Machine Learning in Predicting Heat Loss in Heat Supply Systems

封面

如何引用文章

全文:

详细

Background. The study presents the application of machine learning methods to predict heat loss in the heat supply system of the city of Kazan based on data for the period 2020-2023. Forecasting heat loss allows you to increase the efficiency of the heat supply system, reduce the cost of heat production and transportation. The paper examines various machine learning models, such as linear regression, ensemble methods (random forest, gradient boosting) and neural networks, and evaluates their accuracy and applicability in the context of urban infrastructure.

Purpose. Improving the accuracy of forecasting heat loss in the Kazan city heat supply system in order to optimize operation and reduce operating costs.

Materials and methods. The study is based on operational data of the heat supply system, weather data, as well as infrastructure characteristics of pipelines. The main research methods include linear regression, regularization methods (Lasso, ridge regression), ensemble learning (random forest and gradient boosting) and multilayer perceptron (MLP). The MSE, MAPE and R2 metrics, as well as cross-validation, were used to evaluate the models.

Results. The analysis showed that machine learning methods, especially gradient boosting and neural networks, make it possible to achieve high accuracy in predicting heat loss (R2 = 0,89). The use of these methods helps to increase energy efficiency and reduce operating costs in heat supply systems.

作者简介

Arslan Shakirov

Kazan State Power Engineering University

编辑信件的主要联系方式.
Email: shakirov.aa@bk.ru
ORCID iD: 0000-0003-0477-3660
SPIN 代码: 6508-3780
Researcher ID: T-3490-2018

Lecturer of the Department of Information Technologies and Intelligent Systems

俄罗斯联邦, 51, Krasnoselskaya Str., Kazan, 420066, Russian Federation

Alsu Khabibrakhmanova

Kazan State Power Engineering University

Email: alsu_khisa@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-3751-3082
SPIN 代码: 3130-8620
Scopus 作者 ID: 57196030218

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Information Technologies and Intelligent Systems

俄罗斯联邦, 51, Krasnoselskaya Str., Kazan, 420066, Russian Federation

参考

  1. Altynbaev A.R. Artificial intelligence. Utilization of intellectual systems of energy resources accounting in the enterprise power supply system. Vestnik nauki, 2024, vol. 2, no. 6(75), pp. 2180-2191.
  2. Natalson A.V. Development of machine learning models for predicting the economic efficiency of business processes. Economics and Management: Problems, Solutions, 2024, vol. 5, no. 4(145), pp. 164-170. https://doi.org/10.36871/ek.up.p.r.2024.04.05.021
  3. Kutsenko S.M. Optimization of production in the energy industry using artificial intelligence. Economics and Entrepreneurship, 2024, no. 6(167), pp. 391-394. https://doi.org/10.34925/EIP.2024.167.6.081
  4. Obaidi A.A.H. Life cycle management of capital construction objects by neural network prediction of building heat loss: thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences. 2024, 191 p.
  5. Melnikov D.S. Development of the method of the heat loss detection on the heat networks of the Arkhangelsk city on the basis of the digital data. Vestnik nauki, 2023, vol. 4, no. 8(65), pp. 302-306.
  6. Sibgatov A.R. Influence of the temperature schedule of heat networks on the heat losses of pipelines / A.R. Sibgatov, G.M. Akhmerova. Actual problems of energy of the agroindustrial complex: Proceedings of the XIII National Scientific and Practical Conference with international participation, Saratov, April 29-30, 2022. Saratov: Amirit, 2022, pp. 147-150.
  7. Minimization of Heat Losses in District Heating Networks by Optimizing their Configuration / V. Skochko, V. Solon. Skochko, V. Solonnikov, O. Pohosov [et al.]. Problems of the Regional Energetics, 2024, no. 3(63), pp. 182-195. https://doi.org/10.52254/1857-0070.2024.3-63.15
  8. Zhamalov A. Battery autonomous reservoirs are used for power supply / A. Zhamalov, A. O. Berdigozha. L.N. Gumilev atyndagy Eurasia University of Science and Technology. Physics. Astronomy series, 2021, no. 1(134), pp. 79-85. https://doi.org/10.32523/2616-6836-2021-134-1-79-85
  9. Evaluating different artificial neural network forecasting approaches for optimizing district heating network operation / L. Frison, S. Gölzhäuser, M. Bitterling, W. Kramer. Energy, 2024, vol. 307, pp. 132745. https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.132745
  10. Improved day ahead heating demand forecasting by online correction methods / F. Bünning. Bünning, P. Heer, R. S. Smith, J. Lygeros. Energy and Buildings, 2020, vol. 211, p. 109821. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.109821
  11. Saltanaeva E. A. Comparison of traditional methods of machine learning and deep learning / E. A. Saltanaeva, A. A. Shakirov, A. R. Gimaeva. Scientific and Technical Bulletin of the Volga Region, 2023, no. 12, pp. 379-381.
  12. Sadriev R.R. Application of artificial intelligence to optimize energy consumption in apartment buildings / R.R. Sadriev, A.I. Kushakova, R.S. Zaripova. Instrumentation and automated electric drive in fuel and energy complex and housing and communal services: proceedings of the IX National Scientific and Practical Conference dedicated to the 55th anniversary of KSEU, Kazan, December 07-08, 2023. Kazan: Kazan State Energy University, 2024, pp. 223-225.
  13. Modeling of non-renewable energy consumption in the world / L. A. Shildt, N. G. Bikeeva, K. V. Baiduganova, G. V. Shildt. Bulletin of UGNTU. Science, Education, Economics. Series: Economics, 2024, no. 3(49), pp. 35-47. https://doi.org/10.17122/2541-8904-2024-3-49-35-47
  14. Rakhimov Z. Linear regression with data missing not at random: bootstrap approach / Z. Rakhimov. Rakhimov, N. Rahimova. Economic Development and Analysis, 2024, vol. 2, no. 4, pp. 492-502. https://doi.org/10.60078/2992-877X-2024-vol2-iss4-pp492-502
  15. Cui K. Classification accuracy analysis using a random forest model. Actual problems of aviation and astronautics, April 10-14, 2023, 2023, pp. 123-125.
  16. Zvenger, I.G. Machine learning with controlled regression in the electric power industry. Science, innovations, society: topical issues and modern aspects. Penza: Science and Education, 2024, pp. 196-215.
  17. Development of models for medium-term forecasting of power consumption in isolated power systems based on ensemble methods of machine learning / S. M. Asanova, D. S. Akhieev, S. A. Dmitriev [et al.]. Izvestia NTC of the Unified Energy System, 2021, no. 1(84), pp. 32-39.
  18. Natalson A.V. Digital twins in industry: achievements and main mistakes of implementation. Economics and Entrepreneurship, 2024, no. 9(170), pp. 1138-1141. https://doi.org/10.34925/EIP.2024.170.9.212
  19. Khamitov R.M. Optimization of the service maintenance in the electric grid complex by the machine learning methods / R.M. Khamitov, N.D. Novoselov. Vestnik of NCBZhD, 2024, no. 3(61), pp. 95-103.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

版权所有 © Shakirov A.A., Khabibrakhmanova A.I., 2024

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».