気候変動緩和の緊急性により、経済が低炭素への移行の道をどのように開始し、維持できるかを調べるためのツールが必要です。戦争時には、経済は「戦争機械」になり、国内での基本的な生活水準を維持しながら戦闘力をサポートするように構成されます。ほとんどの国での平和な時代の難問は、「低炭素に移行する余裕があるか?」です。
もっともらしい経路は、物理的 (および技術的) 制限に準拠する必要があります。結果を理解し、トレードオフのバランスを取り、効率を最適化するための選択肢を模索するために、政治家や市民社会がアクセスできるようにする必要があります。必然的に、そのような経路は経済的要因と物理的制約を包含しなければならず、エネルギー価格を主要な変数としてモデル化してはなりません。これは、エコノミストとエンジニアの考え方を橋渡しすることを意味しますが、大きなギャップが見られます。この問題はかつてないほど重要になっています。 2015 年のパリ協定で導入された国別決定拠出金は、各国の経済に直接的な影響を与えます。
新しいアプローチが必要な理由
エネルギー システムの経済モデリングでは、完全な先見性や無制限の物質的代替可能性など、新古典派の経済的仮定が主に使用されます。したがって、モデラーは取引される商品やサービスについて何も知る必要はなく、価格だけを知る必要があります。これはより大きなシステム内のいくつかの製品の市場を表しているかもしれませんが、国の経済全体は物理的に制限されたシステムであり、価格シグナルだけでは物理的な限界を捉えることはできません.低炭素移行の物理的限界の例としては、再生可能エネルギー容量などの新しいインフラストラクチャの構築や建物のエネルギー効率の改善の妥当な最大速度があります。
すべての経済は、必要な追加の商品やサービスを生み出す能力が限られています。低炭素への移行の物理的に妥当なシナリオには、経済からどれだけのアウトプットを新しいインフラストラクチャの構築に転用する必要があるかを組み込む必要があります。このアウトプットを転用すると、雇用などの他の経済的相互作用に体系的な影響があります。
エンジニアリングの観点:データ、データ、データ
工学的観点とはどういう意味ですか?たとえば、エネルギーのすべての供給源と使用を説明する国のエネルギー収支データを考えてみましょう。このデータは、多くの場合、サンキー ダイアグラム形式で表されます (図 1)。エネルギーは、供給源から最終的な使用までの流れ (テラジュール/年、TJ/y) と見なすことができます。一部のエネルギーの流れは、燃焼による発電など、インフラストラクチャで変換されます。発電容量 (ギガワット、GW) は在庫であり、そこから実際の熱効率を計算して利用することができます。
我々は、国民経済計算の経済ボリューム・フローの公式との比較を行う。出発点は、企業が生産し、中間財とサービスを相互に供給し、さらに輸入することによる付加価値です。最終需要は、家計の消費と賃貸、政府サービス、輸出、そして重要な投資（資産の創出、固定資本）として定義されます。固定資本の形成 (投資) は、新しいインフラストラクチャを維持および構築するための財とサービスです。
エネルギーまたは経済のボリューム フローのいずれであっても、ストック、フロー、および現実世界のデータに関するこれらの原則は、経済全体に適用できます。マイニングできるデータセットには、国民経済計算 (GDP データ)、固定資本によって定量化されたインフラストラクチャ、エネルギー供給と使用、輸送、人口、住宅が含まれます。フローバランスデータとフローを変換する容量のストックを探しています。フローが容量のストックで変換される場合、出力フローと入力要件の時変係数を履歴データから導き出すことができます (図 3)。図 1 に示すように、これらはすべて利用可能であり、ストックはボックスの幅で表されていますが、驚いたことに、私たちが知る限り、ストックとフローのモデルには適用されていません。
トランスペアレント モデリングの原則
どのような動的システムでも、その原動力またはその勢いを維持するものは何かという問題があります。経済の場合、これは政府、中央銀行、社会（エコノミストは言うまでもありません）の聖杯です。最終需要は、商品とサービスの供給を必要とします。次に、固定資本での生産は、エネルギー、雇用、その他の商品やサービスの投入に対する需要を呼びます。しかし、経済は需要主導と見なされますが、短期的には商品やサービスを生産するために利用できる固定資本のストックによって制約を受けます。
ここに、多くのエコノミストのモデルからの出発点があります。彼らの最適化アプローチは、ある時点にとどまり、供給が需要と等しくなるまで価格を繰り返すことを意味します - 市場がクリアされます - マネーサプライと借入金利の制約内で。彼らのアプローチは価格の弾力性に依存しています。つまり、価格の変化に応じて需要と供給がどれだけ変化するかということです。
対照的に、システム ダイナミクス モデルは小さな時間ステップで連続的に前進し、フィードバック制御ループを適用します。私たちのモデルでは、増加する需要は、後続の時間ステップでインフラストラクチャを拡張するためのより多くの投資をシグナルすることによってのみ満たすことができます。投資は最終需要の 1 つの構成要素であるため、その変化は、経済全体に波及する需要主導の結果の一部です。私たちの単純だが強力な命題は、将来のシナリオは、将来の各年のエネルギー収支と同じくらい国民経済計算も生み出すべきだというものだ。シナリオの各年が同じ会計上の制約に準拠していないのはなぜですか?
英国のケーススタディ
英国における風力、原子力、および CCS (炭素の回収と隔離) のもっともらしい建設速度を使用して私たちのモデルを説明すると、政策立案者にとって興味深いトレードオフが明らかになります。低炭素への移行に関する現在の英国の予測は、化石燃料生成のための CCS への相当な投資に依存しています。 CCS を導入するための最初の選択肢は、もっともらしい速度で原子力発電所の新設を拡大することです。これでは大幅な排出削減は達成されず、建設のリードタイムが長いために大幅な遅れが生じています（図2）。ただし、CCS を実装するよりもコストがかかりません。
私たちの 2 番目の選択肢は、計画されている洋上風力発電の生産量を 2 倍にし、原子力発電所の新設を縮小することです。これは、CCS オプションと比較して固定資本への経済全体の投資を削減することで達成できます。さらに、この移行により、CCS の石炭およびガスのサプライ チェーンへの依存度が低下するため、エネルギー セキュリティの懸念が軽減されます。私たちの研究は、CCS を洋上風力発電に置き換えることが実行可能な投資戦略であることを示しています。 2017 年から 2035 年までの累積炭素排出量は、約 200 MtCO2 削減されます。 CCS または洋上風力発電のオプションと比較して、最速の原子力発電所の新規建設 (図 2)。
英国の計画における低炭素対策のパッケージ全体について、低排出シナリオの固定資本への投資 (経済全体の意味で) は、2035 年までに通常のシナリオ (BAU) よりも 19% 高くなります。コスト シナリオには、2020 年代後半にピークに達する CCS 展開が含まれます。風力と原子力のもっともらしい建設速度はどちらも大幅に安価ですが、一般的には風力が最も低くなっています。
2035 年までの完全な低排出計画の経済全体への影響は、必要な投資の増加が BAU の GDP の 12% から 15% に増加することです。この 3% の追加投資には、家計消費など、経済の別のエンドユーザーから最終需要を転用する必要があります。この減少は比較的小さいとはいえ、これらの投資に対する政策措置には、強力な政治的リーダーシップと、これが生活水準を著しく低下させるという批評家による課題を軽減するための幅広い支持が必要です。政策立案者は、2035 年までに 230,000 のオーダーの雇用がサービス産業の仕事から建設業にシフトするため、失業は一連の措置の影響を受けないことを強調する必要があります。
教訓
私たちのアプローチの重要性は、私たちのモデリング フレームワークがどの国にも適用できるということです。ほぼすべての国が、国連の国民経済計算システムに準拠した消費と固定資本のデータを収集しています。私たちのモデルは、かつてエネルギー、輸送、人口データと組み合わされた強力なツールです。たとえば、サービス産業の単位生産量あたりに必要な仕事の数の時系列傾向は、さまざまな国で顕著な類似性を示しています (図 3)。
経済全体の結果を調べると、2 つの結論に達しました。第一に、拡大するサービス産業による高い雇用により、金融生産性を維持することができます。第 2 に、CCS 技術をスケジュールどおりに展開できないこと、または新しい原子力発電所の建設速度を最速で実現することの遅れは、洋上風力発電の同等の生産能力によってカバーされ、同様の財政的および雇用的結果がもたらされる可能性があります。
これらの調査結果は、ジャーナル Applied Energy に最近掲載された、英国の累積二酸化炭素排出量に関する技術経路選択の結果と題する記事で説明されています。 、最近 Journal of Cleaner Production に掲載された、社会経済およびエネルギー データのモデル化による炭素排出量の通常のシナリオの生成 .このモデリングのためにデータがどのように選択され、サンキー ダイアグラムとして表されるかについては、持続可能な都市と社会で公開されている、エネルギーと社会経済活動によって経済を特徴付けるためのフレームワークで説明されています。 .それらがどのように調整されているかについては、ジャーナル Sustainable Production and Consumption に掲載されている堅牢なデータ主導のマクロ社会経済エネルギー モデルで説明されています。 .この作業は、Simon H. Roberts (Arup、ロンドン、英国)、Colin J. Axon (ブルネル大学ロンドン、英国)、Barney D. Foran (チャールズ スタート大学、オーストラリア)、Benjamin S. Warr (INSEAD、フランス)、および Nigel H. Goddard (エディンバラ大学)。
