Evaluation of energy forecasting mechanisms with renewable sources for maximizing the brazilian energy matrix using machine learning

Authors

DOI:

https://doi.org/10.21712/lajer.2024.v11.n1.p167-179

Keywords:

Energy Planning, Machine Learning, Data Mining, Electric Power, Forecasting Methods

Abstract

The present study focuses on the Brazilian energy scenario and highlights the progressive increase in the use of renewable sources in the country's electricity matrix. The main objective of this study is to contribute to the search for solutions and to stimulate debates and reflections on the future actions necessary for energy planning. To achieve this, the research employs computational tools based on machine learning and data mining, using government and energy market data sources. The research methodology encompasses the use of computational tools to project the forecast of the electricity market in the country. The methodology employed includes the execution of forecasting models, highlighting the behavior of the energy market over time, using methods such as Multilayer Perceptron Neural Networks (MLP), Gaussian Process Regression (GPR), and Linear Regression to project electricity generation by source in Brazil. The results indicate a considerable growth of renewable sources in the national energy market by the year 2030, approaching the goal of the Ten-Year Energy Expansion Plan to achieve 90% renewability, covering sources such as hydroelectric, biomass, wind, and solar. The Linear Regression method achieved 86% renewability, while the GPR method reached 90%, and the MLP method reached 88%. The projection of the electricity market forecast allowed for the identification of market behavior patterns, enabling the anticipation of trends and changes in the market. These forecasts aim to provide information to support the development of actions in the energy planning process, contributing to the transition to more sustainable and renewable energy sources in Brazil.

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Author Biographies

Laís Gomes Barreto Abreu, Universidade Federal de Itajubá

Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Energia, Universidade Federal de Itajubá – Unifei, campus Itajubá, MG, Brasil

Diego Mauricio Yepes Maya, Universidade Federal de Itajubá

Possui graduação como engenheiro Industrial pela Universidad Católica de Oriente. Colômbia (1998), equivalente a Engenharia de Produção pela Universidade Federal Fluminense - UFF, Niterói, (2016). Mestre em Engenharia Mecânica pela Faculdade Nacional de Minas da Universidade Nacional da Colômbia (2012), equivalente a Mestre em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ, Rio de Janeiro (2016). Doutor em Engenharia Mecânica na área de concentração em térmica, fluidos e máquinas de fluxo pela Universidade Federal de Itajubá (2016). Em 2020 estagiou como professor visitante no Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa em Portugal. Atualmente é Professor Adjunto da clase C1 da Universidade Federal de Itajubá e pesquisador do Núcleo de Excelência em Geração Termelétrica e Distribuída - NEST e colaborador do grupo de Tecnologias Integradas e Engenharia Sustentavel - TIES. Tem experiência na área de conversão termoquímica de biomassa, simulação de processos termoquímicos, processos e projetos de reatores de pequeno porte e em escala laboratorial.

Vladimir Rafael Melian Cobas, Universidade Federal de Itajubá

Possui graduação em Engenharia Eletrica pelo Instituto Superior Politecnico Julio Antonio Mella (Cuba, 1991), mestrado em Engenharia de Energia pela Universidade Federal de Itajubá (2000) e doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Itajubá (2006). Atualmente é professor associado na Universidade Federal de Itajubá. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica e Engenharia mecânica, com ênfase em Geração da Energia Elétrica, atuando principalmente nos seguintes temas: tecnologias de geração distribuída, solar térmica, solar fotovoltaica, eólica, células a combustível, motores Stirling, biomassa, sistemas híbridos, eficiência energética e geração termelétrica.

Juan José Garcia Pabón, Universidade Federal de Itajubá

Professor do Instituto de Engenharia Mecânica (IEM) da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) desde 2018/2. Faz parte do corpo docente do Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e Pós-graduação em Engenharia de Energia da UNIFEI. Doutor em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Minas Gerais (2018), na área de concentração Energia e sustentabilidade. Possui mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Minas Gerais (2014), graduação em Engenharia Eletromecânica pela Universidade Francisco de Paula Santander (2012). Com experiência na área de calor e fluidos, sistemas de refrigeração e aquecimento, escoamento bifásico de fluidos refrigerantes, sistemas híbridos de energias renováveis e inteligência artificial.

Nestor Proenza Perez, Universidade Estadual Paulista

Formado como Engenheiro Mecânico pela Universidade de Camaguey, Cuba no ano 2003. Possui mestrado em Eficiência Energética - Universidade de Camaguey (2010). Doutorado na área de Energia pela Universidade Estadual Paulista (2016). Membro do Grupo de Otimização de Sistemas Energéticos (LOSE) e do Instituto de Pesquisa em Bionenergia (IPBEN) de Guaratinguetá/SP. Tem experiência na área de Engenharia Mecânica, com ênfase em Engenharia Térmica, atuando principalmente nos seguintes temas: biomassa, gás pobre, energia, motores de combustão interna e gasificação. É professor de mecânica dos fluidos, Termodinâmica e máquinas com fluxo, assim como de Sistemas Fluido mecânicos e laboratórios de Fenômenos de Transporte. Professor do Ensino Básico Técnico e Tecnológico (EBTT) do Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET/RJ) (2016-2023). Atualmente Professor do Departamento de Química e Energia da UNESP, Faculdade de Engenharia, Campus de Guaratinguetá (FEG).

References

Aggarwal, CC (2018) Neural Networks and Deep Learning: A Textbook. Springer. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-94463-0

Barros, EV (2007) ‘A Matriz Energética Mundial e a Competitividade das Nações: bases de uma nova geopolítica’, Engevista, v.9, n.1, pp. 47–56. DOI: https://doi.org/10.22409/engevista.v9i1.183

Basso, L (2019) ‘Brazilian energy-related climate (in)action and the challenge of deep decarbonization’, Revista Brasileira de Política Internacional, v. 62, n. 2, FapUNIFESP (SciELO). http://dx.doi.org/10.1590/0034-7329201900202 DOI: https://doi.org/10.1590/0034-7329201900202

Castro, R, e Lyra Filho, C (2005) ‘Um método de suporte a decisões sobre investimento e comercialização de energia elétrica no Brasil’, Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, v. 16, n. 4, pp. 478–494. DOI: https://doi.org/10.1590/S0103-17592005000400008

Gehrke, P, Goretti, AAT e Ávila, LV (2021) ‘Impactos da matriz energética no desenvolvimento sustentável do Brasil’, Revista de Administração da UFSM, v. 14, p. 1032-1049. http://dx.doi.org/10.5902/1983465964409 DOI: https://doi.org/10.5902/1983465964409

Gonzalez-Briones, A, Hernandez, G, Corchado, JM, Omatu, S, e Mohamad, MS (2019) ‘Machine learning models for electricity consumption forecasting: A review’, 2nd International Conference on Computer Applications & Information Security (ICCAIS), Riyadh, Saudi Arabia, pp. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1109/CAIS.2019.8769508

Goodfellow, I, Bengio, Y e Courville, A (2016) Deep Learning. MIT Press.

Hyndman, RJ e Athanasopoulos, G (2018) Forecasting: Principles and Practice. OTexts.

Hyndman, RJ, Koehler, AB (2006) ‘Another look at measures of forecast accuracy’, International Journal Of Forecasting, v. 22, n. 4, p. 679-688, Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijforecast.2006.03.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijforecast.2006.03.001

IRENA (2022) ‘Panorama das Transições Energéticas Mundiais 2022’, Agência Internacional para as Energias Renováveis, Abu Dhabi.

Korzeniewicz, MBDV (2021) ‘Análise da matriz energética brasileira e a participação das energias renováveis a partir das políticas ambientais energéticas’, Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Economia do Desenvolvimento, PUCRS, Porto Alegre, p. 55.

Makridakis, SG, Wheelwright, SC e Hyndman, RJ (1998) Forecasting: methods and applications. Wiley.

Montgomery, DC, Peck, EA e Vining, GG (2021) Introduction to Linear Regression Analysis. Wiley.

Moore, DS, McCabe, GP e Craig, BA (2014) Introduction to the Practice of Statistics. W. H. Freeman.

Moret, MA (2014) ‘Análise da expansão do setor elétrico brasileiro considerando os impactos socioeconômicos e ambientais’, Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP, São Paulo.

Noguchi, A e Nobre, FS (2023) ‘Oil and Gas Companies - Are They Shifting to Renewables? A Study of Policy Mixes for Energy Transition in Brazil’, Bar - Brazilian Administration Review, v. 20, n. 1. FapUNIFESP (SciELO). http://dx.doi.org/10.1590/1807-7692bar2023220087 DOI: https://doi.org/10.1590/1807-7692bar2023220087

Oliveira, ACL, Tótola, LA, Lorentz, JF, Silva, AA; Assis, LR, Santos, VJ e Calijuri, ML (2022) ‘Spatial analysis of energy indicators and proposition of alternative generation sources for the Brazilian territory’, Journal Of Cleaner Production, v. 356, p. 131894, Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131894 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131894

Oliveira, FJA (2020) O planejamento da operação energética no sistema: conceitos, modelagem matemática, previsão de geração e carga. São Paulo: Artliber.

Pereira, TCG (2014) Planejamento Energético e as políticas públicas: Aspectos conceituais e metodológicos. Curitiba: COPEL.

Rasmussen, CE e Williams, CKI (2006) Gaussian Processes for Machine Learning. The MIT Press. DOI: https://doi.org/10.7551/mitpress/3206.001.0001

Shumway, RH e Stoffer, DS (2017) Time Series Analysis and Its Applications: with R examples. Springer. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-52452-8

Tan, PN, Steinbach, M e Kumar, V (2006) Introduction to data mining. Pearson Addison Wesley.

Ventura Filho, A (2014) ‘A Política Energética do Brasil’, Cadernos Adenauer XV, v. 3, pp. 121–143.

Witten, IH, Frank, E, Hall, MA e Pal, CJ (2016) Data mining: practical machine learning tools and techniques. Morgan Kaufmann.

Zarur, MAF (2005) ‘Modelo para Elaboração de Cenários do Setor Energético, utilizando técnicas de data mining’, Dissertação de Mestrado, Ciência em Engenharia Civil, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, p. 107.

Published

05-06-2024

How to Cite

Gomes Barreto Abreu, L., Mauricio Yepes Maya, D., Rafael Melian Cobas, V., José Garcia Pabón, J., & Proenza Perez, N. (2024). Evaluation of energy forecasting mechanisms with renewable sources for maximizing the brazilian energy matrix using machine learning. Latin American Journal of Energy Research, 11(1), 167–179. https://doi.org/10.21712/lajer.2024.v11.n1.p167-179

Issue

Section

Energias de Baixo Carbono