GAMS经济建模和政策分析-模拟欧盟交通部门碳强度目标

一、背景

 

清洁交通委员会(ICCT)是一家非营利组织,致力于帮助机构和决策者通过所有交通模式减少空气污染和燃料消耗。鉴于交通部门的复杂性,只有通过使用一套一致的规则和复杂的整体部门模型来模拟政策选项,政策制定者才能做出明智的决策。代数建模语言(AML)如GAMS已被证明是开发此类模型的有用工具。应欧洲委员会的要求,ICCT邀请GAMS开发、测试并运行欧盟交通部门的部分均衡模型,包括轻型车辆、重型车辆和航空部门的代表。该模型的目的是测试几种包含重叠温室气体(GHG)减排目标、资格上限和其他优惠待遇的政策场景。通过GAMS,我们可以同时应用所有这些约束集合并解决模型,以评估市场对这些政策的响应。这项工作的结果将反馈到欧盟委员会的“绿色协议”计划中,旨在到2030年减少温室气体排放55%,并到2050年实现气候中和。以下文本以压缩格式总结了该研究的一些方面。完整报告可在ICCT网站上访问。

 

 

二、考虑的政策场景

 

共考虑了10个政策场景,这些场景是与ICCT研究人员合作开发的。每个场景代表了一系列组合:

 

  • 温室气体减排目标或可再生能源任务
  • 基于食物和饲料的生物燃料上限
  • 先进生物燃料任务
  • 非生物来源的可再生燃料(RFNBOs)
  • 可持续航空燃料(SAF)任务
  • 航空电子燃料任务
  • 预期的电动车年增长率
  • 对某些中间作物(如大豆或玉米)用于生物燃料生产的使用上限

 

场景参数总结如下图:

表1.输入方案

 

 

三、模型

 

该模型被构建为一个静态的部分均衡模型,使用多个代理。每个代理作为成本蕞小化者,同时遵守提出的政策目标集合:

 

  • 消费者代理根据不同的引擎技术(汽油、柴油、电动、氢燃料或压缩天然气)做出轻型车辆或重型车辆的购买决定。
  • 航空消费者代理根据要购买的燃料混合物做出购买决定。
  • 一名调配代理负责向消费者代理提供燃料,以满足政策要求。假设调配代理的混合燃料供应符合等弹性供应曲线。

 

 

关于扩展数学规划(EMP)

均衡问题实施起来可能很繁琐,但GAMS——作为代数建模语言——提供了“扩展数学规划”(EMP)扩展,专门用于解决这些问题。EMP使得可以将单个代理作为独立的子问题来实现,然后自动将其重新表述为商业求解器可以有效解决的格式。这种重新表述技术的真正力量在于,它使模型能够快速重新开发,而无需担心与重新表述-调试-验证周期相关的必要人员时间。如果需要进行后期更改,这种重新开发的周期可能会迅速变得难以应对,这在旨在不断变化的政策对话中提供信息的项目中是固有的。

 

 

四、结果

 

图1总结了每个场景中用于满足政策要求的燃料类型。一些场景之间的差异符合预期,例如,当温室气体目标减低时(场景2),可再生能源总量较低;当食品基础上限设定为0%时(场景3、4和10),则没有基于食品的生物燃料。一个引人注目的结果是,在大多数场景中,当中间作物生物燃料免于食品基础生物燃料上限时,其数量很大。当政策变得更加雄心勃勃时,例如将能源指令水平从场景8提高到场景9,中间作物生物燃料将填补大部分增加的可再生燃料总需求。特别是,我们发现大豆加氢处理植物油(HVO)大幅增加。简单地减低目标水平,例如从场景1到场景2,就会大幅减少使用的中间作物生物燃料数量。我们发现,一旦满足了子指令和上限要求,中间作物就是满足温室气体目标或可再生能源指令的蕞便宜的合规选项。

 

图1. 按政策情景划分的燃料类别能源消耗

 

问题在于,全球大多数中间作物都是主要的大宗商品作物,它们用于生物燃料时,和基于食品的生物燃料一样,可能导致间接土地利用变化(ILUC)。当我们考虑ILUC排放时,中间作物大豆生物燃料产生的很高的总温室气体排放会大大抵消整个政策的温室气体减排效菓。这可以在表2中看到,表2显示了每个情景的总温室气体减排量,以及碳减排的平均成本、温室气体信用价格和道路与航空部门可再生能源的总份额。

表2. 环境统计摘要

 

 

本研究的一个重要发现是,与可再生能源指令相比,温室气体目标带来的温室气体减排效菓要大得多。代表26%可再生能源指令的场景8产生的可再生能源燃料总量与场景1相似,但总体温室气体减排量仅为场景1的三分之一左右。因此,场景8的碳减排成本大约是场景1的三倍。温室气体目标似乎也是实现气候减缓目标比可再生能源指令更具成本效益的手段。

 

可再生能源燃料政策复杂,政策变化的影响并不总是直观的。正如本文所展示的,定量建模可以客观地分析指南变化带来的一系列广泛影响,是一种有用的工具,能够帮助政策制定者做出明智的决策。

 

完整的报告可在以下网址获取:https://theicct.org/publications/transport-carbon-intensity-targets-eu-aug2021

 

关于清洁交通委员会(ICCT):清洁交通委员会是一个独立的非营利组织,旨在向环境监管机构提供公正的研究以及技术和科学分析。他们的使掵是改善道路、海洋和航空运输的环境性能和能源效率,以改善公众健康和减缓气候变化。

 

 

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2024-04-07 17:00
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