Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen 19/2006 – Litteraturstudie af omkostningerne ved drivhusgasreduktion

Litteraturstudie af omkostningerne ved drivhusgasreduktion

3 Klimamodeller

I dette afsnit gives en kort beskrivelse af nogle af beregningsmodellerne, som er blevet benyttet i de analyser, vi har gennemgået i afsnit 2. Det drejer sig om POLES-modellen, som er refereret i henholdsvis EEA, EU, UNFCCC og IPTS-rapporten. Det drejer sig om GEM-E3, som er blevet anvendt til de analyser, som står centralt i EU, UNFCCC og IPTS-rapporten. Og endelig drejer det sig om MARKAL-modellen, som er blevet brugt til analyserne i DTI rapporten.

Beskrivelsen af modellerne er baseret på IPTS 2005 (POLES og GEM-E3) og på DTI 2003a.

POLES

POLES er hovedsageligt blevet anvendt af EU-Kommissionen, men anvendes også af IEA i forbindelse med udarbejdelsen af World Energy Outlook, jf. afsnit 4. POLES leverer input i form af internationale energipriser og energibalancer på lande/region-niveau. Nyere modelanvendelser har været fokuseret på omkostningsanalyser af klimapolitik.

POLES (Prospective Outlook for the Long-term Energy System) er en global, sektoropdelt simulationsmodel til beregning af efterspørgsel efter og udbud af energi frem til år 2030. I andre kilder karakteriseres modellen også som en partiel ligevægtsmodel, som minimerer omkostningerne ved energiforsyning. Modellen indeholder 38 lande eller regioner. Vi er ikke stødt på en oversigt over, hvilke lande eller regioner, der er inkluderet i modellen. Figur 5 viser dog et verdenskort, hvor de større lande og regioner i modellen kan identificeres.

Der er 15 energiefterspørgende sektorer i modellen (heraf væsentlige industrisektorer, transportsystemer, husholdninger og serviceerhverv), 12 kraftværksteknologier og 12 nye og vedvarende energiteknologier.

Oliemarkedet optræder i modellen som et verdensmarked. For at tage højde for regionale omkostningsforskelle antages det, at naturgas og kul handles på tre selvstændige markeder.

Modellen indeholder tre analyseniveauer:

Internationale energimarkeder
Regionale energibalancer
Nationale modeller for energiefterspørgsel, nye teknologier og vedvarende energi, elproduktion, primær energiproduktion og CO₂-udledning.

Efterspørgsel og udbud af energi reagerer i modellen med forskellig tidsforsinkelse på ændringer i de internationale energipriser. Adfærdsrelationer tager hensyn til både priseffekter og teknologiske muligheder.

Der er i IPTS angivet referencer til en uddybende modelbeskrivelse: http://energy.jrc.es og European Commission 1996.

GEM-E3

GEM-E3 (General Equilibrium Model for Energy-Economy-Environment) er en generel ligevægtsmodel udviklet med støtte af EU-Kommissionen og nationale myndigheder gennem internationalt forskningssamarbejde, Capros et al. (1997). Modellen er blevet anvendt af flere af EU's direktorater og af nationale myndigheder.

Modellen omfatter 21 regioner i verden og 15 europæiske lande, som er kædet sammen gennem bilateral handel. GEM-E3 repræsenterer samspillet mellem økonomi, energisystem og miljø og beregner samtidig en markedsligevægt og bestemmer den optimale balance for energiforbrug og -produktion og for emissioner og bekæmpelsesomkostninger.

Følgende egenskaber karakteriserer modellen:

Alle typer markeder og samspillet mellem dem er inkluderet, og markedspriserne sikrer ligevægt på markederne.
En separat beskrivelse af udbuds- og efterspørgselsadfærd på markederne. Producenter maksimerer deres indtjening (profit), og forbrugerne maksimer deres nytte.
Priser bestemmes i modellen som resultatet af udbuds- og efterspørgselssamspil på markederne, og forskellige markeds-clearings-mekanismer er mulige ud over fuldkommen konkurrence.
Produktionsteknologier bestemmes (endogent) af modellen, som antager, at produktionsinput bestemmes af prisforhold. I elsektoren kan produktionen baseres på en eksplicit modellering af produktionsteknologierne.
For husholdningerne skelner modellen mellem varige forbrugsgoder og andre forbrugsgoder og serviceydelser.
Den er dynamisk og derfor drevet af muligheden for, at der kan akkumuleres kapital over tid.
Teknologiske fremskridt – hvad enten de er eksogent eller endogent bestemt – er indbygget i produktionsfunktionerne og afhænger af udgifterne til forskning og udvikling i den private og offentlige sektor.
Muligheden for at analysere forskellige design af kvotehandel og fleksible instrumenter, fx grandfathering, auktion og forskellige former for recycling af provenuet fra kvotehandel.

Der er i IPTS 2005 angivet links til mere detaljeret information om GEM-E3, p. 21.

MARKAL

MARKAL-modellen er anvendt i forbindelse med de analyser, der præsenteres i rapporten fra Department of Trade and Industry i England, DTI (2003): Options for a low carbon future. MARKAL er en bottom-up – og dermed teknologibaseret – model, som kan identificere den billigste sammensætning af teknologier til at tilfredsstille en på forhånd given energiefterspørgsel. Modellen er i stand til over hele den tidsperiode, som analyseres, at minimere de samlede omkostninger i energiforsyningssystemet.

Restriktioner på omkostningerne vil være de på forhånd fastlagte teknologiske muligheder, de fysiske mængder af energiressourcer, kapacitetsbegrænsninger i energisystemet på kort sigt og politisk fastlagte rammebetingelser. Disse restriktioner fastlægger, hvor lave omkostningerne kan blive.

MARKAL drives af prognoser for efterspørgslen efter energi og andre varer og serviceydelser over analyseperioden. Disse prognoser udarbejdes uden for modellen og bliver derefter givet som modelforudsætninger. Dermed tager modellen ikke højde for efterspørgselstilpasninger som følge af fx højere energipriser.

En svaghed ved MARKAL, når man anvender den til analyser af drivhusgasser, er, at den ikke inkluderer al udledning. Således tager den ikke højde for udledningen fra raffinaderier, olie- og gasindustrien, landbruget, bygningsindustrien og søfart. Disse sektorer tegner sig ifølge DTI (2005), p. 4 for 15% af udledningen af drivhusgasser i England.

Yderligere dokumentation af modellen kan findes på denne hjemmeside http://www.etsap.org/Tools/MARKAL.htm