T E L K O M N I K A ,   V o l . 1 0 ,   N o . 4 ,   D e c e m b e r   2 0 1 2 ,   p p .   6 9 5 ~ 7 0 2   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   a c c r e d i t e d   b y   D G H E   ( D I K T I ) ,   D e c r e e   N o :   5 1 / D i k t i / K e p / 2 0 1 0         6 9 5       R e c e i v e d   A u g u s t   2 9 ,   2 0 1 2 ;   R e v i s e d   S e p t e m b e r   1 5 ,   2 0 1 2 ;   A c c e p t e d   O c t o b e r   4 ,   2 0 1 2   O p t i m a l   D e s i g n   o f   F u e l - c e l l ,   W i n d   a n d   M i c r o - h y d r o   H y b r i d   S y s t e m   u s i n g   G e n e t i c   A l g o r i t h m       S o e d i b y o ,   H e r i   S u r y o a t m o j o ,   I m a m   R o b a n d i ,   M o c h a m a d   A s h a r i   D e p a r t m e n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   Se p u l u h   N o p e m b e r   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y   ( I T S)   Su k o l i l o ,   Su r a b a y a ,   ( 6 0 1 1 1 ) ,   I n d o n e s i a ,   T e l p :   0 3 1   5 9 4 7 3 0 2   e - m a i l :   d i b y o _ 5 5 @ y a h o o . c o m     A b s t r a k   T a r g e t   d a r i   s i s t e m   h i b r i d a   y a n g   b e r o p e r a s i   m a n d i r i   a d a l a h   u n t u k   m e n s u p l a i   b e b a n   d e n g a n   r e l i a b i l i t y   y a n g   t i n g g i   d a n   e k o n o m i s .   Se b u a h   t e k n i k   o p t i m a s i   m e n g g u n a k a n   k e c e r d a s a n   b u a t a n   d i p e r l u k a n   u n t u k   m e n d i s a i n   s i s t e m   i n i .   Pe n e l i t i a n   i n i   m e n g g u n a k a n   Al g o r i t h m a   G e n e t i k a   u n t u k   m e n e n t u k a n   k a p a s i t a s   o p t i m u m   d a r i   h i d r o g e n ,   t u r b i n   a n g i n   d a n   m i k r o - h i d r o   d e n g a n   b i a y a   y a n g   m i n i m u m .   Bi a y a   m i n i m u m   b e r h u b u n g a n   d e n g a n   b i a y a   o p e r a s i   d a n   p e r a w a t a n   t a h u n a n , b i a y a   p e n g g a n t i a n t a h u n a n   d a n   b i a y a   k e r u s a k a n   t a h u n a n .   M e t o d e   y a n g   d i u s u l k a n   a k a n   d i g u n a k a n   u n t u k m e n g o p t i m a s i   s i s t e m   d i   D e s a   L e u w i j a w a ,   J a w a   T e n g a h ,   I n d o n e s i a . H a s i l   s i m u l a s i   m e n u n j u k k a n   b a h w a   k o n f i g u r a s i   o p t i m u m   d a p a t   d i p e r o l e h k a p a s i t a s   t a n k i   h y d r o g e n   s e b e s a r   1 9 , 8 5   t o n ,   t u r b i n   a n g i n   2 1     u n i t   x   1 0 0   k W     d a n   1   u n i t   m i c r o - h y d r o   6 1 0   k W .     K a t a   k u n c i :   a l g o r i t m a   g e n e t i k a , a n g i n ,   h i d r o g e n ,   m i k r o - h i d r o ,   o p t i m i s a s i     A b s t r a c t   T h e   t a r g e t   o f   s t a n d - a l o n e   h y b r i d   p o w e r   g e n e r a t i o n   s y s t e m   w a s   t o   s u p p l y   t h e   l o a d   d e m a n d   w i t h   h i g h   r e l i a b i l i t y   a n d   e c o n o m i c a l l y   a s   p o s s i b l e .   An   i n t e l l i g e n t   o p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e   u s i n g   G e n e t i c   Al g o r i t h m   i s   r e q u i r e d   t o   d e s i g n   t h e   s y s t e m . T h i s   s t u d y   u t i l i z e d   G e n e t i c   Al g o r i t h m   m e t h o d   t o   d e t e r m i n e   t h e   o p t i m a l   c a p a c i t i e s   o f   h y d r o g e n ,   w i n d   t u r b i n e s   a n d   m i c r o - h y d r o   u n i t   a c c o r d i n g   t o   t h e   m i n i m u m   c o s t   o b j e c t i v e   f u n c t i o n s . T h e   m i n i m u m   c o s t   v a l u t e s   t o   t h e s e   t w o   f a c t o r s .   I n   t h i s   s t u d y ,   t h e   c o s t   o b j e c t i v e   f u n c t i o n   i n c l u d e d   t h e   a n n u a l   c a p i t a l   c o s t ,   a n n u a l   o p e r a t i o n   m a i n t e n a n c e   c o s t ,   a n n u a l   r e p l a c e m e n t   c o s t   a n d   a n n u a l   c u s t o m e r   d a m a g e   c o s t .   T h e   p r o p o s e d   m e t h o d   w i l l   b e   u s e d   t o   o p t i m i z e   t h e   h y b r i d   p o w e r   g e n e r a t i o n   s y s t e m   l o c a t e d   i n   L e u w i j a w a   v i l l a g e   i n   C e n t r a l   J a v a   o f   I n d o n e s i a .   Si m u l a t i o n   r e s u l t s   s h o w e d   t h a t   t h e   o p t i m u m   c o n f i g u r a t i o n   c a n   b e   a c h i e v e d   u s i n g   1 9 . 8 5   t o n   o f   h y d r o g e n   t a n k s ,   2 1 x 1 0 0   k W   w i n d   t u r b i n e s   a n d   6 1 0   k W   o f   m i c r o - h y d r o   u n i t   r e s p e c t i v e l y       K e y w o r d s :   g e n e t i c   A l g o r i t h m ,   h y d r o g e n ,   m i c r o - h y d r o ,   o p t i m i z a t i o n , w i n d       1 .   I n t r o d u c t i o n   N o w a d a y s ,   r e n e w a b l e   e n e r g y   h a s   b e e n   e x p l o r e d   t o   m e e t   t h e   l o a d   d e m a n d .   U t i l i z a t i o n   o f   r e n e w a b l e   e n e r g y   i s   a b l e   t o   s e c u r e   l o n g - t e r m   s u s t a i n a b l e   e n e r g y   s u p p l y ,   a n d   r e d u c e   l o c a l   a n d   g l o b a l   a t m o s p h e r i c   e m i s s i o n s   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   M i c r o - h y d r o   ( H y d )   a n d   W i n d   T u r b i n e   ( W T )   u n i t s   a r e   b e c o m e   t h e   p r o m i s i n g   t e c h n o l o g i e s   f o r   s u p p l y i n g   t h e   l o a d   d e m a n d   i n   r e m o t e   a n d   i s o l a t e d   a r e a .   H o w e v e r ,   t h e r e   a r e   s e v e r a l   w e a k n e s s   f a c e d   b y   s u c h   r e s o u r c e s .   O n e   o f   t h e   w e a k n e s s e s   i s   t h e   p o w e r   g e n e r a t e d   b y   w i n d   a n d   m i c r o - h y d r o   e n e r g y   i s   i n f l u e n c e d   b y   t h e   w e a t h e r   c o n d i t i o n s . T h e   v a r i a t i o n s   o f   p o w e r   g e n e r a t e d   b y   t h e s e   s o u r c e s   m a y   n o t   m a t c h   w i t h   t h e   t i m e   d i s t r i b u t i o n   o f   d e m a n d .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   i n t e r m i t t e n t   p o w e r   f r o m   w i n d   a n d   m i c r o - h y d r o   p o w e r   m a y   r e s u l t   i n   s e r i o u s   r e l i a b i l i t y   c o n c e r n s   i n   b o t h   d e s i g n   a n d   o p e r a t i o n   o f   m i c r o - h y d r o   a n d   w i n d   t u r b i n e s   s y s t e m .   F o r   s i m p l i c i t y ,   t o   o v e r c o m e   t h e   r e l i a b i l i t y   p r o b l e m ,   o v e r   s i z i n g   m a y b e   c a n   b e   a p p l i e d .   H o w e v e r ,   i n s t a l l i n g   t h e   c o m p o n e n t s   i m p r o p e r l y   w i l l   i n c r e a s e   o v e r a l l   c o s t   s y s t e m .   A c t u a l l y ,   t h e r e   a r e   s e v e r a l   a l t e r n a t i v e   w a y s   t o   p r e v e n t   t h e   s h o r t a g e   p o w e r   f r o m   t h e s e   p o w e r s . A   b a c k - u p   u n i t   c a n   b e   c o n s i d e r e d   a s   a   p o w e r   s u p p l y   w h e n e v e r   t h e   i n s u f f i c i e n c y   p o w e r   i s   o c c u r r e d . F o r   i n s t a n c e ,   d i e s e l   g e n e r a t o r   i s   o n e   o f   t h e   a l t e r n a t i v e   b a c k - u p p o w e r .   H o w e v e r ,   t h e   o p e r a t i o n a l   c o s t   o f   d i e s e l   g e n e r a t o r   i s   c o n s i d e r a b l y   h i g h   a l s o   u t i l i z a t i o n   o f   d i e s e l   g e n e r a t o r   i s   n o t   t h e   g o o d   o p t i o n   d u e   t o   t h e   e n v i r o n m e n t a l   c o n c e r n .   M e a n w h i l e ,   b a t t e r y   s t o r a g e   a l s o   c a n   b e   c o n s i d e r e d   f o r   t h e   b a c k - u p   u n i t .   H o w e v e r ,   t h e   o p e r a t i o n a l   a n d   m a i n t e n a n c e   p r o c e d u r e s   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   4 ,     D e c e m b e r   2 0 1 2   :     6 9 5 7 0 2   6 9 6 b a t t e r y   a r e   c o m p l i c a t e d .   T h e   l a s t   b a c k - u p   u n i t   g o e s   t o   u t i l i z a t i o n   o f   f u e l   c e l l   e q u i p p e d   w i t h   e l e c t r o l y z e r   a n d   h y d r o g e n   t a n k .   T h e   m o s t   i m p o r t a n t   c h a l l e n g e   i n   d e s i g n   o f   s u c h   s y s t e m s   i s   r e l i a b l e   s u p p l y   o f   d e m a n d   u n d e r   v a r y i n g   w e a t h e r   c o n d i t i o n s ,   c o n s i d e r i n g   o p e r a t i o n   a n d   i n v e s t m e n t   c o s t s   o f   t h e   c o m p o n e n t s .   H e n c e ,   t h e   g o a l   i s   t o   f i n d   t h e   o p t i m a l   d e s i g n   o f   a   h y b r i d   p o w e r   g e n e r a t i o n   s y s t e m   f o r   r e l i a b l e   a n d   e c o n o m i c a l   s u p p l y   o f   t h e   l o a d   [ 3 ] .   S e v e r a l   m e t h o d s   h a v e   b e e n   d o n e   b y   a n o t h e r   r e s e a r c h e r ;   m a n y   p a p e r s   o f f e r   a   v a r i e t y   o f   m e t h o d s   t o   f i n d   t h e   o p t i m a l   d e s i g n   o f   h y b r i d   w i n d   t u r b i n e   a n d   p h o t o - v o l t a i c   g e n e r a t i n g   s y s t e m s   [ 3 - 5 ] .   I n   [ 3 - 4 ]   a n d   [ 6 ]   G e n e t i c   A l g o r i t h m   ( G A )   f i n d s   o p t i m a l   s i z e s   o f   t h e   h y b r i d   s y s t e m   c o m p o n e n t s   a n d   p o w e r   f l o w .   I n   s o m e   l e t t e r r e s e a r c h ,   P S O   i s   s u c c e s s f u l l y   i m p l e m e n t e d   f o r   o p t i m a l   s i z i n g   o f   h y b r i d   s t a n d - a l o n e   p o w e r   s y s t e m ,   a s s u m i n g   c o n t i n u o u s   a n d   r e l i a b l e   s u p p l y   o f   t h e   l o a d   [ 5 ] . H o w e v e r ,   n o n e   o f   t h e m   w o r k i n g   w i t h   t h e   m i c r o - h y d r o   s y s t e m .   T h i s   p a p e r   p r o p o s e s   t h e   m e t h o d   t o   f i n d   t h e   o p t i m a l   d e s i g n   o f   h y b r i d   p o w e r   g e n e r a t i o n   s y s t e m   c o n s i s t s   o f   m i c r o - h y d r o ,   w i n d   t u r b i n e   a n d   f u e l - c e l l   i n   t h e   s y s t e m . T h e   t a r g e t   i s   t o   f i n d   t h e   o p t i m a l   s i z e   o f   c o m p o n e n t s   r e s p e c t   w i t h   m i n i m u m   t o t a l   a n n u a l   c o s t   s y s t e m   ( A C S ) .   I n   t h i s   w a y ,   g e n e t i c   a l g o r i t h m   i s   u t i l i z e d   t o   m i n i m i z e   c o s t   o f   t h e   s y s t e m   o v e r   i t s   2 0   y e a r s   o f   o p e r a t i o n ,   s u b j e c t   t o   r e l i a b i l i t y   c o n s t r a i n .   W i n d   s p e e d   a n d   s t r e a m   f l o w   d a t a   a r e   a v a i l a b l e   f o r   L e u w i j a w a   v i l l a g e   i n   C e n t r a l   J a v a ,   I n d o n e s i a   a n d   s y s t e m   c o s t s   i n c l u d e   A n n u a l i z e d   C a p i t a l   C o s t   ( A C C ) ,   a s   w e l l   a s   c o s t u m e r s   d i s s a t i s f a c t i o n   c o s t .   N e x t   s e c t i o n   b r i e f l y   d e s c r i b e s   t h e   h y b r i d   s y s t e m   m o d e l .       2 .   S y s t e m   C o n f i g u r a t i o n   B l o c k   d i a g r a m   o f   a   h y b r i d   M i c r o - h y d r o ,   F u e l - c e l l   a n d   W i n d   t u r b i n e s   s y s t e m   i s   d e p i c t e d   i n   F i g u r e   1 .   T h e   h y b r i d   s y s t e m   c o n s i s t s   o f   3   t y p e s   o f   p o w e r   g e n e r a t o r ;   W i n d   t u r b i n e s   u n i t ,   M i c r o - h y d r o   a n d   F u e l - c e l l u n i t   c o n n e c t e d   t o   t h e   l o a d   s y s t e m   t h r o u g h   t h e   i n v e r t e r . T h e   s t o r a g e   s y s t e m   c o n s i s t s   o f   e l e c t r o l y z e r ,   h y d r o g e n   s t o r a g e   t a n k   a n d   f u e l - c e l l   r e q u i r e d   t o   s t o r e   a l l   e x c e s s   p o w e r .   D e t a i l e d   c o m p o n e n t   m o d e l   a n d   t h e i r   s p e c i f i c a t i o n ,   u s e d   i n   t h i s   s t u d y   w i l l   b e   e x p l a i n e d   i n   t h e   f o l l o w i n g   s e c t i o n s .         F i g u r e 1 . C o n f i g u r a t i o n   o f   p r o p o s e d   s y s t e m       F i g u r e   2 .   D a i l y   l o a d   p r o f i l e       3 .   M o d e l i n g   o f   R e n e w a b l e   E n e r g y   C o m p o n e n t s   3 . 1 .   W i n d   T u r b i n e   G e n e r a t o r   T h e   o u t p u t   p o w e r   o f   e a c h   w i n d   t u r b i n e   u n i t   i s   b a s e d   o n   t h e   r a t e d   c a p a c i t y   a n d   t h e   s p e c i f i c a t i o n   g i v e n   b y   t h e   m a n u f a c t u r e .   I n   t h i s   s t u d y ,   1 0 0 k W   w i n d   t u r b i n e   i s   c o n s i d e r e d   a s   a   p o w e r   g e n e r a t o r .   I t   h a s   a   r a t e d   c a p a c i t y   o f   1 0 0   k W   a n d   p r o v i d e s   a l t e r n a t i n g   c u r r e n t   ( A C )   a t   t h e   o u t p u t   s i d e . T h e   o u t p u t   p o w e r   f r o m   w i n d   t u r b i n e s   c a n   b e   d e s c r i b e d   b y   e q u a t i o n   ( 1 ) .       0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 4 . 5 5 5 . 5 6 6 . 5 7 7 . 5 x   1 0 5 T i m e   ( h o u r ) L o a d   d e m a n d   ( W ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0           O p t i m a l   D e s i g n   o f   F u e l - c e l l ,   W i n d   a n d   M i c r o - h y d r o   H y b r i d   S y s t e m   u s i n g   G e n e t i c   .   ( S o e d i b y o )   6 9 7 > £ £ £ £ < = f V t V   i f V f t V r V   f r V t V c V   i f w t     t V   A   c V t t V   i f t W P 0 a t e d P r . ) ( 3 . . . 2 1 ) ( 0 ) ( h r         ( 1 )   w h e r e   ρ   i s   a i r   d e n s i t y   k g / m 3 ,   A   i s   s w e p t   a r e a   o f   r o t o r   m 2 ,   t   i s   w i n d   s p e e d   ( m / s ) ,   η w t i s   e f f i c i e n c y   o f   W T s ,   V c   i s   c u t - i n   s p e e d ,   v r i s   r a t e d   s p e e d ,   v f i s   f u r l i n g   s p e e d   a n d   P r a te d   i s   r a t e d   p o w e r   o f   W T s .         T a b l e 1 .   S p e c i f i c a t i o n   o f   w i n d   t u r b i n e   R a t e d   p o w e r   ( k W )   1 0 0   C u t - i n   ( m / s )   3 . 5   C u t - o u t   ( m / s )   2 5   R a t e d   ( m / s )   1 2   S w e p t   a r e a   o f   r o t o r ( m 2 )   3 1 4 . 1 6   E f f i c i e n c y   ( % )   3 0     F i g u r e   3 .   W i n d   s p e e d   d a t a             F i g u r e   4 .   F l o w   r a t e   d a t a         3 . 2 .   M i c r o - h y d r o   P o w e r   T h e   e l e c t r i c a l   p o w e r   g e n e r a t e d   b y   t h e   h y d r o   t u r b i n e   c a n   b e   d e t e r m i n e d   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g   e q u a t i o n   [ 5 ] .   t .   Q n e t   .   g   . H h v d   .   ρ h v d   η   h v d P =   ( 2 )     w h e r e H n e t   i s   t h e   e f f e c t i v e   h e a d ,   t h e   a c t u a l   v e r t i c a l   d r o p   m i n u s   t h i s   h e a d   l o s s .   I t   c a n   b e   c a l c u l a t e d   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g   e q u a t i o n   [ 7 ] .     ) 1 ( h f   H     n e t H - =   ( 3 )     M e a n w h i l e ,   Q t   i s   t h e   h y d r o   t u r b i n e   f l o w   r a t e ,   t h e a m o u n t   o f   w a t e r   f l o w i n g   t h r o u g h   t h e   h y d r o   t u r b i n e .   I t   c a n   b e   c a l c u l a t e d   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g   e q u a t i o n   [ 7 ] .   > < < < = m a x ) ( m a x m a x ) ( m i n ) ( m i n ) ( 0 ) ( Q t A v Q   i f Q Q t A v Q Q   i f t A v Q Q t A v Q   i f t t Q     ( 4 )   0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 T i m e   ( h o u r ) W i n d   s p e e d   ( m / s ) 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 T i m e   ( h o u r ) F l o w   r a t e   ( m 3 / s ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   4 ,     D e c e m b e r   2 0 1 2   :     6 9 5 7 0 2   6 9 8 w h e r e Q Av i s   t h e   f l o w   r a t e   a v a i l a b l e   t o   t h e   h y d r o   t u r b i n e   ( m 3 / s ) , Q m i n i s   t h e   m i n i m u m   f l o w   r a t e   o f   t h e   h y d r o   t u r b i n e   ( m 3 / s ) , Q m a x i s   t h e   m a x i m u m   f l o w   r a t e   o f   t h e   t u r b i n e   ( m 3 / s )   [ 7 ] .   Q m i n   i s   t h e   m i n i m u m   f l o w   r a t e ,   t h e   m i n i m u m   a l l o w a b l e   f l o w   r a t e   t h r o u g h   t h e   h y d r o t u r b i n e ;   i t   i s   a s s u m e d   t h a t   t h e   h y d r o   t u r b i n e   c a n   o p e r a t e d   o n l y   i f   t h e   a v a i l a b l e   s t r e a m   f l o w   i s   e q u a l   t o   o r   e x c e e d s   t h i s   m i n i m u m   v a l u e .   I t   c a n   b e   c a l c u l a t e d   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g   e q u a t i o n   [ 7 ] :   D Q   .   W t Q m i n ) ( m i n =   ( 5 )   Q m a x i s   t h e   m a x i m u m   a c c e p t a b l e   f l o w   r a t e   t h r o u g h   t h e   h y d r o   t u r b i n e ,   e x p r e s s e d   a s   a   p e r c e n t a g e   o f   t h e   t u r b i n e s   d e s i g n   f l o w   r a t e   [ 7 ] .   T h i s   s i m u l a t i o n   u s e s   t h i s   i n p u t   t o   c a l c u l a t e   t h e   m a x i m u m   f l o w   r a t e   t r o u g h   t h e   h y d r o   t u r b i n e ,   a n d   h e n c e   t h e   a c t u a l   f l o w   r a t e   t h r o u g h   t h e   h y d r o   t u r b i n e .     D Q   .   W t Q m a x ) ( m a x =   ( 6 )   3 . 3 .   E l e c t r o l y z e r   B a s i c a l l y ,   e l e c t r o l y z e r   w o r k   b a s e d   o n   t h e   w a t e r   e l e c t r o l y s i s .   A   d i r e c t   c u r r e n t   i s   p a s s e d   b e t w e e n   t w o   e l e c t r o d e s   t h e n   s u b m e r g e d   i n   w a t e r   a n d   d e c o m p o s e s   i n t o   h y d r o g e n   a n d   o x y g e n .   T h e n ,   t h e   a m o u n t   o f   h y d r o g e n   c a n   b e   c o l l e c t e d   f r o m   t h e   a n o d e   s i d e .   U s u a l l y ,   t h e   h y d r o g e n   p r o d u c e s   b y   t h e   e l e c t r o l y z e r s   a t   a   p r e s s u r e   a r o u n d   3 0   b a r s .   A l s o ,   t h e   r e a c t a n t   p r e s s u r e s   w i t h i n   a   P r o t o n   E x c h a n g e   M e m b r a n e   F u e l   C e l l   ( P E M F C )   a r e   a r o u n d   1 . 2 b a r .   F o r   a s s u m p t i o n ,   t h e   e l e c t r o l y z e r   i s   d i r e c t l y   c o n n e c t e d   t o   t h e   h y d r o g e n   t a n k .   T r a n s f e r r e d   p o w e r   f r o m   e l e c t r o l y z e r   t o   h y d r o g e n   t a n k   c a n   b e   d e f i n e d   a s   f o l l o w s   [ 5 ] :   e l   .   E L P k E L P h = - t a n   ( 7 )   W h e r e   η e l   i s   t h e   e f f i c i e n c y   o f   e l e c t r o l y z e r .     3 . 4 .   H y d r o g e n   T a n k     T h e   b a s i c   p r i n c i p l e   o f   e n e r g y   s t o r e d   i n   t h e   h y d r o g e n   t a n k s   i s   t h e   s a m e   a s   i n   t h e   b a t t e r y   b a n k s .   E v e r y h o u r   e n e r g y   s t o r e d   i n   t h e   h y d r o g e n   t a n k s   c a n   b e   d e s c r i b e d   b y   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g   e q u a t i o n   [ 5 ] :   - - + - = s t o r a g e t H T P k E L P t k E t k E h ) ( t a n ) 1 ( t a n ) ( t a n   ( 8 )   w h e r e   P H T   i s   t h e   p o w e r   t r a n s f e r e d   t o   t h e   f u e l   c e l l .   H e r e ,   i t   i s   a s s u m e d   t h e   h y d r o g e n   t a n k s   e f f i c i e n c y   i s   9 8 % .   M e a n w h i l e ,   t h e   m a s s   o f   s t o r e d   h y d r o g e n ,   a t   a n y   t i m e   s t e p   t ,   i s   c a l c u l a t e d   a s   f o l l o w s   [ 5 ] :   = 2 ) ( t a n ) ( t a n H H H V t k E t k m   ( 9 )   W h e r e ,   t h e   H i g h e r   H e a t i n g   V a l u e   ( H H V )   o f   h y d r o g e n   i s   e q u a l   t o   3 9 . 7 k W h / k g .   T h e   e n e r g y   s t o r e d   i n   t h e   h y d r o g e n   t a n k s   c a n n o t   e x c e e d   t h e   c o n s t r a i n t   a s   f o l l o w s   [ 5 ] :   m a x , t a n k ) ( t a n m i n , a n k E     t k E     t E £ £   ( 1 0 )   3 . 5 .   F u e l - C e l l     F u e l - c e l l s   a r e   e l e c t r o c h e m i c a l   d e v i c e s   t o   c o n v e r t   t h e   c h e m i c a l   e n e r g y   o f   a   r e a c t i o n   d i r e c t l y   i n   t o   e l e c t r i c a l   e n e r g y .   T h e   o u t p u t   p o w e r   p r o d u c e d   b y   f u e l - c e l l   c a n   b e   d e t e r m i n e d   b y   m u l t i p l y i n g   i t s   i n p u t   p o w e r   a n d   e f f i c i e n c y   ( η F C ) .   I n   t h i s   c a s e   t h e   e f f i c i e n c y   o f   f u e l - c e l l   i s   a s s u m e d   t o   b e   5 0 %   [ 5 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0           O p t i m a l   D e s i g n   o f   F u e l - c e l l ,   W i n d   a n d   M i c r o - h y d r o   H y b r i d   S y s t e m   u s i n g   G e n e t i c   .   ( S o e d i b y o )   6 9 9 F C   x   F C k P i n v F C P h - = - t a n   ( 1 1 )   3 . 6 .   I n v e r t e r     I n v e r t e r   i s   a n   e l e c t r i c a l   d e v i c e   t o   c o n v e r t   e l e c t r i c a l   p o w e r   f r o m   D C   i n t o   A C   f o r m   a t   t h e   d e s i r e d   f r e q u e n c y   o f   t h e   l o a d   [ 5 ] .   i n v   .   I N V P F C P L I N V P h ) ( + = -   ( 1 2 )   w h e r e   η i n v   i s   i n v e r t e r   e f f i c i e n c y .       4 .   R e l i a b i l i t y   a n d   O b j e c t i v e   F u n c t i o n   I n   t h i s   s t u d y ,   t h e   o b j e c t i v e   f u n c t i o n   i s   t h e   a n n u a l   c o s t   o f   s y s t e m   ( A C S ) .   M e a n w h i l e ,   a l l   e c o n o m i c a l   c o m p o n e n t s   c a n   b e   s e e n   a t   T a b l e   2 .   T h e   A C S   m o d e l   i s   s u i t a b l e   t o   f i n d   t h e   b e s t   b e n c h m a r k   o f   c o s t   a n a l y s i s .   A n n u a l   c o s t   o f   s y s t e m   c o n v e r t   t h e   a n n u a l   c a p i t a l   c o s t   ( A C C ) ,   a n n u a l   o p e r a t i o n   m a i n t e n a n c e   ( A O M ) ,   a n n u a l   r e p l a c e m e n t   c o s t   ( A R C )   a n d   a n n u a l   c u s t o m e r   d a m a g e   c o s t   ( A D C ) .   T h e   c o m p o n e n t s   t o   b e   c o n s i d e r e d   a r e   w i n d t u r b i n e ,   m i c r o - h y d r o ,   e l e c t r o l y z e r ,   h y d r o g e n   t a n k ,   f u e l - c e l l   a n d   i n v e r t e r .   A C S   i s   c a l c u l a t e d   i n   t h e   f o l l o w i n g     e q u a t i o n   [ 1 ] :   A D C A R C A O M A C C A C S + + + =   ( 1 3 )     A n n u a l   c a p i t a l   c o s t   o f   e a c h   u n i t   t h a t   d o e s   n o t   n e e d   r e p l a c e m e n t   d u r i n g   p r o j e c t   l i f e t i m e   i s   c a l c u l a t e d   a s   f o l l o w s :   y ) C R F ( i   c a p C A C S , =   ( 1 4 )     w h e r e C c a p   i s   t h e   c a p i t a l   c o s t   o f   e a c h   c o m p o n e n t   i n   U S $ ,   y   i s   t h e   p r o j e c t   l i f e t i m e   i n   y e a r .   C R F   i s   c a p i t a l   r e c o v e r y   f a c t o r ,   a   r a t i o   t o   c a l c u l a t e   t h e   p r e s e n t   v a l u e   o f   a   s e r i e s   o f   e q u a l   a n n u a l   c a s h   f l o w s .   T h i s   f a c t o r   i s   c a l c u l a t e d   a s   f o l l o w s :   1 ) 1 ( ) 1 ( - + + = y i y i i C R F   ( 1 5 )     w h e r e i i s   t h e   a n n u a l   r e a l   i n t e r e s t   r a t e .   T h e   a n n u a l   r e a l   i n t e r e s t   r a t e   i n c l u d e s   t h e   n o m i n a l   i n t e r e s t   a n d   a n n u a l   i n f l a t i o n   r a t e s .   T h i s   r a t e   i s   c a l c u l a t e d   a s   f o l l o w s :   ) 1 ( ) ' ( f f i i + - =   ( 1 6 )     w h e r e i   i s   t h e   l o a n   i n t e r e s t   a n d   f   i s   t h e   a n n u a l   i n f l a t i o n   r a t e .   T h e   a n n u a l   o p e r a t i o n   a n d   m a i n t e n a n c e   c o s t   o f   t h e   s y s t e m   ( A O M )   a s   a   f u n c t i o n   o f   c a p i t a l   c o s t ,   r e l i a b i l i t y   o f   c o m p o n e n t s   λ   a n d   t h e i r   l i f e t i m e   c a n   b e   d e t e r m i n e d   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g   e q u a t i o n :   y c a p C A O M / ) 1 ( l - =   ( 1 7 )     A R C   i s   t h e   a n n u a l   c o s t   v a l u e   f o r   r e p l a c i n g   u n i t s   d u r i n g   t h e   p r o j e c t   l i f e t i m e .   E c o n o m i c a l l y ,   a n n u a l   r e p l a c e m e n t   c o s t   i s   c a l c u l a t e d   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g   e q u a t i o n :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   4 ,     D e c e m b e r   2 0 1 2   :     6 9 5 7 0 2   7 0 0 ) , ( r e p y i S F F r e p C A R C =   ( 1 8 )     w h e r e C r e p   i s   t h e   r e p l a c e m e n t   c o s t   o f   f u e l   c e l l   a n d   e l e c t r o l y z e r   i n   U S $ ,   y r e p   i s   t h e   l i f e t i m e   o f   e l e c t r o l y z e r   a n d   f u e l   c e l l   i n   y e a r .   I n   t h i s   c a s e   t h e   r e p l a c e m e n t   c o s t   o f   b a t t e r y   b a n k s   i s   s i m i l a r   t o   i t s   c a p i t a l   c o s t .   S F F   i s   t h e   s i n k i n g   f u n d   f a c t o r ,   a   r a t i o   t o   c a l c u l a t e   t h e   f u t u r e   v a l u e   o f   a   s e r i e s   o f   e q u a l   a n n u a l   c a s h   f l o w s .   T h i s   f a c t o r   i s   c a l c u l a t e d   a s   f o l l o w s :   1 ) 1 ( - + = y i i S F F   ( 1 9 )     T a b l e   2 . T e c h n i c a l   a n d   e c o n o m i c a l   s p e c i f i c a t i o n   V a r i a b l e s   v a l u e   N o m i n a l   i n t e r e s t   r a t e   i '   ( % )   8 . 2 5   I n f l a t i o n   r a t e   f   ( % )   8 . 1 7   P r o j e c t   L i f e t i m e   ( y e a r s )   2 0   W i n d   t u r b i n e s   l i f e t i m e   ( y e a r s )   2 0   H y d r o g e n   t a n k s   l i f e t i m e   ( y e a r s )   2 0   E l e c t r o l y z e r   l i f e t i m e   ( y e a r s )   1 0   F u e l   c e l l   l i f e t i m e   ( y e a r s )   1 0   I n v e r t e r   l i f e t i m e   ( y e a r s )   2 0   C o s t   o f   H y d r o g e n   ( U S $ / k W )   1 , 5 0 0   C o s t   o f   e l e c t r o l y z e r   ( U S $ )   2 , 0 0 0   C o s t   o f   f u e l - c e l l   ( U S $ )   3 , 0 0 0   C o s t   o f   m i c r o - h y d r o   ( U S $ / k W )   4 , 0 0 0   C o s t   o f   w i n d   t u r b i n e   o f   1 0 0   k W   ( U S $ )   1 , 0 0 0 , 0 0 0   C o s t   o f   i n v e r t e r   ( U S $ / k W )   8 0 0       F i g u r e   5 . O p t i m i z a t i o n   p r o c e s s   u s i n g   G e n e t i c   A l g o r i t h m         F i g u r e   6 :   O p t i m i z a t i o n   p r o c e s s   u s i n g   G A         5 .   O p t i m i z a t i o n   P r o c e d u r e   u s i n g   G e n e t i c   A l g o r i t h m   S i m u l a t i o n   m e t h o d   u t i l i z e s   g e n e t i c   a l g o r i t h m   ( G A )   t o   d e t e r m i n e   t h e   o p t i m a l   s i z i n g   o f   t h e   h y b r i d   s y s t e m .   T h e   c o n c e p t   o f   G A   i s   d i f f e r e n t   f r o m   t r a d i t i o n a l   s e a r c h   a n d   o p t i m i z a t i o n   m e t h o d   u s e d   t o   s o l v e   t h e   e n g i n e e r i n g   p r o b l e m s .   T h e   b a s i c   i d e a   o f   G A   i s   t a k e n   f r o m   g e n e t i c   p r o c e s s   i n   0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 x   1 0 7 N u m b e r   o f   g e n e r a t i o n F i t n e s s   v a l u e   ( U S $ ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A       O p t i m a l   D e s i g n   o f   F u e l - c e l l ,   W i n d   a n d   b i o l o g y   t h a t   u s e d   a r t i f i c i a l l y   t o   b u i l d   s e a r c h   a l g o r i t h m s .   T h i s   t e c h n i q u e   i s   i n t r o d u c e d   t o   f i n d   t h e   o p t i m a l   s o l u t i o n   b a s e d   o n   n a t u r a l   s e l e c t i o n .   T h e   m a i n   o b j e c t i v e   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i s   t o   f i n d   t h e   o p t i m u m   s i z e   o f   h y d r o g e n   t a n k s ,   n u m b e r   o f   w i n d   t u r b i n e s   a n d   n u m b e r   o f   m i c r o T o   p r o c e s s   t h i s   s t u d y ,   t h e   a n n u a l   d a t a   o f   f l o w   r a t e   o f   r i v e r ,   w i n d   s p e e d   a n d   l o a d   d e m a n d   a r e   i n i t i a l l y   s e t   a s   t h e   i n p u t s .   T h e n ,   t h e   s i z e   o f   h y d r o g e n m i c r o - h y d r o   a r e   r a n d o m l y   c h o s e n   t o   b e c o m e   t h e   G A   c h r o m o s o m e s .   E a c h   c h r o m o s o m e   c o n s i s t s   o f   t h r e e   g e n e s   i n   f o r m   o f   [ N N W T   i s   t h e   n u m b e r   o f   w i n d   t u r b i n e s   a n d   N p o p u l a t i o n ,   t h e   a n n u a l   p o w e r   s u p p l y   s i m u l a t i o n s   a r e   p e r f o r m e d .   T h e   s i m u l a t i o n s   o f   a n n u a l   p o w e r   s u p p l y   a r e   r e p e a t e d   f o r   e a c h   c h r o m o s o m e   u n t i l   i t   r e a c h e s   t h e   f i n a l   g e n e r a t i o n   a s   d e f i n e d   i n   t h e   b e g i n n i n g   o f   t h e   s i m u l a t i o n   p r o c e s s .   E a c h   g e n e r a t i o n   o f   t p r e s e r v e d   a n d   c o m p a r e d   w i t h   t h e   b e s t   c h r o m o s o m e   o b t a i n e d   f r o m   t h e   n e x t   g e n e r a t i o n .   T h e   b e s t   c h r o m o s o m e   i n   t h e   f i n a l   g e n e r a t i o n   i s   c o n s i d e r e d   a s   t h e   o p t i m u m   p a r a m e t e r   v a l u e   o f   t h e   h y b r i d   s y s t e m .   I n   o r d e r   t o   s e l e c t   t h e   c h r o m o s o m e s   s u b j e p r o c e s s i n g   t h e   n e x t   g e n e r a t i o n   p o p u l a t i o n ,   t h e   r o u l e t t e   w h e e l   m e t h o d   i s   c o n s i d e r e d   a s   t h e   s e l e c t i o n   p r o c e s s .   I n   t h i s   s i m u l a t i o n ,   t h e   c r o s s o v e r   a n d   m u t a t i o n   p r o b a b i l i t y   a r e   a s s u m e d   a s   0 . 7 5   a n d   0 . 0 1 5 ,   r e s p e c t i v e l y   T h e   c o n v e r g e n c e   c u r v e s   o f   t h e   G A   f o r   t h e   s y s t e b e   s e e n   t h a t   t h e   o p t i m a l   v a l u e s   c a n   b e   o b t a i n e d   c l o s e d   t o   7 0   g e n e r a t i o n s .   H e n c e ,   1 0 0   i t e r a t i o n s   c a n   b e   c o n s i d e r e d   a s   a   f a i r   t e r m i n a t i o n   c r i t e r i o n .     6 .   R e s u l t s   a n d   A n a l y s i s     T a b l e   3   d e p i c t s   t h e   c a p a c i t y   o f   e a c h   c o m p o n e n t   t h a t ( m e t h o d   1 )   a n d   t r i a l   a n d   e r r o r   ( m e t h o d   2 ) .   T h e   o p t i m u m   s y s t e m   s i z e   w i l l   b e   i m p l e m e n t e d   i n   L e u w i j a w a   h y b r i d   p o w e r   s y s t e m ,   l o c a t e d   i n   C e n t r a l   J a v a ,   I n d o n e s i a . o p t i m u m   s y s t e m   u s i n g   G e n e t i c   A l g o r i t h m     T a b l e   3 . T h e   m a i n   c o m p o n e n t   o f   t h e   g e n e r a t i n g   c a p a c i t y   o f   h y b r i d N o   C o m p o n e n t   T y p e 1   H y d r o g e n   T a n k 2   W i n d   P o w e r 3   H y d r o   P o w e r     F i g u r e   7 . C o s t   e l e m e n t   o f   p r o p o s e d   c o n f i g u r a t i o n   T h e   o p t i m u m   c a p a c i t y   o f   t h e   c o m p o n e n t s   a r e , t u r b i n e   g e n e r a t o r   u n i t s   e a c h 1 0 0 k t o   d e s i g n   s u c h   s y s t e m   i s   U S $ o f   U S $   0 . 1 4   m i l l i o n   a n d   A R C   r e s u l t s   c a n   b e   s e e n   i n   t h e   F i g I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   W i n d   a n d   M i c r o - h y d r o   H y b r i d   S y s t e m   u s i n g   G e n e t i c   b i o l o g y   t h a t   u s e d   a r t i f i c i a l l y   t o   b u i l d   s e a r c h   a l g o r i t h m s .   T h i s   t e c h n i q u e   i s   i n t r o d u c e d   t o   f i n d   t h e   o p t i m a l   s o l u t i o n   b a s e d   o n   n a t u r a l   s e l e c t i o n .   T h e   m a i n   o b j e c t i v e   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i s   t o   i z e   o f   h y d r o g e n   t a n k s ,   n u m b e r   o f   w i n d   t u r b i n e s   a n d   n u m b e r   o f   m i c r o t h i s   s t u d y ,   t h e   a n n u a l   d a t a   o f   f l o w   r a t e   o f   r i v e r ,   w i n d   s p e e d   a n d   l o a d   d e m a n d   a r e   i n i t i a l l y   s e t   a s   t h e   i n p u t s .   T h e n ,   t h e   s i z e   o f   h y d r o g e n   t a n k s ,   w i n d   t u r b i n e s   a n d   d r o   a r e   r a n d o m l y   c h o s e n   t o   b e c o m e   t h e   G A   c h r o m o s o m e s .   E a c h   c h r o m o s o m e   c o n s i s t s   o f   t h r e e   g e n e s   i n   f o r m   o f   [ N H y T ,   N W T ,   N H y d ] ;   w h e r e   N H y T   i s   t h e   n u m b e r   o f   h y d r o g e n   t a n k s ,   i s   t h e   n u m b e r   o f   w i n d   t u r b i n e s   a n d   N H y d   i s   n u m b e r   o f   m i c r o - h y d r o .   A f t e r   s e t t i n g   t h e   p o p u l a t i o n ,   t h e   a n n u a l   p o w e r   s u p p l y   s i m u l a t i o n s   a r e   p e r f o r m e d .   T h e   s i m u l a t i o n s   o f   a n n u a l   p o w e r   s u p p l y   a r e   r e p e a t e d   f o r   e a c h   c h r o m o s o m e   u n t i l   i t   r e a c h e s   t h e   f i n a l   g e n e r a t i o n   a s   d e f i n e d   i n   t h e   b e g i n n i n g   o f   t h e   s i m u l a t i o n   p r o c e s s .   E a c h   g e n e r a t i o n   o f   t h e   b e s t   c h r o m o s o m e   i s   p r e s e r v e d   a n d   c o m p a r e d   w i t h   t h e   b e s t   c h r o m o s o m e   o b t a i n e d   f r o m   t h e   n e x t   g e n e r a t i o n .   T h e   b e s t   c h r o m o s o m e   i n   t h e   f i n a l   g e n e r a t i o n   i s   c o n s i d e r e d   a s   t h e   o p t i m u m   p a r a m e t e r   v a l u e   o f   t h e   h y b r i d   s y s t e m .   I n   o r d e r   t o   s e l e c t   t h e   c h r o m o s o m e s   s u b j e c t e d   t o   t h e   c r o s s o v e r   a n d   m u t a t i o n   f o r   p r o c e s s i n g   t h e   n e x t   g e n e r a t i o n   p o p u l a t i o n ,   t h e   r o u l e t t e   w h e e l   m e t h o d   i s   c o n s i d e r e d   a s   t h e   s e l e c t i o n   p r o c e s s .   I n   t h i s   s i m u l a t i o n ,   t h e   c r o s s o v e r   a n d   m u t a t i o n   p r o b a b i l i t y   a r e   a s s u m e d   a s     o n v e r g e n c e   c u r v e s   o f   t h e   G A   f o r   t h e   s y s t e m   u n d e r   s t u d y   i s   s h o w n   i n   F i g b e   s e e n   t h a t   t h e   o p t i m a l   v a l u e s   c a n   b e   o b t a i n e d   c l o s e d   t o   7 0   g e n e r a t i o n s .   H e n c e ,   1 0 0   i t e r a t i o n s   c a n   b e   c o n s i d e r e d   a s   a   f a i r   t e r m i n a t i o n   c r i t e r i o n .   T a b l e   3   d e p i c t s   t h e   c a p a c i t y   o f   e a c h   c o m p o n e n t   t h a t   w a s   o p t i m i z e d   u s i n g   e r r o r   ( m e t h o d   2 ) .   T h e   o p t i m u m   s y s t e m   s i z e   w i l l   b e   i m p l e m e n t e d   i n   L e u w i j a w a   h y b r i d   p o w e r   s y s t e m ,   l o c a t e d   i n   C e n t r a l   J a v a ,   I n d o n e s i a .   T h e   c o s t   e l e m e n t   o f   t h e   G e n e t i c   A l g o r i t h m   i s   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   7 .   T a b l e   3 . T h e   m a i n   c o m p o n e n t   o f   t h e   g e n e r a t i n g   c a p a c i t y   o f   h y b r i d C o m p o n e n t   T y p e   C a p a c i t y   M e t h o d   1   ( G A )   M e t h o d   2 H y d r o g e n   T a n k   1 9 . 8 5   t o n e s   1 9 . 8 5   t o n e s P o w e r   2 1   u n i t   x 1 0 0   k W   2 3   u n i t   x 1 0 0   k W H y d r o   P o w e r   6 1 0   k W   4 0 0   k W   C o s t   e l e m e n t   o f   p r o p o s e d   c o n f i g u r a t i o n   F i g u r e   8 .   P e r c e n t a g e s   o f   e a c h   e l e m e n t   c o s t     h e   o p t i m u m   c a p a c i t y   o f   t h e   c o m p o n e n t s   a r e ,   h y d r o g e n   t a n k   o f   1 9 . 8 5 e a c h 1 0 0 k   W a n d   m i c r o - h y d r o   p o w e r   o f   6 1 0 k W .   I n   t h i s   c a s e   o v e r a l l   c o s t   t o   d e s i g n   s u c h   s y s t e m   i s   U S $ 1 . 8 3   m i l l i o n .   T h i s   c o s t   c o m p o s e d   o f   A C C   o f U S $   1 . 3 5   m i l l i o n A R C   i s U S $ 0 . 3   m i l l i o n   a n d   r e q u i r e s   n o   a n n u a l   c o s t n   i n   t h e   F i g u r e   8 .   T h i s   f i g u r e ,   d e p i c t i n g   t h e   p e r c e n t a g e   o f A D C 0 % A O M 8 % A R C 1 7 %       s i n g   G e n e t i c   .   ( S o e d i b y o )   7 0 1 b i o l o g y   t h a t   u s e d   a r t i f i c i a l l y   t o   b u i l d   s e a r c h   a l g o r i t h m s .   T h i s   t e c h n i q u e   i s   i n t r o d u c e d   t o   f i n d   t h e   o p t i m a l   s o l u t i o n   b a s e d   o n   n a t u r a l   s e l e c t i o n .   T h e   m a i n   o b j e c t i v e   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i s   t o   i z e   o f   h y d r o g e n   t a n k s ,   n u m b e r   o f   w i n d   t u r b i n e s   a n d   n u m b e r   o f   m i c r o - h y d r o .   t h i s   s t u d y ,   t h e   a n n u a l   d a t a   o f   f l o w   r a t e   o f   r i v e r ,   w i n d   s p e e d   a n d   l o a d   t a n k s ,   w i n d   t u r b i n e s   a n d   d r o   a r e   r a n d o m l y   c h o s e n   t o   b e c o m e   t h e   G A   c h r o m o s o m e s .   E a c h   c h r o m o s o m e   i s   t h e   n u m b e r   o f   h y d r o g e n   t a n k s ,   h y d r o .   A f t e r   s e t t i n g   t h e   i n i t i a l   p o p u l a t i o n ,   t h e   a n n u a l   p o w e r   s u p p l y   s i m u l a t i o n s   a r e   p e r f o r m e d .   T h e   s i m u l a t i o n s   o f   a n n u a l   p o w e r   s u p p l y   a r e   r e p e a t e d   f o r   e a c h   c h r o m o s o m e   u n t i l   i t   r e a c h e s   t h e   f i n a l   g e n e r a t i o n   a s   d e f i n e d   h e   b e s t   c h r o m o s o m e   i s   p r e s e r v e d   a n d   c o m p a r e d   w i t h   t h e   b e s t   c h r o m o s o m e   o b t a i n e d   f r o m   t h e   n e x t   g e n e r a t i o n .   T h e   b e s t   c h r o m o s o m e   i n   t h e   f i n a l   g e n e r a t i o n   i s   c o n s i d e r e d   a s   t h e   o p t i m u m   p a r a m e t e r   v a l u e   o f   t h e   c t e d   t o   t h e   c r o s s o v e r   a n d   m u t a t i o n   f o r   p r o c e s s i n g   t h e   n e x t   g e n e r a t i o n   p o p u l a t i o n ,   t h e   r o u l e t t e   w h e e l   m e t h o d   i s   c o n s i d e r e d   a s   t h e   s e l e c t i o n   p r o c e s s .   I n   t h i s   s i m u l a t i o n ,   t h e   c r o s s o v e r   a n d   m u t a t i o n   p r o b a b i l i t y   a r e   a s s u m e d   a s   m   u n d e r   s t u d y   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   6 .   I t   c a n   b e   s e e n   t h a t   t h e   o p t i m a l   v a l u e s   c a n   b e   o b t a i n e d   c l o s e d   t o   7 0   g e n e r a t i o n s .   H e n c e ,   1 0 0   i t e r a t i o n s   w a s   o p t i m i z e d   u s i n g   G A     e r r o r   ( m e t h o d   2 ) .   T h e   o p t i m u m   s y s t e m   s i z e   w i l l   b e   i m p l e m e n t e d   i n   T h e   c o s t   e l e m e n t   o f   t h e   T a b l e   3 . T h e   m a i n   c o m p o n e n t   o f   t h e   g e n e r a t i n g   c a p a c i t y   o f   h y b r i d   M e t h o d   2   1 9 . 8 5   t o n e s   u n i t   x 1 0 0   k W   k W     P e r c e n t a g e s   o f   e a c h   e l e m e n t   1 9 . 8 5   t o n e s ,   2 1   w i n d   .   I n   t h i s   c a s e   o v e r a l l   c o s t   $   1 . 3 5   m i l l i o n ,   A O M   c o s t   f o r   A D C . T h e s e   t h e   p e r c e n t a g e   o f   t h e   c o s t   o f   e a c h   A C C 7 5 % Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   4 ,     D e c e m b e r   2 0 1 2   :     6 9 5 7 0 2   7 0 2 p a r t   o f   t h e   c o s t   i s ;   a n n u a l   c a p i t a l   c o s t = 7 5 % ,   a n n u a l   p e r a t i o n   a n d   m a i n t e n a n c e =   8   % ,   a n n u a l   r e p l a c e m e n t   c o s t = 1 7 %   a n d   a n n u a l   c u s t o m e r   d a m a g e   c o s t = 0 %   i n t e r r u p t i o n   t h e   v a l u e   i s   z e r o .   I t   m e a n s   t h a t   t h e   p r o p o s e d   c o n f i g u r a t i o n   h a s   1 0 0 %   r e l i a b i l i t y .           F i g u r e   9 .   O p t i m i z a t i o n   f o r   M i c r o - h y d r o   P o w e r V s   A D C   a n d   A C S           F i g u r e   1 0 .   O p e r a t i o n   o f   e a c h   p o w e r   s y s t e m   i n   2 4   h o u r     F i g u r e   9   i l l u s t r a t e s   t h e   o p t i m u m   c o n d i t i o n   p r o v i d e d   b y   g e n e t i c   a l g o r i t h m   t h a t   t h e   M i c r o - h y d r o   s i z e   i s   6 1 0   k W .   O t h e r   c o m p o n e n t s   a r e   2 1   u n i t s   o f   w i n d   t u r b i n e   w i t h   e a c h   c a p a c i t y   i s   1 0 0   k W , t h e   a n n u a l   c o s t   o f   s y s t e m i s   U S $   2 . 0 8   m i l l i o n . I n   t h i s   c o n d i t i o n ,   t h e   c o s t   f o r   a n n u a l   c u s t o m e r   d a m a g e   i s   z e r o .     H o w e v e r ,   t h e   a n n u a l   c a p i t a l   c o s t   o f   m e t h o d   2   w a s   f o u n d   a s   U S $   1 2 . 8 3   m i l l i o n     F i g u r e   1 0   d e m o n s t r a t e s   t h e   d a i l y   p r o f i l e   o f   o p t i m u m   c o m p o n e n t   s i z e s   t o   m e e t   t h e   l o a d .   T h e   m i c r o - h y d r o   s u p p l i e s   c o n s t a n t l y   a t   6 1 0   k W   f o r   2 4   h o u r .   W h e n   t h e   l o a d   i s   l o w e r   t h e   m i c r o - h y d r o   p o w e r ,   t h e   r e m a i n i n g   e n e r g y   i s   f o r   p r o d u c i n g   h y d r o g e n   w h i l e t h e   f u e l - c e l l   d o e s   n o t   s u p p l y   a n y   p o w e r   t o   t h e   l o a d .   T h e n ,   d u r i n g   t h e   p e a k   l o a d ,   t h e   f u e l - c e l l   c o n t r i b u t e s   p o w e r   t o   t h e   l o a d ,   s h a r i n g   w i t h   t h e   m i c r o - h y d r o .       7 .   C o n c l u s i o n     I n t e l l i g e n c e   m e t h o d   b y   m e a n   o f   g e n e t i c   a l g o r i t h m   h a s   b e e n   s u c c e s s f u l l y   t e s t e d   t o   f i n d   t h e   o p t i m a l   s i z e   o f   h y d r o g e n ,   w i n d   t u r b i n e s   a n d   m i c r o - h y d r o   s y s t e m   f o r   r e m o t e   i s l a n d   a p p l i c a t i o n .   T h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s a c h i e v i n g   a n   o p t i m u m   c o n f i g u r a t i o n   c o n s i s t   o f   1 9 . 8 5   T o n s   o f   h y d r o g e n   t a n k s ,   6 1 0 k W   o f   m i c r o - h y d r o   u n i t   a n d   2 1   u n i t s   o f   w i n d   t u r b i n e   w i t h   e a c h   c a p a c i t y   i s   1 0 0 k W .   T h e   a n n u a l   c o s t   o f   s y s t e m   i s U S $   2 . 0 8   m i l l i o n ,   w h i l e   t h e   a n n u a l   c a p i t a l   c o s t   i s   U S $   1 . 3 5   m i l l i o n . T h i s   s y s t e m   i s   p l a n n e d   t o   b e   u s e d   f o r   e l e c t r i f i c a t i o n   i n   t h e   L e u w i j a w a   v i l l a g e   C e n t r a l   J a v a ,   I n d o n e s i a .         R e f e r e n c e s   [ 1 ]       H   Su r y o a t m o j o ,   AA  El b a s e t ,   T   H i y a m a .   Ec o n o m i c   a n d   R e l i a b i l i t y   Ev a l u a t i o n   o f   W i n d - D i e s e l - Ba t t e r y   Sy s t e m   f o r   I s o l a t e d   I s l a n d   C o n s i d e r i n g   C O 2   E m i s s i o n .   I EEJ   T r a n s .   PE .   2 0 0 9 ;   1 2 9   ( 8 ) :   1 0 0 0 - 1 0 0 8 .   [ 2 ]   D o a a   M   At i a ,   F a t e n   H   F a h m y ,   N i n e t   M   Ah m e d ,   H a s s e n   T   D o r r a h .   M o d e l i n g   a n d   C o n t r o l   PV - W i n d   H y b r i d   Sy s t e m   Ba s e d   O n   F u z z y   L o g i c   C o n t r o l   T e c h n i q u e . T EL KO M N I KA .   2 0 1 2 ;   1 0 ( 3 ) :   4 3 1 - 4 4 1 .     [ 3 ]     H   Su r y o a t m o j o ,   T   H i y a m a ,   AA.   El b a s e t ,   M     As h a r i .   O p t i m a l   D e s i g n   o f   W i n d - PV - D i e s e l - Ba t t e r y   Sy s t e m   u s i n g   G e n e t i c   Al g o r i t h m .   I EEJ   T r a n s . PE . 2 0 0 9 ;   1 2 9 ( 3 ) :   4 1 3 - 4 2 0 .   [ 4 ]         M i t h u n   M   Bh a s k a r ,   Sy d u l u   M a h e s w a r a p u .   H y b r i d   G e n e t i c   Al g o r i t h m   Ap p r o a c h   f o r   O p t i m a l   Po w e r   F l o w .   T EL KO M N I KA .   2 0 1 1 ;   9 ( 2 ) :   2 1 1 - 2 1 6 .   [ 5 ]     Ka s h e f i   Ka v i a n i ,   G H   R i a h y ,   SH M   Ko u h s a r i .   O p t i m a l   D e s i g n   o f   R e l i a b l e   H y d r o g e n - Ba s e d   St a n d - Al o n e   W i n d / PV  G e n e r a t i n g   Sy s t e m   C o n s i d e r i n g   C o m p o n e n t   O u t a g e s .   R e n e w a b l e   En e r g y .   2 0 0 9 ;   3 4 :   2 3 8 0 - 2 3 9 0 .   [ 6 ]     R   D u f o   L o p e z ,   J L   Be r n a l - Ag u s t i n .   D e s i g n   a n d   C o n t r o l   St r a t e g i e s   o f   PV - D i e s e l   Sy s t e m s   u s i n g   G e n e t i c   Al g o r i t h m s .   So l a r   e n e r g y .   2 0 0 5 ;   7 9 :   3 3 - 4 6 .   [ 7 ]   N e w   D i s t r i b u t i o n   Pr o c e s s   f o r   N R EL ' s   H O M ER   M o d e l ,   h t t p s : / / a n a l y s i s . n r e l . g o v / h o m e r /   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.