Kayıp doğal gaz tüketiminin makine öğrenmesi ile tespiti: Sakarya örneği

Enerji, dünya üzerindeki ülkelerin en fazla harcama yaptıkları alanlar arasında bulunmaktadır. Enerjiye ulaşabilmek kadar tedarik edilen veya üretilen enerji kaynaklarının yönetimi ve korunumu da oldukça önem arz etmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, dünyadaki en önemli enerji kaynaklarının başında gelen doğal gazın hesapsız bir biçimde tüketimi tespit edilmeye çalışılmıştır. Bu durum, bir dağıtım şebekesinden tüketicilere gönderilen gaz miktarı ile tüketicilerin faturalarına yansıyan tüketim miktarları arasındaki fark olarak tanımlanmaktadır ve hem doğal gaz tedariği sağlayan firmaları hem de ülkeleri ekonomik olarak ciddi zararlara uğratmaktadır. İletim borularındaki sızıntılar, hava sıcaklığının değişimi, aktif olmayan tükeciler, ölçüm hataları ve arızalı olabilecek sayaçlar bu duruma neden olarak gösterilebilmektedir. Bu çalışmada, sayaçlardan kaynaklı olabilecek kayıp doğal gaz tüketimi üzerinde yoğunlaşılmıştır. Bu çalışmada, her bir doğal gaz abonesinin tüketimlerini tahmin eden modeller oluşturulmuştur ve gerçekleştirilen tahminlerden yola çıkarak tüketimlerinde anormallik olan aboneler belirlenmeye çalışılmıştır. Çalışma sahası olarak Sakarya ilinde mevcut olan ve tüketim zamanları 2011-2021 arasında değişkenlik gösteren 307.570 adet abonenin doğal gaz tüketim verileri kullanılmıştır ve aboneler tüketim zamanı büyüklüklerine göre gruplara ayrılmıştır. Doğal gaz tüketiminde önemli ölçüde belirleyici olan meteorolojik durumları belirten veri seti ve ilgili tüketim dönemleri arasındaki hafta sonları, resmî tatil ve bayramların bilgisini içeren takvimsel olaylar veri seti kullanılarak kapsamlı bir veri ambarı oluşturulmuştur. Oluşturulan bu veri ambarı, model eğitimi ve test işlemlerinde kullanılmıştır. Abonelerin tüketimlerini tahmin etmek için çok katmanlı yapay sinir ağı modeli geliştirilmiştir. Her bir abonenin bir yıllık tüketim verileri ile ilgili abonelerin modelleri eğitilmiş ve geri kalan dönemlerin tüketimleri model tarafından tahmin edilmiştir. Çalışmada, her bir doğal gaz abonesi için iki farklı model geliştirilmiştir. Bunlar, doğal gaz tüketim verileri arasında bulunan ve her bir fatura dönemi içerisinde ilgili abonenin sayacının yenilenip yenilenmediği bilgisinin kullanılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Bu bilgiden yararlanılarak sayacı yenilenen abonelerin sonraki tüketimlerinin yenilenmiş sayaç ile gerçekleştirildiği bilgisinin ağa verildiği model oluşturulmuştur ve "bağıl model" olarak adlandırılmıştır. Diğer model ise sayaç yenilenme işlemlerinin noktasal olarak belirtildiği, yani sayaç bilgisinin ağa verilmediği modeldir ve "noktasal model" olarak adlandırılmıştır. Her abonenin belirtilen bu iki model ile de eğitim ve test işlemleri gerçekleştirilerek doğal gaz tüketim tahminleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan tahminlerin performansları, MAPE (ortalama mutlak yüzdesel hata) yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Geliştirilen modeller ile gerçekleştirilen tahminlerde bağıl modelde ortalama MAPE değeri 2,42 olurken noktasal modelde 2,12 olmuştur. İki modelin tahmin performansları değerlendirilerek kullanılan sayaçların doğal gaz tüketimleri üzerine olan etkileri belirlenmiştir. Bu bağlamda tüm abonelerin iki modelden elde edilen MAPE değerlerinin dağılımları istatistiksel yöntemler kullanılarak incelenmiş ve dağılım üzerinde normal tüketim davranışlarına sahip olan abonelerin sınırları belirlenmiştir. Ardından normal sınırlar dışında kalan aboneler iki alt gruba ayrılmıştır. Bunlar ara-geçiş bölgesi ve anormal bölge olarak isimlendirilmiştir. Elde edilen sınır değerleri kullanılarak anormal tüketim davranışlarına sahip olan aboneler belirlenmiştir ve bu bölgede bulunan abonelerin kayıp ve hesaplanamayan tüketime sahip olma riskinin yüksek olduğu belirtilmiştir.