Forecasting methods in oil & gas sector. Optimised Theta model and application on annual oil and gas demand data of european countries
Μέθοδοι πρόβλεψης στον κλάδο των υδρογονανθράκων. Βελτιστοποιημένο μοντέλο Theta και εφαρμογή σε δεδομένα ετήσιας ζήτησης πετρελαίου και αερίου ευρωπαϊκών χωρών
Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία
Συγγραφέας
Ηλιόπουλος, Χρήστος
Ημερομηνία
2021-10-14Επιβλέπων
Κονδύλη, ΑιμιλίαΛέξεις-κλειδιά
Forecasting ; Oil ; Gas ; Demand ; sMAPE ; Solver ; Extrapolation ; θ lines ; Quantitative methods ; Demand forecast ; Annual data ; Energy demand ; Theta model ; Optimization ; Time seriesΠερίληψη
In this thesis, forecasting methods in Oil&Gas industry are studied, relying on historical data. Focus is given on oil and gas yearly demand of European countries and the Theta Model is used, a time series extrapolative forecasting method that topped the M3-Competition 20 years ago, the largest empirical forecasting competition till that date; and performed very good in the recent M4-Competition in 2018. Annual historical data are used, taken from iea and Rystad, from 1990 to 2018 and the Theta method is applied to all time series using a simple excel spreadsheet to construct the model. The fit, as well as the accuracy of the method for the 2019 demand value, are measured with sMAPE and are compared to a benchmark of three simple commonly used methods (Naive, MA3, MA5) and two ready forecasting methods of excel (FRC.LIN, FRC.ETS). The Theta Model is then optimised for each time series using Solver in Excel in order to define the combination of parameters, number of θ lines, value of each θ and
weight in the forecast, that offer the best fit, through sMAPE minimization. This combination is used to forecast the 2019 demand value and forecast error is measured. Finally, we forecast the annual demand until 2024 and compare it with the respective
forecasts of Rystad that we have in our possession. The excel spreadsheet that simulates the above and adjusts the respective calculations on data entered by the user, can act as a general free tool for country annual oil&gas demand forecasting,
achieving very good point forecasts, without complex calculations or effort need to be done by the user. This tool, in which annual data are simply placed as input and a button is pressed so that Solver automatically extracts the best describing Theta model
for the data entered, minimizes error and gives us reliable forecast. Thus, it can be used by users who desire to forecast oil or gas annual demand. In each case, the model is driven by the amount and differentiation of annual input data and the minimization of total sMAPE of forecasts and results are verified by the optimisation tool Solver.
Περίληψη
Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται μέθοδοι πρόβλεψης στον κλάδο των υδρογονανθράκων, στηριζόμενοι σε παρελθοντικά δεδομένα. Γίνεται επικέντρωση στην ετήσια ζήτηση πετρελαίου και αερίου Ευρωπαϊκών χωρών και χρησιμοποιείται
η μέθοδος Theta, μία μέθοδος αποσύνθεσης και προεκβολής χρονοσειρών που κυριάρχησε στον M3-Διαγωνισμό 20 χρόνια πριν, τον μεγαλύτερο εμπειρικό διαγωνισμό προβλέψεων μέχρι τότε και απέδωσε αρκετά καλά στον πρόσφατο M4-Διαγωνισμό το 2018. Χρησιμοποιούνται ετήσια ιστορικά δεδομένα ζήτησης, αντλημένα από την iea και την Rystad, από το 1990 μέχρι το 2018 και εφαρμόζεται η μέθοδος Theta σε όλες τις χρονοσειρές χρησιμοποιώντας απλό υπολογιστικό φύλλο ecxel για την κατασκευή του μοντέλου. Τόσο η προσαρμογή (fit) σε όλη την χρονοσειρά, όσο και η ακρίβεια της μεθόδου για την ζήτηση του 2019, μετρούνται με
το σφάλμα sMAPE και συγκρίνονται με τρεις απλές ευρέως χρησιμοποιούμενες μεθόδους (Naive, ΚΜO3, ΚΜO5) και δύο έτοιμες προς χρήση μεθόδους πρόβλεψης του Excel (FRC.LIN, FRC.ETS). Στην συνέχεια βελτιστοποιείται το μοντέλο Theta για την χρονοσειρά κάθε χώρας, με χρήση του Solver στο Excel, ώστε να καθοριστούν οι παράμετροι, ο αριθμός γραμμών θ, η τιμή του ή των θ και η συνεισφορά (βάρος) κάθε γραμμής στην τελική πρόβλεψη, που δίνουν την καλύτερη προσαρμογή στα δεδομένα, ήτοι ελαχιστοποιούν το sMAPE. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται για να προβλεφθεί η τιμή ζήτησης του 2019 και μετράται το σφάλμα πρόβλεψης επίσης με το sMAPE. Τέλος, εκτελούνται προβλέψεις με το βελτιστοποιημένο μοντέλο Theta μέχρι το 2024 και
συγκρίνονται με τις αντίστοιχες της Rystad σε χώρες για τις οποίες έχουμε δεδομένα στην διάθεσή μας. Το υπολογιστικό φύλλο που προσομοιώνει τα ανωτέρω και προσαρμόζει τους εκάστοτε υπολογισμούς και παραμέτρους στα δεδομένα που εισάγονται από τον χρήστη, μπορεί να λειτουργήσει ως γενικό ελεύθερο εργαλείο για πρόβλεψη εθνικής ετήσιας ζήτησης πετρελαίου και αερίου, επιτυγχάνοντας αξιόπιστες σημειακές προβλέψεις, χωρίς περίπλοκους υπολογισμούς ή καταβολή προσπάθειας από τον χρήστη. Το εργαλείο αυτό, στο οποίο εισάγονται απλά ετήσια δεδομένα και με το πάτημα ενός κουμπιού εξάγεται αυτόματα μέσω του Solver το μοντέλο Theta που προσαρμόζεται βέλτιστα στην εκάστοτε χρονοσειρά, ελαχιστοποιεί το σφάλμα και παρέχει αξιόπιστες προβλέψεις. Οπότε, μπορεί να χρησιμοποιηθεί από χρήστες που επιθυμούν να προβλέψουν ετήσια ζήτηση πετρελαίου ή αερίου.
Το μοντέλο οδηγείται από τον αριθμό και διαφοροποίηση των ετήσιων δεδομένων εισόδου με στόχο την ελαχιστοποίηση του συνολικού sMAPE των προβλέψεων και τα αποτελέσματα επαληθεύονται από το εργαλείο βελτιστοποίησης Solver.