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Tipo: Dissertação
Título: Influência do El Niño Oscilação Sul (ENOS) na previsão da irradiação global horizontal de Fortaleza
Título em inglês: Influence of El Niño Oscilação Sul (ENOS) in the prediction of horizontal global irradiation in Fortaleza
Autor(es): Brasil, Juliana Silva
Orientador: Rocha, Paulo Alexandre Costa
Palavras-chave: Energia solar;Aprendizagem de máquina;Irradiação global horizontal;El Niño;La Niña
Data do documento: 2020
Citação: BRASIL, Juliana Silva. Influência do El Niño Oscilação Sul (ENOS) na previsão da irradiação global horizontal de Fortaleza. 2020. 49 f. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Fortaleza, 2020.
Resumo: A participação da energia solar na matriz energética brasileira vem aumentando anualmente, especialmente no Ceará. Nesse contexto, são suscitadas questões relativas à complementaridade de abastecimento, uma vez que a fonte solar é intermitente. Previsões de irradiação podem auxiliar na tomada de decisões por parte de controladores de sistemas de abastecimento de energia solar, evitando quedas de fornecimento e aumentando a competitividade dessa matriz. O planejamento adequado pode ser facilitado pela previsão da irradiação utilizando métodos de aprendizagem de máquinas. A presente dissertação avalia o desempenho de 4 modelos de previsão da irradiação global horizontal – redes neurais, Boosting, Bagging e modelo de persistência – para a cidade de Fortaleza, Ceará, em oito horizontes temporais distintos, analisando a influência do El Niño e da La Niña, na forma do preditor Oceanic Niño Index, ONI, nessas previsões. Utiliza-se, além do ONI, informações meteorológicas (temperatura ambiente, umidade relativa, velocidade do ar, direção do vento e nível de precipitação), dados de irradiação e hora e data da aquisição da informação. É avaliado o desempenho dos modelos considerando três situações: o banco de dados completo, banco subdividido entre os anos com ocorrência de La Niña e os anos com ocorrência de El Niño (banco El Niño e banco La Niña) e o banco subdividido entre as estações do ano (bancos Inverno, Verão, Primavera e Outono). É aplicada validação cruzada 5-fold, bem como é realizada seleção de parâmetros para as redes neurais, o Boosting e o Bagging. O cálculo da variabilidade da irradiação global horizontal permite a classificação desse preditor como de fraca variabilidade. Os resultados apontam redução do RMSE entre 0,11% a 2,2% quando o preditor ONI é adicionado ao banco de dados completo. O banco El Niño obtém nRMSE entre 0,03% a 1,3% superior ao banco La Niña. Há redução de até 5,7% do nRMSE pela adição do ONI no banco subdividido por estações. O Boosting apresenta os menores erros dentre os modelos considerados, e o Bagging é o modelo menos sensível à presença do ONI, apresentando em seis horizontes temporais variação nula do nRMSE em função da adição desse preditor. A utilização dos bancos Inverno e Primavera para previsões nas respectivas épocas do ano apresenta menores erros do que com banco de dados completo.
Abstract: The introduction of solar energy in the Brazilian energy matrix is increasing annually, including in Ceará. In this context, issues related to the complementarity of supply are raised, since the solar source is intermittent. Irradiation forecasts can help decision making by the electric network driver, avoid power outages and reduce the variation of this matrix. Proper planning can be facilitated by predicting irradiation using machine learning methods. The present work analyzed the performance of 4 models of global horizontal irradiation prediction - neural networks, Boosting, Bagging and persistence model - for a city of Fortaleza, Ceará, in eight different time horizons, analyzing the influence of El Niño and La Niña, in the form of the Oceanic Niño Index, ONI, predictor, in these circumstances. In addition to ONI, meteorological information (ambient temperature, relative temperature, air speed, wind direction and precipitation level), irradiation and time data and information acquisition data ere used. The performance of the models is evaluated considering three situations: the complete database, the database subdivided between the years with the occurrence of La Niña and the years with the occurrence of El Niño (database La Niña and database El Niño), and the database subdivided between the seasons (database Winter, database Summer, database Spring and database Autumn). Cross-validation 5-fold is applied, as well as selection of parameters for neural networks, Boosting and Bagging. The calculation of the global horizontal irradiation variability allows the classification of this predictor as having low variability. The results point to a reduction in RMSE between 0.11% to 2.2% when the ONI predictor is added to the complete database. The database El Niño obtains nRMSE between 0.03% to 1.3% higher than the database La Niña. There is a reduction of up to 5.7% in the nRMSE due to the addition of ONI in the database subdivided by stations. Boosting has the smallest errors among the models considered, and Bagging is the model least sensitive to the presence of ONI, presenting zero variation of nRMSE in six time horizons due to the addition of this predictor. The use of the Winter and Spring databases for forecasts at the respectives times of the year presents fewer errors than with a complete database.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/55328
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