Tag: pemodelan

Alogaritma Meningkatkan Efisiensi Produksi Energi PLTB

Presiden Joko Widodo memperhatikan turbin kincir angin usai meresmikan Pembangkit Listirk Tenaga Bayu (PLTB) di Desa Mattirotasi, Kabupaten Sidrap, Sulawesi Selatan, Senin 2 Juli 2018. [ant]
RISET alogaritma untuk energi terbarukan yang dilakukan oleh sejumlah peneliti  memberi angin segar, untuk bagaimana meningkatkan efisiensi dalam menghasilkan energi yang bersumber dari tenaga angin.

Para peneliti  di Penn State Behrend dan University of Tabriz, Iran, dikabarkan telah  menyelesaikan algoritma yang dirancang untuk ladang angin pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) yang lebih efisien, sehingga  membantu meningkatkan pendapatan sekaligus sumpai tenaga  listrik terbarukan untuk pelanggan mereka.

Para peneliti menggarisbawahi bahwa untuk  membangun ladang angin yang lebih efisien, perancang harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti kecepatan angin dan jarak turbin, serta ukuran tanah, geografi, jumlah turbin, jumlah vegetasi, kondisi meteorologi, biaya pembangunan.

Semua faktor tersebut harus diseimbangkan,  mengingat sulitnya untuk menemukan dan menentukan tata letak yang optimal. Meskipun turbin angin efisien, tata letak ladang angin dapat mengurangi efisiensi ini, apabila  tidak dirancang dengan baik.

“Pemanfaatan energi angin kini sedang meningkat, dan ini tidak hanya terjadi di AS,” kata Mohammad Rasouli, asisten profesor teknik listrik di Penn State Erie, Behrend College.

Mohammad Rasouli, Ph.D

“Efisiensi panel surya kurang dari 25 persen, dan masih menjadi subjek penelitian saat ini. Turbin angin, di sisi lain, jauh lebih efisien dan mengubah lebih dari 45 persen energi angin menjadi listrik, ” katanya menambahkan.

Untuk riset ini, para peneliti tengah berfokus pada satu pendekatan, yang disebut biogeographical-based optimization (optimasi berbasis biogeografisatau BBO). Pendekatan BBO dibuat pada tahun 2008 yang terinspirasi dari alam.

Rasouli menjelaskan, BBO didasarkan pada bagaimana hewan secara alami mendistribusikan diri mereka sendiri untuk memanfaatkan lingkungan mereka berdasarkan kebutuhan mereka. Dengan membuat model matematika dari perilaku hewan, maka dimungkinkan bagi para peneliti untuk menghitung distribusi optimal objek dalam skenario lain, seperti turbin di ladang angin.  “Kami menggunakan  multi-objective approach,” kata Rasouli.

“BBO memiliki fungsi dan kami ingin mengoptimalkannya dengan mempertimbangkan berbagai kendala. Biasanya metode analitik membutuhkan banyak perhitungan, sedangkan metode BBO ini meminimalkan komputasi dan memberikan hasil yang lebih baik, menemukan solusi optimal dengan biaya komputasi yang lebih rendah,” jelas Rasouli.

 

Peneliti lain menggunakan versi sederhana dari pendekatan BBO pada 2017 dan 2018 untuk menghitung tata letak ladang angin yang lebih efisien, tetapi versi yang disederhanakan ini tidak memperhitungkan semua faktor yang memengaruhi tata letak optimal.

Menariknya, para peneliti dari Penn State dan University of Tabriz ini, menyelesaikan pendekatan dengan memasukkan variabel tambahan, termasuk data pasar nyata, kekasaran permukaan dan berapa banyak angin yang diterima setiap turbin.

Tim peneliti juga meningkatkan pendekatan BBO dengan memasukkan model yang lebih realistis untuk menghitung baling-baling (daerah dengan kecepatan sayap lebih lambat yang dibuat setelah angin bertiup melewati turbin) dan menguji seberapa sensitif model itu terhadap faktor-faktor lain seperti suku bunga, insentif keuangan, dan perbedaan dalam biaya produksi energi.

 


“Ini adalah pendekatan optimasi yang lebih realistis dibandingkan dengan beberapa metode penyederhanaan yang ada di luar sana,” ungkap  Rasouli. “Ini akan lebih baik untuk pelanggan, untuk produsen, dan ke ladang angin gaya grid dengan ukuran lebih besar.”

Dengan memasukkan lebih banyak data, seperti catatan meteorologi yang diperbarui dan informasi pabrikan, para peneliti akan dapat menggunakan pendekatan BBO untuk mengoptimalkan tata letak ladang angin di banyak lokasi berbeda, membantu perancang ladang angin di seluruh dunia memanfaatkan tanah mereka dengan lebih baik dan menghasilkan lebih banyak energi untuk memenuhi permintaan energi masa depan dari konsumen.

“Sekarang ini merupakan akhir masa untuk penggunaan bahan bakar fosil,” kata Rasouli. “Dengan metode ini dan yang akan datang atau pendekatan optimasi yang lebih baik, kita dapat menggunakan energi angin dengan lebih baik.”

Kabar baik ini mungkin ada baiknya kalau pemerintah melalui kementrian ESDM mengirim para peneliti Indonesia untuk mempelajari lebih lanjut, agar dapat diaplikasikan di tanah air, yang sekarang ini sudah mulai memanfaatkan energi terbarukan.

 

 

Model Matematika dan Fisika Dapat Membantu Animator Bikin Film Lebih Hidup

SEBUAH teori baru, yang didasarkan pada  physics of clouds  (fisika awan) dan neutron scattering (hamburan neutron), dapat membantu animator membuat film yang lebih hidup.

Hal tersebut  dikembangkan oleh Dartmouth College, dengan bantuan Peneliti dari Pixar, Disney Research, ETH Zurich dan Cornell University.

Objek seperti awan berisi milyaran tetesan air individu yang tidak praktis untuk plot dalam grafik komputer untuk adegan film. Teknik yang ada saat ini hanya memungkinkan seniman untuk menentukan kerapatan partikel di setiap bagian awan untuk menentukan bentuk dan penampilannya.

Sistem yang ada tidak memungkinkan kontrol apa pun atas bagaimana partikel-partikel itu sebenarnya diatur sehubungan satu sama lain.

“Dengan hanya mengontrol kepadatan, teknik yang ada saat ini pada dasarnya mengasumsikan bahwa partikel-partikel diatur secara acak, tanpa saling ketergantungan,” kata Wojciech Jarosz, asisten profesor ilmu komputer di Dartmouth College yang mengawasi penelitian.

“Tetapi batasan ini dapat memiliki efek dramatis pada penampilan akhir,” tambah Jarosz.

Pada kenyataannya, partikel tidak selalu tersusun secara acak. Mereka dapat menggumpal atau menyebar secara merata, tergantung pada jenis bahannya. Memahami bagaimana partikel disusun dan bagaimana cahaya berinteraksi dengannya memberikan berbagai pilihan artistik baru untuk pembuat film.

“Ada berbagai macam penampilan yang secara dramatis berbeda yang tidak bisa dieksplorasi oleh para seniman sampai sekarang,” kata Jarosz.

“Sebelumnya, para seniman pada dasarnya memiliki satu kendali yang dapat memengaruhi penampilan awan. Sekarang dimungkinkan untuk menjelajahi palet kemungkinan yang jauh lebih kaya, perubahan sedinamis transisi dari gambar hitam-putih ke warna. ”

Para peneliti membandingkan bagaimana seberkas cahaya bergerak melalui suatu bahan yang terdiri dari partikel-partikel yang tersusun secara acak dengan bagaimana berkas itu bergerak melalui suatu bahan yang terdiri dari partikel-partikel yang tersusun lebih alami. Tim ini rata-rata hasil jutaan percobaan menunjukkan seberapa jauh foton melakukan perjalanan sebelum membanting menjadi partikel atau benda lain.

Biasanya, sebuah pemodelan grafik menggambarkan bagaimana foton bergerak melalui suatu bahan dengan partikel yang tersusun secara independen muncul sebagai genap.

Kurva eksponensial yang menunjukkan cahaya yang jatuh secara merata saat bergerak. Ketika partikel mengumpul, seperti di awan, foton bertahan dari jarak yang lebih jauh secara rata-rata, menghasilkan kurva dengan ekor yang lebih panjang.

Hasil penelitian ini tidak hanya menarik dalam model matematika, tim memprogram juga mendapatkan fakta bahwa ini dapat dimasukkan  ke dalam perangkat lunak yang akan memungkinkan seniman untuk menciptakan variasi penampilan yang lebih luas dengan menyesuaikan bagaimana cahaya melintasi “bahan volumetrik” seperti awan, kabut, kabut, patung marmer, atau kulit kita sendiri.

Hasil kreatif juga akan menjadi penggambaran fisik dunia nyata yang lebih akurat. Terobosan ini memungkinkan seniman mempertahankan hasil yang realistis sambil merespons arahan kreatif dengan “mengarahkan” fisika secara efektif untuk mencapai efek artistik tertentu.

“Ada interaksi yang menarik antara seni dan sains ketika Anda membuat film animasi,” kata Benedikt Bitterli, mahasiswa program Ph.D. di Dartmouth yang ikut menulis makalah penelitian.

“Anda melakukan simulasi fisika ini, tetapi orang yang menggunakannya bukan fisikawan. Kami menciptakan perangkat lunak dan simulasi untuk digunakan oleh para seniman. ”

Untuk mengatasi masalah dalam memahami bagaimana partikel mengatur diri mereka sendiri, tim peneliti beralih ke ilmu atmosfer dan transportasi neutron. Mengetahui susunan tetesan air atau bahan reaktor memiliki implikasi penting untuk mempelajari perubahan iklim dan menjaga reaktor nuklir tetap aman.

Sementara para peneliti telah berusaha untuk mengatasi tantangan pengaturan partikel untuk beberapa waktu, belum ada set persamaan yang telah dikembangkan yang memecahkan masalah secara umum.

“Ini bukan hanya masalah mengambil teknik dari bidang penelitian lain dan menggunakannya untuk menghasilkan gambar yang cantik dengan grafis komputer,” kata Bitterli. “Membuat persamaan fisika berfungsi dengan baik adalah tantangan baru dan sangat sulit.”

Tim peneliti juga menerapkan teknik pada benda padat, seperti patung marmer di mana beberapa cahaya memantul dari permukaan, tetapi beberapa juga bergerak melalui bahan, yang mengarah ke penampilan yang tembus cahaya. Teknik baru ini memungkinkan seniman untuk mengubah cara cahaya berinteraksi dengan objek tanpa mengubah kepadatan.