پیشبینی مصرف گاز طبیعی و پیکهای آن در استان البرز با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی
Keywords:
پیشبینی مصرف انرژی, شبکه‌های عصبی مصنوعی, بهینه‌سازی, مصرف گاز خانگی, مدل‌سازی مصرف, شبکه عصبی, الگوریتم‌های یادگیری ماشین, تانژانت هذلولیAbstract
این پژوهش با همکاری اداره گاز استان البرز و با هدف پیشبینی مصرف گاز طبیعی در بخش خانگی استان البرز با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی انجام شده است. داده‌های مصرف ساعتی گاز از دو مجتمع مسکونی در کرج و اطلاعات هواشناسی مرتبط از اسفند ۱۴۰۰ تا شهریور ۱۴۰۲ جمع‌آوری شد. شبکه عصبی طراحی‌شده شامل سه لایه مخفی با ۲۰، ۲۵ و ۱۵ نورون بود و از ۸۰ درصد داده‌ها برای آموزش و ۲۰ درصد برای تست استفاده شد. متغیرهای مستقل شامل دمای ساعتی، روز هفته، ماه و وضعیت تعطیلی و متغیر وابسته میزان مصرف گاز خانگی بود. چندین مدل با توابع فعال‌سازی مختلف مانند تانژانت هذلولی، رلو و زیگموید آزمایش شدند که تابع تانژانت هذلولی با ضریب تعیین ۰.۹۳۶۴ بهترین عملکرد را داشت. همچنین، بهینه‌ساز گرادیان کاهشی برای بهبود عملکرد شبکه به‌کار رفت. نتایج نشان داد که شبکه عصبی پیشنهادی نسبت به الگوریتم‌های یادگیری ماشین مانند درخت تصمیم، جنگل تصادفی و درختان مازاد، دقت بالاتری در پیشبینی مصرف و پیکهای مصرف دارد.]1[
Downloads
References
1- ذوالفقاری، م.؛ صادقی، ط. "طراحی روشی نوین برای پیشبینی تقاضای کوتاه‌مدت گاز طبیعی در بخش خانگی." فصلنامه مطالعات اقتصاد انرژی.
2- منهاج، م. (1934). مبانی شبکه‌های عصبی، تهران: دانشگاه صنعتی امیر کبیر.
3-کیا، م. "شبکه‌های عصبی در متلب." چاپ دوم، تهران، انتشارات دانشگاهی کیان، 1391.
4-ثقه الاسلامی، ناصر؛ کریمی، هجی؛ اخوت، احمد؛ وطن خواه، غلامحسین. "اصول و کاربرد شبکه‌های عصبی در صنایع نفت و گاز." مرکز نشر جهش، تهران، 1388.
5- پیکت، فیلیپ. (میرصالحی، میر مجتبی؛ تقی زاده کاخکی، حسین). "شبکه‌های عصبی." انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، 1388.
6-آذری احمد، شریعتی نیاسر مجتبی، البرزی محمود و بختیاری افشین. "برآورد میزان بار گاز مصرفی شهر تهران با استفاده از فناوری شبکه‌های عصبی." 1387، نشریه دانشکده فنی، دوره 42، شماره 8، صفحات 961 تا 968.
7- ارکات، جمال؛ فاروقی، هیوا؛ حیدری، حسینعلی. "ارائه یک مدل شبکه عصبی مصنوعی جهت پیشبینی میزان مصرف هفتگی گاز شهر ایلام." 1389، اولین کنفرانس بین‌المللی مدیریت نوآوری و کارآفرینی.
8- آذر طاهری قهفرخی، عباس قلی پور، مجید نیلی احمد آبادی. "پیشبینی مصارف خانگی گاز طبیعی در شهرکرد با استفاده از تلفیق مدل شبکه عصبی و سری زمانی." 1391، اولین کنفرانس ملی مهندسی صنایع و سیستم‌ها.
9- سایت رسمی شرکت ملی گاز ایران (www.nigc.ir).
10- سایت رسمی شرکت گاز استان البرز.
11-نیرومند، ح.؛ بزرگ‌نیا، "مقدمه‌ای بر تحلیل سری زمانی." نشریه دانشگاه فردوسی مشهد، 1372.
12- منهاج، م.؛ کاظمی، ع.؛ شکوری گنجوی، ح.؛ مهرگان، م.؛ تقی‌زاده، م. ر. (1389). "پیشبینی تقاضای انرژی بخش حمل و نقل با استفاده از شبکه‌های عصبی." مطالعات انسانی، پژوهش‌های مدیریت در ایران، دوره 14، شماره 2، صفحات 203-220.
13- میرفخرالدینی، سید حیدر. (1392). "پیشبینی مصرف انرژی ایران با استفاده از مدل ترکیبی الگوریتم ژنتیک–شبکه عصبی." پژوهش‌های مدیریت در ایران، دوره 17، شماره 2، صفحات 197-222.
14-ترازنامه انرژی ایران 1399.
15-لطفعلی‌پور، م.؛ باقری. (1382). "تخمین تابع تقاضای گاز طبیعی مصارف خانگی شهر تهران." فصلنامه پژوهش‌های اقتصادی ایران، شماره 16، صفحات 133-151.
16-محمدحسین‌پورکاظمی، امیر افسر، و بیژن نهاوندی. (1384). "مطالعه تطبیقی روش‌های خطی ARIMA و غیرخطی شبکه‌های عصبی فازی در پیشبینی تقاضای اشتراک گاز شهری." نشریه تحقیقات اقتصادی.
17-امینی هرندی، محمدهادی؛ وطنی، علی؛ ترحمی، علیرضا. (1386). "بررسی طرف‌های عرضه و تقاضای گاز طبیعی ایران و ارائه تابع تقاضا." ششمین همایش ملی.
18-کشاورز حداد، میرباقری جم. (1386). "بررسی تابع تقاضای گاز طبیعی خانگی و تجاری در ایران." فصلنامه پژوهش‌های اقتصادی ایران، شماره 32، صفحات 137-160.
19-امین ناصری، محمدرضا؛ کوچک زاده، احمد. (1386). "مدل طراحی بهینه معماری برای شبکه‌های عصبی مصنوعی و به کارگیری آن در پیشبینی مصرف ماهانه نفت گاز کل کشور." نشریه مدرس علوم انسانی، زمستان 1387، شماره 59.
20-آذری، ا.؛ شریعتی نیاسر، م.؛ البرزی، م. و بختیاری، اف. (1387). "برآورد میزان بار گاز مصرفی شهر تهران با استفاده از فناوری شبکه‌های عصبی." نشریه دانشکده فنی، دوره 42، شماره 8، صفحات 961-968.
21- Khotanzad, A.; Elragal, H.; Lu, T. (2000). "Combination of Artificial Neural Network Forecasters for Prediction of Natural Gas Consumption." IEEE Transactions of Neural Networks, 11(2), pp. 464.
22- Gil, S.; Deferrari, J. (2004). "Generalized Model of Prediction of Natural Gas Consumption." Energy Resources Technology, 126, pp. 90-98.
23- Aras, H.; Aras, N. (2004). "Forecasting Residential Natural Gas Demand." Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 26(5), pp. 463-472.
24- Al-Fattah, S. M. (2006). "Time Series Modeling for U.S. Natural Gas Forecasting." E-Journal of Petroleum Management and Economics.
25- Canyurt, O. E.; Ozturk, H. K. (2006). "Three Different Applications of Genetic Algorithm (GA) Search Techniques on Oil Demand Estimation." Energy Conversion and Management, 47, pp. 3138–3148.
26- Toksari, M. D. (2007). "Ant Colony Optimization Approach to Estimate Energy Demand in Turkey." Energy Policy, 35, pp. 3984–3990.
27- Sanchez-Ubeda, E. F.; Berzosa, A. (2007). "Modeling and Forecasting Industrial End-Use Natural Gas Consumption." Energy Economics, Elsevier, 29(4), pp. 710-742.
28- Ediger, V. S.; Akar, S. (2007). "ARIMA Forecasting of Primary Energy Demand by Fuel in Turkey." Energy Policy, 35, pp. 1701-1708.
29- Azadeh, A.; Ghaderi, S. F.; Sohrabkhani. (2007). "Forecasting Electrical Consumption by Integration of Neural Network, Time Series and ANOVA." Applied Mathematics and Computation, 186, pp. 1753-1761.
30- Unler, A. (2008). "Improvement of Energy Demand Forecasts Using Swarm Intelligence: The Case of Turkey with Projections to 2025." Energy Policy, 36, pp. 1937-1944.
