Μεταβάσεις χαμηλών εκπομπών άνθρακα:Πόση αλλαγή μπορεί να αντέξει ένα έθνος;
Ο επείγων χαρακτήρας του μετριασμού της κλιματικής αλλαγής απαιτεί εργαλεία για την εξέταση του τρόπου με τον οποίο οι οικονομίες μπορούν να ξεκινήσουν – και να παραμείνουν – σε μια πορεία μετάβασης με χαμηλές εκπομπές άνθρακα. Σε περιόδους πολέμου, οι οικονομίες γίνονται μια «πολεμική μηχανή», διαμορφωμένη για να υποστηρίζει τις μαχόμενες δυνάμεις τους διατηρώντας παράλληλα τα βασικά πρότυπα διαβίωσης στο σπίτι. Ο γρίφος των καιρών μας ειρήνης στις περισσότερες χώρες είναι, "Μπορούμε να αντέξουμε οικονομικά να πάμε με χαμηλές εκπομπές άνθρακα;"
Τα εύλογα μονοπάτια πρέπει να συμμορφώνονται με φυσικά (και τεχνολογικά) όρια. Θα πρέπει να είναι προσβάσιμα τόσο από τους πολιτικούς όσο και την κοινωνία των πολιτών για τη διερεύνηση επιλογών για την κατανόηση των συνεπειών, την εξισορρόπηση των ανταλλαγών και τη βελτιστοποίηση της αποτελεσματικότητας. Αναγκαστικά, τέτοια μονοπάτια πρέπει να περιλαμβάνουν οικονομικούς παράγοντες και φυσικούς περιορισμούς και όχι να μοντελοποιούνται με την τιμή της ενέργειας ως κύρια μεταβλητή. Αυτό σημαίνει γεφύρωση της σκέψης οικονομολόγων και μηχανικών, ωστόσο παρατηρούμε ένα χασμουρητό χάσμα. Αυτό το πρόβλημα δεν ήταν ποτέ πιο σημαντικό. Οι Συνεισφορές Εθνικού Καθορισμού που εισήχθησαν στη Συμφωνία του Παρισιού του 2015 έχουν άμεση επίδραση στην οικονομία κάθε χώρας.
Γιατί χρειάζεται μια νέα προσέγγιση
Η οικονομική μοντελοποίηση για ενεργειακά συστήματα χρησιμοποιεί ως επί το πλείστον νεοκλασικές οικονομικές παραδοχές, όπως η τέλεια διορατικότητα και η απεριόριστη δυνατότητα υποκατάστασης υλικών. Κατά συνέπεια, ο μοντελιστής δεν χρειάζεται να γνωρίζει τίποτα για τα αγαθά και τις υπηρεσίες που διαπραγματεύονται, παρά μόνο τις τιμές. Ενώ αυτό μπορεί να αντιπροσωπεύει την αγορά για μερικά προϊόντα σε ένα μεγαλύτερο σύστημα, ολόκληρη η οικονομία μιας χώρας είναι ένα φυσικά περιορισμένο σύστημα και τα σήματα τιμών από μόνα τους δεν μπορούν να συλλάβουν φυσικά όρια. Ένα παράδειγμα των φυσικών ορίων για μια μετάβαση με χαμηλές εκπομπές άνθρακα είναι ο μέγιστος εύλογος ρυθμός κατασκευής νέων υποδομών, όπως η ικανότητα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας ή η βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων.
Όλες οι οικονομίες έχουν περιορισμένη ικανότητα να δημιουργήσουν τα επιπλέον αγαθά και υπηρεσίες που χρειάζονται. Οποιοδήποτε εύλογο φυσικά σενάριο για μια μετάβαση με χαμηλές εκπομπές άνθρακα πρέπει να ενσωματώνει πόση παραγωγή από μια οικονομία πρέπει να εκτραπεί στην κατασκευή νέων υποδομών. Η εκτροπή αυτού του προϊόντος έχει συστημικές επιπτώσεις σε άλλες οικονομικές αλληλεπιδράσεις, όπως η απασχόληση.
Μια μηχανική προοπτική:δεδομένα, δεδομένα, δεδομένα
Τι εννοούμε με τον όρο μηχανική προοπτική; Σκεφτείτε, για παράδειγμα, τα εθνικά δεδομένα ενεργειακού ισοζυγίου που λογιστικοποιούν όλες τις πηγές και τις χρήσεις ενέργειας, που συχνά αντιπροσωπεύονται σε μορφή διαγράμματος Sankey (Εικ. 1). Μπορούμε να δούμε την ενέργεια ως ροή (terajoules ανά έτος, TJ/y) από τις πηγές στην τελική χρήση. Ορισμένες ροές ενέργειας μετασχηματίζονται σε υποδομές, όπως η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με καύση. Η ικανότητα παραγωγής (gigawatt, GW) είναι ένα απόθεμα, από το οποίο μπορούμε να υπολογίσουμε και να εκμεταλλευτούμε πραγματικές θερμικές αποδόσεις, ας πούμε.
Κάνουμε μια σύγκριση με τον φορμαλισμό των Εθνικών Λογαριασμών για τις ροές οικονομικού όγκου. Το σημείο εκκίνησης είναι η προστιθέμενη αξία από τις εταιρείες που παράγουν και προμηθεύουν η μία την άλλη με ενδιάμεσα αγαθά και υπηρεσίες, συν τις εισαγωγές. Η τελική ζήτηση ορίζεται ως η κατανάλωση και το ενοίκιο των νοικοκυριών, οι κρατικές υπηρεσίες, οι εξαγωγές και, κυρίως, οι επενδύσεις (η δημιουργία περιουσιακών στοιχείων, πάγιο κεφάλαιο). Ο σχηματισμός παγίου κεφαλαίου (επένδυση) είναι τα αγαθά και οι υπηρεσίες για τη συντήρηση και την κατασκευή νέων υποδομών.
Είτε πρόκειται για ροές ενέργειας είτε για οικονομικούς όγκους, αυτές οι αρχές των αποθεμάτων, των ροών και των δεδομένων πραγματικού κόσμου μπορούν να εφαρμοστούν σε μια ολόκληρη οικονομία. Τα σύνολα δεδομένων που μπορούμε να εξορύξουμε περιλαμβάνουν τους Εθνικούς Λογαριασμούς (στοιχεία ΑΕΠ), την υποδομή ποσοτικοποιημένη με πάγιο κεφάλαιο, την παροχή ενέργειας και τη χρήση, τις μεταφορές, τον πληθυσμό και τη στέγαση. Αναζητούμε δεδομένα ισοζυγίου ροών και αποθέματα ικανότητας μετατροπής ροών. Όπου οι ροές μετατρέπονται σε ένα απόθεμα χωρητικότητας, μπορούμε να αντλήσουμε από ιστορικά δεδομένα χρονικά μεταβαλλόμενους συντελεστές για ροές εκροών και απαιτήσεις εισροών (Εικ. 3). Όλα αυτά είναι διαθέσιμα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, με αποθέματα που αντιπροσωπεύονται από πλάτη κουτιών, αλλά αποτελεί έκπληξη, από όσο γνωρίζουμε, ότι κανένα δεν εφαρμόζεται σε ένα μοντέλο stocks-and-flows.
Διαφανείς αρχές μοντελοποίησης
Για κάθε δυναμικό σύστημα, τίθεται θέμα κινητήριας δύναμης ή τι διατηρεί την ορμή του. Στην περίπτωση μιας οικονομίας, αυτό είναι το ιερό δισκοπότηρο των κυβερνήσεων, των κεντρικών τραπεζών και της κοινωνίας (για να μην αναφέρουμε τους οικονομολόγους). Η τελική ζήτηση απαιτεί την προσφορά αγαθών και υπηρεσιών. Με τη σειρά της, η παραγωγή τους σε πάγιο κεφάλαιο απαιτεί τη ζήτηση για εισροές ενέργειας, θέσεις εργασίας και άλλα αγαθά και υπηρεσίες. Ωστόσο, ενώ μια οικονομία θεωρείται ως ηγέτης της ζήτησης, βραχυπρόθεσμα περιορίζεται από το απόθεμα παγίου κεφαλαίου που διατίθεται για την παραγωγή αγαθών και υπηρεσιών.
Εδώ είναι το σημείο αφετηρίας μας από τα μοντέλα πολλών οικονομολόγων. Η προσέγγισή τους βελτιστοποίησης σημαίνει ότι παραμένουν σε μια χρονική στιγμή, επαναλαμβάνοντας τις τιμές έως ότου η προσφορά ισούται με τη ζήτηση - η αγορά εκκαθαρίζεται - εντός των περιορισμών τους όσον αφορά την προσφορά χρήματος και τα επιτόκια δανεισμού. Η προσέγγισή τους εξαρτάται από την ελαστικότητα των τιμών, που σημαίνει πόσο μπορεί να αλλάξει η προσφορά και η ζήτηση καθώς αλλάζουν οι τιμές.
Αντίθετα, το μοντέλο δυναμικής του συστήματός μας εκτελείται συνεχώς προς τα εμπρός σε μικρά χρονικά βήματα και εφαρμόζει βρόχους ελέγχου ανάδρασης. Στο μοντέλο μας, η αυξανόμενη ζήτηση μπορεί να καλυφθεί μόνο με σηματοδότηση για περισσότερες επενδύσεις για την επέκταση της υποδομής σε επόμενα χρονικά βήματα. Δεδομένου ότι οι επενδύσεις αποτελούν ένα συστατικό της τελικής ζήτησης, οι αλλαγές τους αποτελούν μέρος των συνεπειών της ζήτησης που κυμαίνονται πίσω στην οικονομία. Η απλή αλλά ισχυρή πρότασή μας είναι ότι τα μελλοντικά σενάρια θα πρέπει επίσης να παράγουν εθνικούς λογαριασμούς, όσο και ενεργειακό ισοζύγιο, για κάθε μελλοντικό έτος. Γιατί να μην συμμορφώνεται κάθε έτος ενός σεναρίου με τους ίδιους λογιστικούς περιορισμούς;
Μελέτη περίπτωσης ΗΒ
Η απεικόνιση του μοντέλου μας χρησιμοποιώντας τους ταχύτερους εύλογους ρυθμούς δόμησης για αιολικά, πυρηνικά και CCS (δέσμευση και δέσμευση άνθρακα) στο Ηνωμένο Βασίλειο αποκαλύπτει ενδιαφέροντες συμβιβασμούς για τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής. Οι τρέχουσες προβλέψεις του ΗΒ για μια μετάβαση με χαμηλές εκπομπές άνθρακα βασίζονται σε σημαντικές επενδύσεις σε CCS για την παραγωγή ορυκτών καυσίμων. Η πρώτη εναλλακτική λύση για την εφαρμογή CCS είναι η επέκταση της νέας πυρηνικής κατασκευής με τον ταχύτερο εύλογο ρυθμό. Αυτό δεν επιτυγχάνει τόσο μεγάλη μείωση των εκπομπών και υπάρχει μια αξιοσημείωτη καθυστέρηση λόγω του μεγάλου χρόνου κατασκευής (Εικ. 2). Ωστόσο, κοστίζει λιγότερο από την εφαρμογή CCS.
Η δεύτερη εναλλακτική μας είναι ο διπλασιασμός της προγραμματισμένης υπεράκτιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από αιολική ενέργεια και η μειωμένη επέκταση των πυρηνικών νέων κατασκευών. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με μειωμένες επενδύσεις συνολικής οικονομίας σε πάγιο κεφάλαιο σε σύγκριση με την επιλογή CCS. Επιπλέον, αυτή η μετάβαση θα μειώσει τις ανησυχίες για την ενεργειακή ασφάλεια μειώνοντας την εξάρτηση από τις αλυσίδες εφοδιασμού άνθρακα και αερίου της CCS. Η μελέτη μας δείχνει ότι η αντικατάσταση του CCS με υπεράκτια αιολική ενέργεια είναι μια εφικτή επενδυτική στρατηγική. Οι σωρευτικές εκπομπές άνθρακα από το 2017 έως το 2035 θα μειωθούν κατά περίπου 200 MtCO2 είτε για CCS είτε για υπεράκτια αιολική ενέργεια σε σύγκριση με την επιλογή της ταχύτερης πυρηνικής νέας κατασκευής (Εικ. 2).
Για ολόκληρο το πακέτο μέτρων χαμηλών εκπομπών άνθρακα στα σχέδια του Ηνωμένου Βασιλείου, η επένδυση σε πάγιο κεφάλαιο (με την έννοια της συνολικής οικονομίας) για τα σενάρια χαμηλότερων εκπομπών είναι 19% υψηλότερη από το σενάριο «business as usual» (BAU) έως το 2035. Το υψηλότερο Το σενάριο κόστους περιλαμβάνει την ανάπτυξη CCS, η οποία κορυφώνεται στα τέλη της δεκαετίας του 2020. Και οι δύο οι ταχύτεροι εύλογοι ρυθμοί κατασκευής για αιολική και πυρηνική ενέργεια είναι σημαντικά φθηνότεροι, αν και γενικά ο άνεμος είναι ο χαμηλότερος.
Οι επιπτώσεις των πλήρους σχεδίων χαμηλών εκπομπών έως το 2035 σε ολόκληρη την οικονομία είναι ότι η αυξανόμενη επένδυση που απαιτείται θα αυξηθεί από 12% σε 15% του ΑΕΠ για την BAU. Αυτή η πρόσθετη επένδυση 3% θα χρειαστεί η τελική ζήτηση για να εκτραπεί από άλλον τελικό χρήστη στην οικονομία, όπως από την οικιακή κατανάλωση. Αν και αυτή η μείωση θα ήταν συγκριτικά μικρή, ωστόσο, τα μέτρα πολιτικής για αυτές τις επενδύσεις θα χρειαστούν ισχυρή πολιτική ηγεσία και ευρεία υποστήριξη για να μετριαστούν οι προκλήσεις από τους επικριτές ότι αυτό μειώνει αισθητά το βιοτικό επίπεδο. Οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής πρέπει να τονίσουν ότι η ανεργία δεν επηρεάζεται από τη δέσμη μέτρων, καθώς θα υπάρξει μετατόπιση της απασχόλησης από θέσεις εργασίας στον κλάδο των υπηρεσιών στην κατασκευή της τάξης των 230.000 έως το 2035.
Διδάγματα
Η σημασία της προσέγγισής μας είναι ότι το πλαίσιο μοντελοποίησης μας είναι εφαρμόσιμο σε οποιοδήποτε έθνος. Σχεδόν όλα τα έθνη συγκεντρώνουν δεδομένα κατανάλωσης και παγίου κεφαλαίου σύμφωνα με το Σύστημα Εθνικών Λογαριασμών των Ηνωμένων Εθνών. Το μοντέλο μας είναι ένα ισχυρό εργαλείο όταν συνδυάζεται με δεδομένα ενέργειας, μεταφορών και πληθυσμού. Για παράδειγμα, οι τάσεις των χρονοσειρών του αριθμού των θέσεων εργασίας που απαιτούνται ανά μονάδα παραγωγής για τον κλάδο των υπηρεσιών δείχνουν εντυπωσιακές ομοιότητες σε μια σειρά χωρών (Εικ. 3).
Η εξέταση των αποτελεσμάτων της συνολικής οικονομίας μας οδήγησε σε δύο συμπεράσματα. Πρώτον, η οικονομική παραγωγικότητα μπορεί να διατηρηθεί με υψηλή απασχόληση που καθοδηγείται από έναν αναπτυσσόμενο κλάδο υπηρεσιών. Δεύτερον, οποιαδήποτε αδυναμία ανάπτυξης τεχνολογιών CCS εντός χρονοδιαγράμματος ή καθυστέρηση στην εφαρμογή των ταχύτερων εύλογων ρυθμών κατασκευής για νέα πυρηνικά θα μπορούσε να καλυφθεί από μια ισοδύναμη παραγωγική ικανότητα σε υπεράκτια αιολική ενέργεια με παρόμοια οικονομικά αποτελέσματα και αποτελέσματα απασχόλησης.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται σε άρθρα με τίτλο Consequences of Selecting Technology pathways on αθροιστικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα για το Ηνωμένο Βασίλειο, που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Applied Energy , και Μοντελοποίηση κοινωνικοοικονομικών και ενεργειακών δεδομένων για τη δημιουργία επιχειρηματικών σεναρίων για τις εκπομπές άνθρακα, που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο Journal of Cleaner Production . Ο τρόπος με τον οποίο επιλέγονται τα δεδομένα για αυτήν τη μοντελοποίηση και παρουσιάζονται ως διαγράμματα Sankey περιγράφεται στο Πλαίσιο για τον χαρακτηρισμό μιας οικονομίας από τις ενεργειακές και κοινωνικοοικονομικές δραστηριότητές της, που δημοσιεύεται στο Sustainable Cities and Society . Ο τρόπος με τον οποίο βαθμονομούνται περιγράφεται στο A robust data-driven macro-socioeconomic-energy model, που δημοσιεύεται στο περιοδικό Sustainable Production and Consumption . Η εργασία διεξήχθη από τους Simon H. Roberts (Arup, Λονδίνο, Η.Β.), Colin J. Axon (Πανεπιστήμιο Brunel Λονδίνο, UK), Barney D. Foran (Πανεπιστήμιο Charles Sturt, Αυστραλία), Benjamin S. Warr (INSEAD, Γαλλία), και Nigel H. Goddard (Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου).
