Forecasting Daily Residential Natural Gas Consumption: A Dynamic Temperature Modelling Approach

Abstract

In this paper, we propose a new methodology to forecast residential and commercial natural gas consumption which combines natural gas demand estimation with a stochastic temperature model. We model demand and temperature processes separately and derive the distribution of natural gas consumption conditional on temperature. Natural gas consumption and local temperature processes are estimated using daily data on natural gas consumption and temperature for Istanbul, Turkey. First, using the derived conditional distribution of natural gas consumption we obtain confidence intervals of point forecasts. Second, we forecast natural gas consumption by using temperature and consumption paths generated by Monte Carlo simulations. We evaluate the forecast performance of different model specifications by comparing the realized consumption values with the model forecasts by the backtesting method. Our analysis establishes a relationship between the traded temperature-based weather derivatives, i.e. HDD/CDD futures, and expected natural gas consumption. This relationship allows for partial hedging of the demand risk faced by natural gas suppliers via traded weather derivatives.

Bu çalışmada, mesken ve ticari doğal gaz tüketimini, bir stokastik sıcaklık modelini temel alan doğal gaz talep tahmini ile birlikte tahmin eden bir yöntem öne sürülmektedir. Talep ve sıcaklık süreçleri ayrı ayrı modellenip, doğal gaz tüketiminin sıcaklığa şartlı dağılımı türetilmektedir. Doğal tüketim ve yerel sıcaklık süreçleri, İstanbul’un günlük doğal gaz tüketim ve sıcaklık verileri kullanılarak tahmin edilmiştir. İlk olarak, doğal gaz tüketiminin şartlı dağılımı kullanılarak nokta tahmincilerinin güven aralıkları oluşturulmuştur. Sonrasında, doğal gaz tüketimi Monte Carlo simülasyonları ile oluşturulan sıcaklık ve tüketim patikaları kullanılarak tahmin edilmiştir. Farklı modellerin tahmin performansları geriye dönük test yöntemiyle gerçek tüketim değerleriyle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, analitik çözüm kullanılarak doğal tüketimi ile sıcaklık türev ürünleri arasında bir ilişki ortaya konulmuştur. Bu ilişki doğal gaz tedarikçilerinin sıcaklık türevleri kullanarak talep risklerinden kısmen korunmasına imkan sağlamaktadır.