advantage establishes TFWO as superior in terms of processing time efficiency. In terms of cost solution quality, TFWO Case 2 achieves a total daily cost of IDR 1.73472 million with an average hourly cost of IDR 72.28 million and a minimum hourly cost of IDR 65.34 million, placing it in the second-best overall ranking. Although MPA Case 2 records the lowest total cost (IDR 1.55393 million), TFWO consistently demonstrates strong performance across both case scenarios with a distinct advantage in computational speed. Therefore, TFWO is proven to be a reliable and efficient method for solving the DEED problem, offering an optimal balance between solution quality and processing speed in an industrial petrochemical microgrid system.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Dynamic Economic Emission Dispatch, Turbulent Flow Water Based Optimization (TFWO), Marine Predators Algoritma (MPA), Runge Kutta Optimizer (RUN), Price Penalty Factor, Waste Heat Recovery, Industrial Microgrid.
Subjects:	Q Science > Q Science (General) > Q180.55.M38 Mathematical models Q Science > Q Science (General) > Q325.5 Machine learning. Support vector machines. Q Science > Q Science (General) > Q337.3 Swarm intelligence
Divisions:	Faculty of Intelligent Electrical and Informatics Technology (ELECTICS) > Electrical Engineering > 20101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Moh Imamuddin Suria Saputra
Date Deposited:	31 Jul 2026 08:14
Last Modified:	31 Jul 2026 08:14
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/140857

Actions (login required)

View Item