## ANALISIS PEMANFAATAN BATERAI VANADIUM REDOX FLOW PADA SISTEM KETENAGALISTRIKAN HIBRID DI PULAU UR
Ruly Bayu Sitanggang 1) , Indra Aditya 2) , Meiri Triani 3) , Rasgianti 4) , Eko Supriyanto 5) , Nur Cahyo 6) 1,2,3,4,5,6) PT PLN (Persero) Pusat Penelitian dan Pengembangan Ketenagalistrikan Email: rully.bs@pln.co.id 1) Nomor Telp: +62 852 2005 5339 Asal Negara: Indonesia

## ABSTRAK
Baterai Vanadium Redox Flow (VRFB) adalah teknologi penyimpanan energi yang telah digunakan pada beberapa demo-plant sistem tenaga listrik skala kecil. Pada penelitian ini dilakukan analisis pemanfaatan VRFB untuk  sistem  ketenagalistrikan  di  Pulau  Ur.  Metode  yang  digunakan  dalam  kajian  adalah  review  literatur, pemodelan tekno-ekonomi menggunakan software Homer Pro . Baterai VRFB merupakan teknologi penyimpanan tipe Redox Flow yang paling mature dan digunakan pada beberapa proyek demonstrasi di beberapa negara dan telah  memasuki  tahap  komersialisasi  untuk  aplikasi  penyimpan  energi  skala  besar.  Karakteristik  yang  cukup berbeda  dari  VRFB  adalah  dapat  dipisahkannya  daya  dan  energi  dalam  desain  energi  penyimpanan,  memiliki siklus hidup yang tinggi dan dapat mencapai DoD yang tinggi. Meskipun memiliki energi densitas yang rendah dibandingkan dengan teknologi Li-ion, faktor safety VRFB lebih baik karena tidak memiliki risiko kebakaran jika terjadi short-circuit . Temperatur merupakan aspek yang perlu diperhatikan pada baterai ini karena pengoperasian diluar  range  temperatur  akan  menyebabkan  presipitasi  pada  elektrolit  yang  dapat  menyebabkan  kerusakan membran dan penurunan kapasitas. Selain itu overcharging dapat menyebabkan reaksi samping pembentukan gas Hidrogen.  Oksidasi  elektroda  merupakan  faktor  lain  yang  perlu  diperhatikan  karena  dapat  menyebabkan delaminasi karbon pada elektroda. Hasil simulasi tekno-ekonomi pada sistem kecil menunjukkan nilai biaya energi (COE) dari konfigurasi sistem hibrid dengan menggunakan VRFB adalah $0.288/kWh. Hasil analisis sensitivitas menunjukkan  bahwa  COE  sistem  akan  bergantung  secara  signifikan  pada  harga capital elektrolit  dimana diprediksi jika harga elektrolit lebih rendah 40% akan sebanding dengan COE sistem menggunakan baterai lead acid .
Kata kunci: baterai vanadium, sistem hibrid, penyimpanan energi

## ABSTRACT
The Vanadium Redox Flow (VRFB) battery is an energy storage technology that has been used in several small-scale electric power system demo plants. In this study, an analysis for the application of VRFB in Ur Island electrical  system  was  carried  out.  The  method  used  in  the  study  is  a  literature  review,  and  techno-economic modeling using Homer Pro software. VRFB battery is the most mature storage technology of redox flow type, and used in several demonstration projects in several countries and has entered the commercialization stage for large- scale energy storage applications. VRFB can separate power and energy in the energy storage design, have a high cycle life, and could achieve high DoD. Although it has a low energy density compared to Li-ion technology, the safety factor of VRFB is better because it does not have a fire risk in the event of a short-circuit. Temperature is an aspect that needs to be considered in this battery because operating outside the temperature range will cause precipitation  of  the  electrolyte  which  can  cause  membrane  damage  and  decreased  capacity.  In  addition, overcharging can cause side reactions to form hydrogen gas. Oxidation of the electrode is another factor that needs to be considered because it can cause delamination of carbon on the electrode. The results of the techno- economic simulation on Ur Island show that the cost of energy (COE) of the hybrid system configuration using VRFB is $0.288/kWh. The sensitivity analysis results show that the COE of the system will depend significantly on the price of the electrolyte capital which is predicted if the electrolyte price is lower than 40% it will be comparable to the COE of the system using lead-acid batteries.
Keywords: vanadium battery, hybrid system, energy storage.

## 1. PENDAHULUAN
Seiring  dengan  meningkatnya  perhatian masyarakat dunia akan pengaruh penggunaan energi fosil  terhadap  kondisi  pemanasan  global  dan meningkatnya  tren  pemanfaatan  energi  terbarukan dalam  berbagai  negara  di  dunia,  terutama  pada sumber  energi  terbarukan  yang intermittent atau variabel, permintaan terhadap penggunaan penyimpanan energi telah meningkat tinggi di dunia (IRENA,  2017).  Teknologi  penyimpanan  energi diprediksi  akan  memegang  peranan  penting  dalam fase  energi  transisi  dari  penggunaan  energi  fosil menuju energi terbarukan dan juga akan mendukung dekarbonisasi  pada  sektor  energi.  Pada  sistem ketenagalistrikan  dengan  persentase  bauran  energi terbarukan yang tinggi, akan memerlukan fleksibilitas  operasi  yang  tinggi  dan  perlu  didukung dengan  sistem  yang  dapat  menyimpan  energi  yang dihasilkan dalam orde jam, hari bahkan bulan untuk dapat  mendukung  proses  dekarbonisasi  pada  sektor energi.  Teknologi  penyimpanan  energi  telah  lama dikenal  memiliki  potensi  yang  tinggi  untuk diaplikasikan pada skala utilitas. Penyimpanan energi dapat  menjalankan  peran  penting  dengan  berbagai fungsi  yang  berbeda  seperti  untuk  sumber  energi cadangan, penyeragaman atau pembentuk beban dan penstabil jaringan (Chen dkk., 2009).
Penggunaan  teknologi  penyimpanan  energi untuk load  leveling dan peak  shaving dapat meningkatkan utilisasi aset pada sistem pembangkitan,  transmisi  dan  distribusi serta menunda  investasi  penambahan  kapasitas  pada pembangkitan di sistem ketenagalistrikan. Teknologi penyimpanan  energi  juga  dapat  digunakan  pada kondisi  jaringan  yang  dinamis  seperti  pengaturan frekuensi dan cadangan  daya. Pengembangan untuk aplikasi di bidang ketenagalistrikan telah meningkat seiring  dengan  meningkatnya  biaya  untuk  solusi alternatif. Perizinan dan pembangunan aset pembangkit  dan  transmisi  saat  ini  membutuhkan biaya  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  beberapa dekade  yang  lalu  akibat  meningkatnya  kesadaran terhadap lingkungan. Penelitian berkelanjutan diperlukan  untuk  mengevaluasi  keuntungan  bagi masyarakat  dan  juga  peluang  bisnis  bagi  penyedia ketenagalistrikan  untuk  pemanfaatan  desentralisasi sistem  penyimpanan  energi  serta  kombinasinya dengan kegiatan efisiensi energi, manajemen beban, pembangkitan  tersebar  dan  energi  terbarukan. Pengembangan  pada  teknologi  baterai  dapat memberikan peluang penerapan teknologi penyimpanan  energi heavy  duty  deep  cycle untuk penyeragaman  beban  dan  penurunan  beban  puncak sehingga  menguntungkan  penyedia  dan  konsumen tenaga  listrik.  Penggunaan  teknologi  penyimpanan energi  yang  efektif  dapat  memberikan  penurunan biaya penyediaan tenaga listrik, meningkatkan faktor daya dan meningkatkan keandalan dari aset distribusi (Akhil dkk., 2013).
Pemilihan  teknologi  penyimpanan  energi yang  ideal  bergantung  kepada  beberapa  faktor, seperti  jumlah  energi  atau  daya  penyimpanan  yang dibutuhkan, waktu yang dibutuhkan untuk penyimpanan atau pemakaian energi (jangka pendek atau  jangka  panjang),  dimensi,  isu  lingkungan, efisiensi  energi,  biaya  dan  lain  –  lain.  Klasifikasi teknologi  penyimpanan  energi  berdasarkan  waktu penyimpanan  dan  pelepasan  energi,  kapasitas  dan sektor  penggunaannya  (Argyrou  dkk.,  2018). Beberapa  teknologi  energi  penyimpanan  dapat digunakan  pada  sistem  transmisi  dan  distribusi dengan waktu instalasi lebih cepat dengan biaya yang lebih  rendah  dibandingkan  dengan  pembangunan sistem  infrastruktur  seperti  pembangkit,  saluran transmisi  dan  distribusi.  Salah  satu  teknologi penyimpanan energi yang memiliki peluang tersebut adalah teknologi baterai redox flow yang mengkonversi energi listrik menjadi energi potensial kimia  dengan  memberikan  muatan  pada  dua  jenis larutan  elektrolit.  Kapasitasnya  dapat  diatur  dari penggunaan  jumlah  elektrolit  yang  digunakan sehingga relatif lebih mudah jika diaplikasikan untuk skala besar. Baterai redox flow menawarkan beberapa keuntungan  seperti  laju self-discharge yang  rendah, tidak terdegradasi saat digunakan untuk aplikasi deep discharge ,  umur  yang  lebih  lama  dan  biaya pemeliharaan yang kecil. Namun beberapa kelemahan  yang  dimiliki  teknologi  tersebut  adalah biaya  investasi  yang  tinggi  dan  masih  memiliki beberapa  kendala  pengembangan  teknis  (Fan  dkk., 2020).
Beberapa  tipe  baterai redox  flow yang dikembangkan  beberapa  tahun  terakhir  adalah vanadium  redox  flow  batteries (VRFB), polysulfide bromide  batteries (PSB), iron  chromium  battery (FeCr) dan zinc-bromine batteri es (ZBR) (Chalamala dkk.,  2014). Vanadium  Redox  Flow  Battery merupakan tipe flow battery yang paling matang dan diklaim  memiliki  kemampuan  yang  sangat  baik untuk menyediakan energi dengan skala besar untuk aplikasi sistem kelistrikan yang terisolasi, terdistribusi  dan  untuk  optimasi  kualitas  daya (Skyllas-Kazacos & McCann, 2015).
Teknologi  VRFB  merupakan  salah  satu pilihan  untuk  aplikasi  pada  sistem  yang  besar  dan telah  mulai  memasuki  tahap  komersial.  Studi  ini bertujuan  untuk  melakukan  analisis  dan  evaluasi pada  teknologi  VRFB  dari  segi  teknis  dan keekonomian  pada  sistem  ketenagalistrikan.  Pada kajian  ini  dilakukan  simulasi  tekno-ekonomi  pada sistem  kecil  dengan  kondisi off-grid menggunakan software Homer Pro di Pulau Ur, Maluku Barat Daya, Indonesia.

## 2. METODE
Tahapan  studi  yang  dilakukan  terdiri  dari beberapa tahapan utama yaitu pengumpulan data dan pengolahan  data.  Pengumpulan  data  meliputi  data
sekunder yang diperoleh dari kajian literatur berupa publikasi  laporan,  tesis,  jurnal  dan  buku.  Data-data yang  terkumpul  meliputi  prinsip  kerja Redox  Flow Battery (RFB)  dan  teknologi  RFB  tersebut  dan pendalaman  lebih  lanjut  dilakukan  untuk  teknologi tipe  VFRB.  Data-data  yang  terkumpul  diolah untuk mendapatkan  hasil  akhir  berupa  perkembangan teknologi RFB terutama tipe VRFB. Adapun metode penelitian yang dilakukan pada studi ini dapat dilihat pada Gambar 1.

## Gambar 1. Metode penelitian
Pulau  Ur  merupakan  salah  satu  pulau  terluar di  Kepulauan  Kei,  Maluku  yang  berbatasan  dengan Pulau Utir di selatan dan Pulau Manir di timur seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Butuh waktu sekitar dua jam dengan kapal kecil dari Pulau Kei Kecil ke Pulau Ur. Pulau ini belum memiliki akses listrik dan PLN berencana  untuk  menyediakan  listrik  dari  generator diesel dengan kapasitas 25 kW.
Gambar 2. Lokasi studi simulasi
Untuk mengetahui perbandingan biaya penyediaan  tenaga  listrik  jika  menggunakan teknologi energi penyimpanan VRFB maka dilakukan simulasi tekno-ekonomi untuk penyediaan tenaga listrik di suatu daerah off-grid . Contoh kasus yang digunakan adalah model yang digunakan pada studi optimasi PLT Hibrid di Pulau Ur, Maluku Barat Daya,  Indonesia  (Aditya  dkk.,  2021)  menggunakan software HOMER  Pro.  Skema  simulasi  sistem kelistrikan  hibrid  yang  digunakan  ditunjukkan  pada Gambar 3.
Gambar 3. Skema model sistem hibrid pada pulau Ur yang menggunakan lead acid (Aditya dkk., 2021).
Pada  bus  AC  terhubung  komponen  PLTD, PLTB,  PLTS  dan  Converter.  Output  PLTS dikonversi menjadi listrik AC oleh inverter. Baterai bank  terhubung  pada  bus  DC  dan  dikoneksikan dengan  converter  yang  juga  berperan  sebagai pengendali  proses charge  -  discharge battery  bank . Pada  siang  hari  saat  kondisi  beban  rendah,  energi yang  dihasilkan  oleh  sub  sistem  PLTS  melebihi kebutuhan  beban  maka  kelebihan  energi  disimpan pada  baterai  untuk  digunakan  pada  beban  puncak atau  malam  hari.  Kemudian  pada  malam  hari  saat kebutuhan  energi  tidak  bisa  terpenuhi  oleh  baterai dan  energi  dari  PLTB  maka  PLTD  akan  bekerja untuk  memenuhi  kekurangan  energi  tersebut. HOMER  dapat  memodelkan  dua  strategi dispatch yaitu load  following (LF)  dan cycle  charging (CC) . Pada studi ini, kedua model tersebut digunakan untuk mendapatkan hasil optimal. Pada strategi LF, PLTD hanya  akan  memproduksi  daya  untuk  memenuhi kebutuhan beban saja. LF cenderung menjadi strategi optimal karena seringkali produksi energi terbarukan yang  melebihi  kebutuhan  beban.  Sedangkan  pada CC,  jika  PLTD  dibutuhkan  maka  generator  akan beroperasi dengan kapasitas penuh dan daya berlebih
akan disalurkan untuk charging bank baterai. Strategi ini cenderung optimal digunakan pada sistem dengan kapasitas  kecil  atau  tanpa  energi  terbarukan.  Pada simulasi  ini,  beban  pulau  Ur  diasumsikan  konstan tanpa ada pertumbuhan beban dengan beban rata-rata harian 234 kWh per hari dan beban puncak 25,6 kW. Adapun asumsi umur pakai dari sistem pada simulasi sistem  hibrid  yang  digunakan  adalah  25  tahun  dan interest  rate 6%  per  tahun.  Diagram  dari  simulasi sistem  hibrid  Pulau  Ur  yang  dimodifikasi  dengan mengubah penggunaan teknologi energi penyimpanan menggunakan VRFB ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Skema model sistem hibrid pada pulau Ur yang menggunakan VRFB
Tabel 1. Input spesifikasi komponen yang digunakan Kompone n Keterangan Kapasitas satuan PLTD Generic 25kW Fixed Capacity Genset 25 kW PLTS CS6X-325P 325 Wp Inverter CS6X-325P inverter 120 kW PLTB AWS HC Wind Turbine 1,5 kW Converter  System Converter 18,36,54 kW Storage sistem 1 Baterai Lead - Acid 1 kWh Storage sistem 2 Vanadium Redox Flow Battery 10,20 / 40,80,100 ,200 kW / kWh Strategi Dispatch HOMER Load Following dan Cycle Charging
Pada simulasi tekno-ekonomi yang dilakukan konfigurasi penggunaan energi penyimpanan diubah menggunakan  teknologi  VRFB  dengan  data  biaya yang  digunakan  dari  publikasi  dari  (Mongird  dkk, 2020a)  dan  (Noack  dkk,  2016)  serta Round  Trip Efficiency (RTE)  68  %  dan Depth  of  Discharge (DoD)  80%.  Pada  kategori storage dengan  tipe VFRB  komponen  biaya  antara stack dan  elektrolit merupakan  biaya  yang  terpisah  sehingga  optimasi software akan  dilakukan  pada  daya  dan  kapasitas energi  yang  dibutuhkan  oleh  sistem  tersebut. Ringkasan  dari  spesifikasi  komponen  yang  di-input dalam simulasi ditunjukkan pada Tabel 1 sedangkan biaya tiap komponen ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Input biaya komponen yang digunakan Komponen Biaya komponen Capital Replacement O & M PLTD $4.500 $4.500 $0,6/h PLTB $3.600/unit  $3.600/unit $100/y PLTS $550/kW $550/kW $11/y Converter $1.000/kW $1.000/kW $10/y Lead - Acid $150/unit $150/unit $15/y VRFB Stack $1658/kW $1658/kW $6,79/y VRFB Electrolyte $234/kWh $234/kWh $0.0005 /kWh 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Redox Flow Battery Redox  Flow  battery (RFB)  merupakan sistem  baterai  sekunder  yang  termasuk  dalam penyimpanan  energi  elektrokimia  yang  mengubah energi  kimia  menjadi  energi  listrik  dengan  proses reduksi dan oksidasi material aktif yang terlarut pada elektrolit. RFB, seperti baterai elektrokimia lainnya, terdiri  dari  dua  bagian  setengah  sel,  dan  setiap setengah  sel  memiliki  pasangan  redoks-nya  sendiri, yang  dapat  berubah  di  antara  dua  keadaan  oksidasi dengan  menjalani  reaksi  redoks  reversibel. Open circuit voltage (OCV) sel ditentukan oleh perbedaan potensial  elektrokimia  dari  dua  pasangan  redoks. Oleh  karena  itu,  pasangan  redoks  ini  memiliki pengaruh besar pada kinerja RFB, karena tidak hanya menentukan sifat termodinamika utama baterai yaitu, OCV,  tetapi  juga  kinetika  reaksi  elektrokimia  dan jumlah  elektron  per  reaksi  redoks,  stabilitas  kimia elektrolit, serta paparan kimia yang pada komponen baterai  lainnya.  Komponen  sistem  RFB  terdiri  dari kumpulan  unit cell dengan  elektroda  bipolar  yang tersusun  yang  disebut stack .  Beda  potensial  dari baterai  merupakan  penjumlahan  dari  beda  potensial dari  jumlah  unit cell yang  digunakan.  Kemudian dalam  membentuk  sistem  RFB stack disusun membentuk array dan  dihubungkan  dengan  pompa yang  akan  mensirkulasikan  larutan  elektrolit  dari tangki  menuju array  stack tersebut.  Elektroda  pada baterai  kemudian  dihubungkan  dengan power conditioner untuk  pengaturan  daya  dan  energi menuju jaringan tenaga listrik.
Pasangan redoks yang ideal adalah pasangan yang  memiliki  kinetika  redoks  yang  reversibel, mampu  menyimpan  banyak  elektron  per  molekul, relatif tidak berbahaya secara kimiawi, dan memiliki volatilitas yang rendah. Dengan demikian, sepasang pasangan redoks yang ideal harus memiliki tegangan operasi  yang  besar  per  sel  untuk  meminimalkan jumlah sel yang diperlukan, efisiensi round-trip yang tinggi, stabilitas kimia yang sangat baik untuk umur panjang, kelarutan  tinggi  dan  muatan  elektron  yang tinggi  setiap  perubahan  keadaan  oksidasi  untuk densitas energi tinggi.
Konstruksi cell pada  RFB  memiliki  plat positif dan negatif pengumpul arus pada sisi tepi dan plat  bipolar  pada  bagian cell tengah.  Reaksi  redoks selalu  melibatkan  transfer  elektron,  yang  mengalir melalui rangkaian eksternal RFB. Untuk menyeimbangkan elektron, dan melengkapi rangkaian, muatan juga dilewatkan melalui membran di  dalam  sel  RFB  dalam  bentuk  ion.  Ion  pembawa muatan ini biasanya proton pada tipe elektrolit asam (H + ) dan ion OH atau ion natrium pada tipe elektrolit basa.  Elektrolit  positif  dialirkan  pada  satu  sisi  plat bipolar  sedangkan  elektrolit  negatif  dialirkan  pada sisi  lainnya.  Separator  ion  atau  membran  berfungsi untuk  transfer  ion  pada  elektrolit  dan  mencegah pencampuran  ion  positif  dan  negatif  pada  larutan elektrolit.  Pompa  berfungsi  untuk  mensirkulasikan larutan  elektrolit  antara  tangki  eksternal  dan tumpukan cell ( stack ).  Saat  proses discharge ketika beban  dihubungkan  pada  elektroda  RFB  reaksi redoks  akan  terjadi  secara  spontan  sehingga melepaskan energi listrik dengan arah arus kebalikan dari proses charging dengan reaksi yang terjadi pada saat proses charge dan discharge adalah (Tangirala, 2011):
(n>x) Reaksi pada elektroda negatif (anoda) (1) Reaksi pada elektroda positif (katode) (2)
Konsep RFB  telah dikenal sejak abad ke-19, namun  perkembangan  RFB  modern  ditampilkan pertama  kali  oleh  NASA  pada  tahun  1970  yang menggunakan  kopel  larutan  redoks  Fe 3+ /Fe 2+ pada sisi  positif  dan  Cr 3+ /Cr 2+ dan  berhasil  pada  skala kilowatt,  namun  pada  pengembangan  lebih  lanjut terjadi  keterbatasan  akibat  buruknya  reversibilitas elektrokimia  Cr,  percampuran  pada  material  aktif, penurunan  kapasitas  baterai  akibat  terbentuknya hidrogen  dan  kebutuhan  akan  elektro-katalis  untuk meningkatkan performa baterai.

## 3.2. Vanadium Redox Flow Battery
Salah satu solusi untuk menangani permasalahan  kontaminasi  elektrolit  adalah  dengan
menggunakan  material  yang  sama  namun  dengan tingkat  oksidasi  yang  berbeda  pada  kedua  sisi  dan diimplementasikan  oleh  Universitas  New  South Wales  (UNSW),  Australia  pada  tahun  1980  dengan menggunakan  material  vanadium  dengan  empat kondisi  oksidasi  yaitu  V(V)  dan  V(IV)  pada  sisi positif  serta  V(III)  dan  V(II)  pada  sisi  negatif  dan muncullah teknologi Vanadium Redox Flow Battery (VRFB)  (Weber  dkk.,  2011).  Potensi  elektrokimia dari pasangan redoks merupakan faktor utama dalam penentuan  material  aktif  RFB.  Pada  teknologi  RFB yang menggunakan larutan aqueous , masing-masing potensial  pasangan  redoks  yang  dipilih  umumnya berada pada sisi yang saling berlawanan pada rentang stabilitas  elektrokimia  dari  pelarut  yang  diinginkan. Ini  memastikan  bahwa  tegangan  operasi  yang diperoleh dapat sebesar mungkin. VRFB merupakan teknologi  RFB  yang  paling  berkembang  karena memanfaatkan empat tingkat oksidasi yang berbeda dari  ion  vanadium  untuk  membentuk  dua  pasangan redoks  yang  dipisahkan  sebagai  anolit  dan  katolit dengan hanya satu elemen aktif di kedua sisi. Dengan demikian, transport silang dari komponen aktif yaitu vanadium  dalam  VRB  dapat  dikendalikan.  Sistem VRB  adalah  sistem  yang  menggunakan  pasangan redoks dari logam yang sama, sehingga mengandung pasangan  redoks  V 2+/ V 3+ pada  sel  negatif  dan pasangan  redoks  V 4+ /V 5+ pada  sel  positif.  Dengan memanfaatkan  empat  tingkat  oksidasi  vanadium yang berbeda ini, kontaminasi silang antara sel dapat dicegah.  Migrasi proton melalui membran membawa muatan  antara  dua  sel  dan  menyeimbangkan perubahan  oksidasi  vanadium  dan  elektron  yang mengalir  melalui  sirkuit  eksternal  sistem  RFB. Dalam  VRFB,  konversi  energi  diwujudkan  melalui perubahan keadaan valensi vanadium melalui reaksi elektroda berikut (Chen dkk., 2017):
Katoda:
VO 2 + + 2H + + e − ↔ VO 2+ + H 2 O (3)
Anoda: V 2+ − e − ↔ V 3+ (4)
Cell: VO 2 + + V 2+ +  2H + ↔ VO 2+ + V 3+ + H 2 O (5)
Reaksi elektrokimia keseluruhan memberikan tegangan  sel  1,26  V  pada  25  °C.  VRFB  generasi  1 menggunakan  pasangan  redox  V(III)/V(II)  dan V(V)/V(IV) yang terlarut dalam asam sulfat sebagai elektrolit negatif dan positif. Pada awalnya elektrolit merupakan  campuran  ion  V(III)  dan  V(IV)  dalam asam sulfat dengan rasio 50:50 yang disebut V (3,5+) dan ditambahkan pada kedua sel elektroda. Pada saat proses charging awal proses dua langkah mengubah V  (3,5+)  menjadi  V(II)  dan  V(V)  pada  elektroda negatif dan positif (Skyllas-Kazacos, 2009).

## 3.3. Kondisi  yang  mempengaruhi  performa VRFB
Walaupun  kemajuan  signifikan  telah  dibuat  dengan adanya demo  plant sistem  VRFB  multi-MWh, teknologi  yang  ada  saat  ini  tidak  dapat  memenuhi
semua  matriks  kinerja  dan  kebutuhan  biaya  untuk penetrasi pasar yang luas. Teknologi VRFB berbasis asam sulfat tradisional secara signifikan terbatas oleh kelarutan ion vanadium dan stabilitas dalam larutan elektrolit pada rentang temperatur tertentu. Kelemahan sistem VRFB antara lain adalah densitas energi yang rendah <25 Wh L −1 (<1,7 M konsentrasi vanadium aktif), tetapi juga pada rentang temperatur operasional  yang  sempit  antara  10  -  40  °C.  Secara ringkas,  beberapa  kondisi  yang  mempengaruhi kinerja dari VRFB ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3. Beberapa kondisi yang mempengaruhi performa VRFB Kondisi Dampak Mitigasi Temperatur operasi di bawah  10 o C atau diatas 40 o C • Presipitasi • Penurunan kapasitas
• Kerusakan membran • Kerusakan pompa • Penggunaa n sensor temperatur, sistem kontrol dan sistem pengkondis ian temperatur baterai. Overchargin g • Pembentukan gas Hidrogen • Delaminasi elektroda karbon • Pemakaian BMS  yang dapat memantau tegangan baterai • Pembuatan valve venting Hidrogen Infiltrasi udara pada tangki • Oksidasi pada elektroda • Penurunan kapasitas Nitrogen Blanketing Cross-over larutan elektrolit Penurunan kapasitas Rebalancing / remixing

## 3.4. Komersialisasi VFRB
Matriks biaya teknologi yang digunakan pada sistem  penyimpanan  energi  umumnya  meliputi capital cost, power conditioning system (PCS) cost, balance  of  plant  (BOP),  fixed  O&M  dan  variable O&M .  Sedangkan  matriks  performa  meliputi  RTE, response time, cycle life, calendar life ,
Manufacturing Readiness
Level (MRL) dan Technology  Readiness  Level (TRL).  Pada  studi (Mongird  dkk.,  2020b)  MRL  baterai  RFB  telah mencapai  level  8  dari  skala  10  dan  TRL  telah mencapai level 7 dari skala 9 dan menurut (Nguyen dkk, 2017)  teknologi VRFB telah mencapai TRL 9 untuk  penyimpanan  energi  skala  kecil  yang menandakan  bahwa  teknologi  baterai  RFB  telah terbukti dapat beroperasi. Saat ini setidaknya terdapat
33  perusahaan  sebagai  produsen  teknologi  ini  dan beberapa  manufaktur  telah  memasang  instalasi VRFB  secara  global  (Anonim,  2021).  Beberapa instalasi  VRFB  yang  terbesar  antara  lain  adalah Gardu  Induk  Minami  Hayakita  di  Jepang,  dengan rating  15  MW  dan  60  MWh  (Shibata  dkk.,  2018) yang  dibangun  oleh  Sumitomo  Electric  Ind.  untuk Hokkaido Electric Power Inc. pada tahun 2015. Stasiun penyimpanan energi di Fraunhofer ICT di  Pfinztal,  Jerman,  dengan  rating  2  MW  dan  20 MWh  yang  di-commissioning  pada  tahun  2019 (Noack  dkk.,  2018). Uni  Energy  Technologies,  US- WA, telah memasang sejumlah sistem dengan rating 2 MW dan 8 MWh. Proyek terbesar sejauh ini adalah fasilitas penyimpanan energi dengan rating 200 MW dan kapasitas  energi  800  MWh  yang  dirancang  dan diproduksi  oleh  Rongke  Power  di  China  dan diperkirakan  akan  menjadi  pabrik  penyimpanan energi  elektrokimia  terbesar  di  dunia  (Yang,  2017). Di  Indonesia  pengujian  implementasi  teknologi VFRB telah terpasang dengan kapasitas 400kW/500kWh  telah  dilakukan  Badan  Pengkajian Penerapan Teknologi (BPPT) untuk sistem microgrid Sumba  namun  Status  sistem  penyimpanan  VRFB pada  smart  grid  Sumba  sejak  dipasang  tahun  2012 belum  dioperasikan  secara  normal  karena  adanya kendala teknis dan non-teknis (Akhmad dkk., 2017).

## 3.5. Simulasi VRFB pada sistem hibrid
Hasil  dari  optimasi  simulasi  yang  dilakukan menggunakan software Homer  Pro  dengan setting capacity shortage 0% atau dengan kata lain seluruh kebutuhan  listrik  di  daerah  tersebut  terpenuhi menghasilkan  konfigurasi  optimum  dengan  sistem PLTD  25  kW,  PLTS  105  kWp,  PLTB  10  unit, Converter  18  kW  dan  VRFB  20  kW  /  200  kWh dengan  nilai cost  of  energy (COE)  sebesar $0,288/kwh  dan  total net  present  cost (NPC) $432.439.
Tabel 4 . Perbandingan keekonomian Sistem PLTD PLT  Hybrid – Lead – Acid PLT Hybrid - VFRB Net Present Cost $891,180  $413,272 $432,4 39 CAPEX $24,500 $152,664 $213,4 15 OPEX $49,288 $14,281 $12,45 6 LCOE (per kWh) $0.593 $0,276 $0,288 CO2 Emitted (kg/yr) 80,646 3,755 7,259 Fuel Consumpti on (L/yr) 30,806 1,4234 2,773
Meskipun nilai COE dari hasil simulasi masih lebih  tinggi  jika  sistem  menggunakan  baterai  lead acid  seperti  pada  studi  (Aditya  dkk.,  2021)  dengan nilai  COE  $0,276/kWh  namun  jika  dilakukan perbandingan  konfigurasi  sistem  yang  hanya menggunakan  PLTD  dengan  sistem  PLT  Hybrid yang optimal tersebut, nilai COE dan emisi CO 2 yang dihasilkan sistem PLT Hybrid adalah jauh lebih kecil seperti dapat dilihat pada Tabel 4. Untuk mengetahui pengaruh  ketidakpastian  harga  elektrolit  VRFB  dan minimum  SoC  terhadap  nilai  COE  maka  dilakukan analisis  sensitivitas  parameter  nilai  capital  cost elektrolit  terhadap  COE  dengan  menggunakan  nilai 0,5,  0,6,  0,8  1,2,  1,4  dan  1,5  dari  nilai capital  cost pada  model  awal.  Sedangkan  untuk  minimum  SoC menggunakan nilai 0, 10, 20, 30 dan 40%.

## Gambar 5. Hasil analisa sensitivitas
Hasil simulasi sensitivitas SoC menunjukkan bahwa  perubahan  nilai  SoC  40  %  ke  nilai  terendah 0%  akan  menghasilkan  nilai  COE  dengan  rentang $0,281/kWh - $0,317/kWh. Hasil simulasi sensitivitas  juga  menunjukkan  bahwa  perubahan harga  elektrolit  akan  memberikan  COE  dalam rentang  $0,266/kWh  -  $0,303/kWh  seperti  dapat dilihat  pada  Gambar  5 yang  menunjukkan  grafik spider  plot  sensitivitas  terhadap  COE.  Dari  grafik tersebut dapat dilihat bahwa gradien dari sensitivitas capital  cost elektrolit  lebih  tinggi  dari  sensitivitas minimum  SoC  yang  mengindikasikan  bahwa perubahan  COE  akan  lebih  dominan  diakibatkan perubahan  dari capital  cost elektrolit  dari  baterai tersebut. Dari hasil analisis tersebut juga dapat dilihat bahwa  untuk  mendapatkan  nilai  COE  yang  sama dengan  konfigurasi  pada  studi  (Aditya  dkk.,  2021) dapat  dicapai  jika  nilai  capital  cost  dari  elektrolit lebih rendah ~ 40% dari nilai saat ini.

## 4. PENUTUP
Baterai Vanadium  Redox  Flow  Battery merupakan teknologi penyimpanan tipe Redox Flow yang paling mature serta telah dibangunnya beberapa demonstrasi  proyek  di  beberapa  negara  dan  telah memasuki  tahap  komersialisasi  terutama  untuk
aplikasi penyimpan energi skala besar dan terhubung dengan sumber energi terbarukan. Karakteristik yang cukup  berbeda  dari  VRFB  dibandingkan  dengan energi penyimpanan elektrokimia lainnya antara lain adalah  dapat  dipisahkannya  daya  dan  energi  dalam desain  energi  penyimpanan,  memiliki  siklus  hidup yang tinggi dan dapat dicapai DoD yang lebih rendah. Meskipun  memiliki  energi  densitas  yang  rendah dibandingkan dengan teknologi Li-ion, namun faktor safety VRFB lebih baik karena tidak memiliki risiko kebakaran  jika  terjadi short-circuit .  Temperatur merupakan  aspek  yang  perlu  diperhatikan  pada baterai  ini  karena  pengoperasian  diluar  rentang temperatur  akan  menyebabkan  presipitasi  pada elektrolit  yang  dapat  menyebabkan  kerusakan membran  dan  penurunan  kapasitas.  Selain  itu overcharging dapat  menyebabkan  reaksi  samping pembentukan  gas  Hidrogen.  Oksidasi  elektroda merupakan faktor lain yang perlu diperhatikan karena dapat  menyebabkan  delaminasi  karbon  pada elektroda. Hasil simulasi tekno-ekonomi pada sistem kecil menunjukkan nilai COE dari konfigurasi sistem PLT  Hibrid  dengan  menggunakan  VRFB  masih cukup tinggi dengan nilai $0.288/kWh namun masih lebih  rendah  jika  dibandingkan  dengan  sistem  yang menggunakan  PLTD  untuk  memenuhi  kebutuhan seluruh sistem. Hasil analisa sensitivitas menunjukkan  bahwa  COE  sistem  akan  bergantung secara signifikan pada harga capital elektrolit dimana diprediksi jika harga elektrolit lebih rendah 40% akan sebanding dengan COE sistem menggunakan baterai lead acid .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada PT PLN (Persero) yang telah mendukung pelaksanaan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Aditya,  I.  A.,  Aisyah,  S.,  &  Simaremare,  A.  A. (2021).  Optimal  sizing  and  sensitivity analysis  of  Hybrid  Renewable  Energy Systems: A case of Ur Island in Indonesia. IOP  Conference  Series:  Materials  Science and Engineering , 1098 (4), 042049. https://doi.org/10.1088/1757- 899X/1098/4/042049
Akhil, A. A., Huff, G., Currier, A. B., Kaun, B. C.,
Rastler,  D.  M.,  Chen,  S.  B.,  Cotter,  A.  L., Bradshaw, D. T., & Gauntlett, W. D. (2013).
DOE/EPRI 2013 Electricity Storage
Handbook  in  Collaboration  with  NRECA .
340.
Akhmad, K., Nurdiana, E., Aryono, N. A., & Hilal, H.  (2017). Performance  of  the  PV Subsystems  in  Smart  Micro  Grid  Sumba . https://doi.org/10.22146/IJITEE.25143 Anonim.  (2021). VANADIUM  REDOX  FLOW BATTERY
COMPANIES | Vanitec . http://www.vanitec.org/vanadium-redox-
doi: https://doi.org/10.30869/jtech.v10i1.901 , p-issn/e-issn:2252-4002/2546-558X ANALISIS PEMANFAATAN BATERAI VANADIUM REDOX FLOW PADA SISTEM
KETENAGALISTRIKAN HIBRID DI PULAU UR
flow-battery-vrfb-companies.
[Diakses tanggal 16 November 2021].
Argyrou, M. C., Christodoulides, P., & Kalogirou, S.
A.  (2018).  Energy  storage  for  electricity generation
and related processes: Technologies  appraisal  and  grid  scale applications. Renewable  and  Sustainable Energy Reviews , 94 , 804–821.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.06.044
Chalamala,  B.  R.,  Soundappan,  T.,  Fisher,  G.  R.,
Anstey,  M.  R.,  Viswanathan,  V.  V.,  &
Perry, M. L. (2014). Redox Flow Batteries:
An Engineering Perspective. Proceedings of the IEEE , 102 (6), 976–999. https://doi.org/10.1109/JPROC.2014.23203
17
Chen, H., Cong, T. N., Yang, W., Tan, C., Li, Y., & Ding,  Y.  (2009).  Progress  in  electrical energy  storage  system:  A  critical  review. Progress  in  Natural  Science , 19 (3),  291– 312. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2008.07.014 Chen, R., Kim, S., & Chang, Z. (2017). Redox Flow Batteries:  Fundamentals  and  Applications.
Dalam Redox—Principles  and  Advanced
Applications . IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.68752
Fan, X., Liu, B., Liu, J., Ding, J., Han, X., Deng, Y.,
Lv, X., Xie, Y., Chen, B., Hu, W., & Zhong,
C.  (2020).  Battery  Technologies  for  Grid-
Level Large-Scale Electrical Energy Storage. Transactions of Tianjin University , 26 (2), 92–103. https://doi.org/10.1007/s12209-019-00231- w IRENA. (2017). Electricity storage and renewables: Costs and markets to 2030 .
/Publications/2017/Oct/Electricity-Storage- and-Renewables-Costs-and-Markets. https://www.irena.org/publications/2017/O ct/Electricity-storage-and-renewables- costs-and-markets
Mongird, K., Viswanathan, V., & Alam, J. (2020a). 2020 Grid Energy Storage Technology Cost and Performance Assessment . Energy.Gov. https://www.energy.gov/energy-storage- grand-challenge/downloads/2020-grid- energy-storage-technology-cost-and- performance
Mongird,  K.,  Viswanathan,  V.,  Balducci,  P.,  Alam, J., Fotedar, V., Koritarov, V., & Hadjerioua,
B.  (2020b).  An  Evaluation  of  Energy Storage Cost and Performance Characteristics. Energies , 13 (13),  3307. https://doi.org/10.3390/en13133307
Nguyen, T.-T., Martin, V., Malmquist, A., & Silva, C.  A.  S.  (2017).  A  review  on  technology maturity  of  small  scale  energy  storage technologies. Renewable Energy and Environmental Sustainability , 2 , 36. https://doi.org/10.1051/rees/2017039
Noack,  J.,  Roznyatovskaya,  N.,  Gurieff,  N., Menictas, C., Tübke, J., & Skyllas-Kazacos, M.  (2018).  Current  Development  Trends and  Challenges  for  Redox-Flow  Batteries. Proceedings of the ModVal . Noack,  J.,  Wietschel,  L.,  Roznyatovskaya,  N.,
Pinkwart, K., & Tübke, J. (2016). Techno- Economic Modeling and Analysis of Redox Flow Battery Systems. Energies , 9 (8), 627. https://doi.org/10.3390/en9080627
Shibata,  T.,  Sano,  T.,  Yano,  K.,  Fujikawa,  K., Hayashi, S., Yamanishi, K., Inoue, A., Tada, K.,  Matsumoto,  T.,  &  Sasano,  E.  (2018). Demonstration project of large-scale storage battery system at Minami-Hayakita substation—Evaluation  of  the  60MWh vanadium flow battery system performance
-. グランド再生可能エネルギー国際会 議
論 文 集 , 1 , 283. https://doi.org/10.24752/gre.1.0_283 Skyllas-Kazacos, M. (2009). SECONDARY BATTERIES  –  FLOW  SYSTEMS  | Vanadium Redox-Flow Batteries. Dalam J. Garche (Ed.), Encyclopedia of Electrochemical Power Sources (hlm. 444– 453). Elsevier.
https://doi.org/10.1016/B978-044452745- 5.00177-5
Skyllas-Kazacos,  M.,  &  McCann,  J.  (2015). Vanadium redox flow batteries (VRBs) for medium-and  large-scale  energy  storage. Dalam Advances  in  batteries  for  medium and  large-scale  energy  storage (hlm. 329– 386). Elsevier.
Tangirala,  R.  (2011). Developments  in  redox  flow batteries [Phd, University of Southampton]. https://eprints.soton.ac.uk/361961/
Weber, A. Z., Mench, M. M., Meyers, J. P., Ross, P. N., Gostick, J. T., & Liu, Q. (2011). Redox flow batteries: A review. Journal of Applied Electrochemistry , 41 (10), 1137. https://doi.org/10.1007/s10800-011-0348-2 Yang,  G.  (2017). It’s  Big  and  Long-Lived,  and  It Won’t  Catch  Fire:  The  Vanadium  Redox-
⁠Flow Battery . IEEE Spectrum. https://spectrum.ieee.org/its-big-and llonglived-and-it-wont-catch-fire-the- vanadium-redoxflow-battery [Diakses tanggal 19 November 2021]