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Tipo: Dissertação
Título: Efeito do viés geográfico em uma rede neural profunda através da transferência de aprendizado entre as estações de Hanford (EUA) e Petrolina (Brasil)
Título em inglês: Effect of geographic bias in a deep neural network through transfer of learning between Hanford (USA) and Petrolina (Brazil) stations
Autor(es): Santos, Victor Oliveira
Orientador: Rocha, Paulo Alexandre Costa
Palavras-chave: Energias renováveis;Aprendizagem profunda;Rede neural convolucional;Previsão de irradiância solar;Satélite GOES-16;Energia elétrica
Data do documento: 24-Jun-2022
Citação: SANTOS, V. O. Efeito do viés geográfico em uma rede neural profunda através da transferência de aprendizado entre as estações de Hanford (EUA) e Petrolina (Brasil). 2022. 74 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Resumo: Com o agravamento do aquecimento global, são necessários desenvolvimentos de estratégias que visam limitar a elevação da temperatura terrestre em no máximo 1,5 ◦C até o fim do século XXI. Para que isso seja possível, o desenvolvimento de tecnologias em energias renováveis e não poluentes é um pilar fundamental. Entretanto, a natureza estocástica e intermitente das fontes de energias renováveis torna a sua implementação junto a matriz energética já instalada complexa, impactando diretamente nos custos. Desta forma, é indispensável o conhecimento prévio do potencial de geração de energia elétrica em determinada área de interesse, para que seja então possível o emprego de estratégias para melhor gerir este tipo de energia. Assim, o presente trabalho busca prever a energia elétrica gerada analisando o efeito do viés geográfico através da transferência de aprendizado de uma rede neural convolucional para estimação de irradiâncias global horizontal e direta normal para as localidade de Hanford, na Califórnia, e Petrolina, em Pernambuco, utilizando imagens de satélite geoestacionário. Os resultados obtidos pela rede neural profunda foram comparados com modelos físicos de referência através de métricas adequadas para aferição de erro. A rede convolucional quando treinada e testada com dados de Hanford obteve resultados de RMSE para GHI e DNI de 88,17 W/m2 e 178,40 W/m2 respectivamente. Esses resultados estão em conformidade com os obtidos pelos modelos de referência Solcast e PSM, indicando a sua viabilidade da rede CNN-LSTM na estimação de irradiância solar, em especial para a global horizontal. Entretanto, quando a rede é treinada e testada com dados de localidades distintas, o viés geográfico presente nos dados mostra-se como um empecilho, não sendo possível obter resultados satisfatórios, quando comparados com os dos modelos de referência.
Abstract: Due to the worsening of global warming, the development of new strategies aimed to damper the rise of Earth’s temperature to a maximum of 1,5◦C by the end of 21st century. To comply with this goal, the development of technologies focused on renewable and less polutant energies is crucial. However, the stochastic and sporadic behaviour makes this type of energy hard to merge together with the already implemented energy mix, making a direct impact on its implementation costs. Therefore, it is imperative to previously know the solar irradiance at a place of interest, so better management strategies for this type of energy could be employed. In this way, the present study seeks to forecast the solar energy analysing the geographic bias effect in the learning transfer by the assessment of the capacity of a convolutional neural network to estimate solar global horizontal and solar direct normal irradiances using geostationary satellite imagery for the location of Hanford, California. The hybrid CNN-LSTM model, when trained and tested with data from Hanford, achieved values for RMSE of 88,17 W/m2 e 178,40 W/m2 respectively. These results are in accordance with those obtained by the reference models Solcast and PSM. However, when the CNN-LSTM model is trained and test with data from different locations, the geographic bias showed to be a hindrance, preventing the convolutional network to achieve satisfactory results, when compared with those from the reference models.
Descrição: SANTOS, Victor Oliveira. Efeito do viés geográfico em uma rede neural profunda através da transferência de aprendizado entre as estações de Hanford (EUA) e Petrolina (Brasil) 2022. 74f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Fortaleza, 2022.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/66875
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