تحلیل روند و پیش‌بینی الگوهای مصرف برق در کاربری‌های مختلف شهری در اقلیم نیمه‌خشک سرد: رویکردی انرژی‌محور در برنامه‌ریزی شهری تبریز

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه جغرافیا و برنامه ریزی شهری، دانشگاه تبریز

2 گروه برنامه ریزی شهری و منطقه ای، دانشکده برنامه ریزی و علوم محیطی، دانشگاه تبریز،، تبریز، ایران.

10.22034/gp.2025.68673.3443

چکیده

هدف این پژوهش تحلیل روند و پیش‌بینی الگوهای مصرف برق در کاربری‌های مختلف شهری (مسکونی، صنعتی، کشاورزی، عمومی، روشنایی عمومی و سایر) در شهر تبریز با اقلیم نیمه‌خشک سرد است. داده‌های مصرف برق به‌صورت دوماهه از سال ۱۳۸۷ تا ۱۴۰۲ از شرکت توزیع نیروی برق تبریز به تفکیک نوع کاربری گردآوری شد. برای تحلیل روند از آزمون من-کندال و برای سنجش رابطه بین کاربری‌ها از ضریب همبستگی اسپیرمن استفاده شد. پیش‌بینی الگوهای مصرف تا سال ۱۴۱۰ با استفاده از مدل شبکه عصبی خودرگرسیو (NNAR) انجام گرفت. آزمون‌های ایستایی ADF و KPSS، تجزیه STL ، تبدیل باکس-کاکس و ارزیابی دقت مدل با معیارهای RMSE، MSE و MAE نیز در بخش تحلیل سری زمانی لحاظ شد. نتایج این پژوهش نشان داد که تمامی کاربری‌ها دارای روند افزایشی معنادار در مصرف برق هستند. این روند در بخش‌های «سایر» (τ=0.572) و «مجموع» (τ=0.570) قوی‌تر از سایرین است. همچنین، کاربری‌های مسکونی (τ=0.496) و صنعتی (τ=0.500) نیز رشد چشمگیری داشتند. همبستگی اسپیرمن نیز نشان داد که کاربری‌های خانگی، صنعتی و سایر، همبستگی بالایی با مصرف کل برق دارند (ρ≥0.91). در بخش خانگی، مصرف برق در بازه‌های تیر–مرداد و بهمن–اسفند بیشترین نوسان و پیک مصرف را نشان داد که نشانگر تأثیر مستقیم شرایط اقلیمی فصلی است. مدل NNAR در تمامی کاربری‌ها دقت بالایی در پیش‌بینی نشان داد (RMSE<6%). بر مبنای یافته‌های تحقیق، گرچه تمامی کاربری‌های شهری تبریز در دوره ۱۳۸۷ تا ۱۴۰۲ روند افزایشی معناداری در مصرف برق داشته‌اند، اما پیش‌بینی‌ها نشان داد که مصرف برق در کاربری‌های مسکونی، کشاورزی و روشنایی عمومی تا سال ۱۴۱۰ با کاهش نسبی همراه است (به ترتیب ۲.۳٪، ۲.۱۴٪ و ۵.۶۱٪)، که احتمالاً ناشی از قطعی‌های مکرر برق و تأثیر آن‌ها بر داده‌های مدل است. این یافته‌ها بیانگر آن‌اند که سیاست‌گذاری انرژی در تبریز باید با تمرکز بر تقاضای سرکوب‌شده، افزایش تاب‌آوری شبکه و به‌کارگیری راهکارهای فصلی و کاربری‌محور بازنگری شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Trend Analysis and Forecasting of Urban Electricity Consumption Patterns in a Cold Semi-Arid Climate: An Energy-Oriented Urban Planning Approach in Tabriz

نویسندگان [English]

  • Mohammad Nemati 1
  • Iraj Teimouri 2
  • Shahrivar Roustaie 2
1 Department of Geography and Urban Planning, University of Tabriz
2 Department of urban and regional planning, Faculty of planning and environmental sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

This study investigates temporal trends and projects future electricity consumption patterns across diverse urban sectors (residential, industrial, agricultural, public, street lighting, and miscellaneous) in Tabriz, a city characterized by a cold semi-arid climate.

Biannual electricity consumption data, spanning 2008–2023, were sourced from the Tabriz Electricity Distribution Company and disaggregated by sector. Trend analysis was performed using the Mann-Kendall test, with inter-sectoral relationships evaluated via Spearman’s rank correlation coefficient. Forecasting until 2031 was conducted using a Neural Network Autoregressive (NNAR) model. Time-series analyses incorporated Augmented Dickey-Fuller (ADF) and Kwiatkowski-Phillips-Schmidt-Shin (KPSS) stationarity tests, Seasonal-Trend decomposition using Loess (STL), Box-Cox transformation, and model accuracy assessment through Root Mean Square Error (RMSE), Mean Squared Error (MSE), and Mean Absolute Error (MAE).

All sectors exhibited statistically significant upward trends in electricity consumption. The most pronounced trends were observed in the miscellaneous (τ=0.572) and aggregate (τ=0.570) categories, with substantial increases in residential (τ=0.496) and industrial (τ=0.500) sectors. Spearman’s correlation revealed strong associations between residential, industrial, and miscellaneous sectors with total consumption (ρ≥0.91). Residential consumption displayed marked seasonal variability, with peak demand during July–August and January–February, indicative of climatic influences. The NNAR model demonstrated robust predictive accuracy across all sectors (RMSE<6%).

Despite consistent consumption growth across sectors from 2008 to 2023, projections indicate relative declines by 2031 in residential (2.3%), agricultural (2.14%), and street lighting (5.61%) sectors, potentially attributable to recurrent power outages impacting model inputs. These findings advocate for energy policies in Tabriz prioritizing suppressed demand management, grid resilience enhancement, and tailored seasonal and sectoral strategies. The integration of the NNAR model, Mann-Kendall test, and a data-driven framework for energy policy formulation in semi-arid climates constitutes a novel contribution, offering actionable insights for sustainable urban energy management.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy-oriented urban planning
  • Urban electricity consumption
  • NNAR model
  • Cold semi-arid climate
  • Tabriz