エネルギー予測

エネルギー予測には、電力、化石燃料（天然ガス、石油、石炭）、再生可能エネルギー源（RES、水力、風力、太陽光）の需要（負荷）と価格の予測が含まれます。予測は期待価格値と確率予測の両方が可能です。^{[1] [2] [3] [4]}

電力部門が規制されていた時代、独占的な電力会社は供給の信頼性を確保するために短期的な負荷予測を使用し、新規容量の計画と投資の基礎として長期的な需要予測を使用していました。[ ^{5] [6]}しかし、1990年代初頭以降、規制緩和のプロセスと競争的な電力市場の導入により、伝統的に独占的で政府管理の電力部門の様相が一変しました。現在、世界中の多くの国で、電力はスポット契約とデリバティブ契約を使用した市場ルールに基づいて取引されています。^[7]企業レベルでは、電力負荷と価格の予測は、エネルギー会社の意思決定メカニズムの基本的な入力となっています。過剰または不足の契約を結んでから、バランシング市場で電力を売買するコストは通常​​非常に高く、極端な場合には巨額の財務損失や破産につながる可能性があります。^{[8] [9]}この点で、電力会社は最も脆弱です。なぜなら、一般的にコストを小売顧客に転嫁できないからです。^[10]

ポイント予測（スポット価格の「最善の推測」または期待値）に関する実証研究は数多く行われてきましたが、確率予測（間隔予測と密度予測）はこれまであまり研究されていませんでした。^{[6] [11]}しかし、状況は変化しており、現在では研究者も実務家も後者に注力しています。^{[12] 2012年の}世界エネルギー予測コンペティションは電力負荷と風力発電のポイント予測でしたが、2014年版は電力負荷、風力発電、太陽光発電、電気料金の確率予測を目指しました。

2023年の教科書では電力負荷予測を取り上げており、Python言語で書かれたチュートリアル資料が提供されています。^[13]

卸売電力価格の極端な変動は、他の商品や金融資産よりも最大で2桁も高くなる可能性があり、^[6]市場参加者は数量リスクだけでなく価格変動に対するヘッジも余儀なくされています。変動の激しい卸売価格を妥当な精度で予測できる発電会社、公益事業会社、または大規模な産業消費者は、入札戦略と独自の生産または消費スケジュールを調整して、リスクを軽減するか、前日取引で利益を最大化することができます。しかし、負荷と価格の予測はエネルギー会社の多くの部門で使用されているため、それらを改善することによるメリットを定量化することは非常に困難です。1GWのピーク負荷を持つ公益事業会社の平均絶対パーセンテージ誤差（MAPE）を1％削減した場合の節約額の大まかな見積もりは次のとおりです。^[14]

• 長期負荷予測から年間50万ドル、
• 短期負荷予測から年間30万ドル、
• 短期的な負荷と価格の予測から年間 60 万ドル。

電力負荷の予測に加えて、再生可能エネルギーの普及率が高い系統では、純負荷を直接予測する統合的なアプローチもあります。^[15]

エネルギー予測の最も人気のあるサブフィールド（研究論文の数と開発された技術の数の観点から）は次のとおりです。

• 負荷予測（電力負荷予測、電力需要予測）。「負荷」はあいまいな用語ですが、負荷予測では「負荷」は通常、需要（kW）またはエネルギー（kWh）を意味し、時間データでは電力とエネルギーの大きさは同じであるため、通常、需要とエネルギーを区別しません。^[16]負荷予測には、計画期間のさまざまな期間にわたる大きさと地理的位置の両方の正確な予測が含まれます。関心のある基本的な量は、通常、時間ごとのシステム全体の（またはゾーンの）負荷です。ただし、負荷予測は、時間、日、週、月ごとの負荷値とピーク負荷の予測にも関係しています。^{[5] [8] [11]}負荷予測に最も一般的に使用される特徴は、季節データ（時刻、休日など）、履歴データ（過去の電力負荷）、気象データ（気温など）、および人間の移動データ（観光、仕事など）です。^[17]
• 電気料金予測
• 風力発電予測
• 太陽光発電予測

短期、中期、長期の予測について話すのは慣例ですが、実際に閾値が何であるべきかについては文献で合意が得られていません。

• 短期予測^[18]は、一般的に数分から数日先までの予測期間を扱い、日々の市場運営において最も重要なものです。負荷予測では、リードタイムが数分単位の非常に短期的な予測は、別の種類の予測として考えられていることが多いです。^[19]
• 数日から数か月先までの中期予測は、バランスシート計算、リスク管理、デリバティブの価格設定に一般的に好まれます。多くの場合、特に電力価格予測では、実際のポイント予測ではなく、将来の特定の期間にわたる価格の分布に基づいて評価されます。このタイプのモデリングは金融において長年の伝統があるため、「金融ソリューション」の流入が見られます。^[6]
• 長期 予測は、数か月、四半期、さらには数年単位で測定されるリードタイムで、発電所の将来の場所や燃料源を決定するなど、投資収益性の分析と計画に重点を置いています。^[20]

• IEEE エネルギー予測ワーキンググループ
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