Analýza scénářů Jan Osička Obsah I. Co je analýza scénářů II. Co jsou scénáře III. Silné stránky a limity IV. Případová studie 1: WEC 2050 Scenarios V. Případová studie 2: CENERS 2020 Gas flows scenarios VI. Případová studie 3: MPO 2015 Aktualizace státní energetické koncepce Analýza scénářů • Vytváření a porovnání alternativních obrazů budoucnosti • Zhodnocení jejich důsledků Cíl: lépe uchopit komplexní jevy => vytváření konkrétních strategií (control) => adaptace (hedging) Historie • 1950s: Herman Kahn (RAND): alternativní obrazy vývoje jaderného konfliktu • Sled různých událostí vedoucí ke konkrétním výsledkům • Scénáře jako nástroje plánování, nikoliv predikce • 1960s: Hudson Institute (H. Kahn) • 4 scénáře amerického spotřebitelského trhu do 1980 (General Electrics) • 2 scénáře vývoje ropného průmyslu ve světě do 2000 (Royal Dutch Shell) Typologie scénářů Dle předmětu zkoumání • Bezpečnost (velké konflikty) • Makroekonomické trendy (světová ekonomika) • Životní prostředí (IPCC) • Energetika (IEA, IOCs, IPCC) • … Typologie scénářů Dle konstrukce • Prospektivní (vývoj alternativních obrazů budoucnosti z výchozího stavu s přihlédnutím k neznámým) • Retrospektivní (možné cesty k normativní vizi budoucnosti) • Narativní • Modelové • Top-down • Bottom-up Narativní scénáře • Ne vždy je vhodné vše kvantifikovat • Identifikace trendů • Nominální a ordinální data Modelové scénáře Top-down • Vztažené ke konkrétnímu systému jako celku • Kumulativní dopady nějakého faktoru na referenční systém • Limits to Growth (14 scénářů, 1900-2100, systémové limity růstu populace) • The Future of the World Economy (15 regionů, dopady 50% snížení chudoby) Modelové scénáře Bottom-up • Zaměřenější, kratší časový interval • Dopady přesně vymezených situací • Srovnání konkrétních možností na základě vybraných kritérií • Optimizační modely, simulační modely, multi-agentní modely Př: Schellingův model segregace, Deffuantův model šíření názorů Model segregace (Schelling 1971) • „Bílé“ a “černé“ domácnosti 1:1, 1/3 polí volných • Koeficient nespokojenosti • Koeficient segregace => 1/3 How can extremism prevail? (Deffuant et al. 2002) • Změna názoru v interakci dvou aktérů (intenzita názoru, nejistota) • Obecná nejistota rozhodující: • Nízká => dominance umírněného názoru • Vysoká => bipolarita extrémních názorů nebo konvergence k jednomu extrému Přehled Základní typologie Modelové Narativní Rozšířená typologie Top-down Bottom-up - Cíl Zhodnotit celkový dopad nějaké změny (politiky, situace) Nalezení vhodné politiky Nastínit dlouhodobý vývoj založený na maximálně komplexní znalosti jevu Rozsah Regionální/národní (sub-)národní Globální/regionální Data Ordinální, kardinální Ordinální, kardinální Nominální, ordinální Role narativy Interpretace Interpretace Analýza Současný trend Komplementarita Propojování Scénáře Vhodné pro analýzu jevů, které: • Jsou chronicky nestabilní (ceny komodit) • Nelze snadno předpovídat (ekonomický výkon Číny v roce 2030) • Lze categorizovat dle indikátorů (HDP/os, orientace vlády, volný obchod/autarkie) Cvičení 1 Které faktory ovlivní ekonomický výkon Číny v roce 2030? Vytváření scénářů Kategorizace indikátorů dle kritérií do koherentních uskupení (scénářů) Příklad: Napjatý trh s ropou Které faktory ovlivní napětí na trhu s ropou? Napjatý trh s ropou Nabídka • Vysoká • Dostatečné investice (průzkum, rozvoj) • Deregulace • Stabilita • Technologický rozvoj • Nízká • Nedostatečné investice • Striktní enviro regulace • Nestabilita producentských zemí • Konflikt/sankce Napjatý trh s ropou Poptávka • Vysoká • Růst individuálního transportu • Silný ekonomický růst v nových „newcomers“ (Blízký východ, Latinská Amerika, JV Asie) • Nízká • Elektrifikace/plynofikace transportu • Konkurenceschopnost OZE • Přísné enviro politiky (včetně nastupujících spotřebitelů) • Zrušení spotřebitelských dotací v producentských státech Napjatý ropný trh 2. Nízká nabídka| Vysoká poptávka y 1. Vysoká nabídka| Vysoká poptávka x 3. Nízká nabídka| Nízká poptávka 4. Vysoká nabídka | Nízká poptávka Osa x: Nabídka Osa y: Poptávka Cvičení 2 Jaké faktory ovlivní čínské úsilí o pozici světového hegemona v roce 2030? Cvičení 3 Vytvořte matici čtyř scénářů ze cvičení 1 a 2 a interpretujte důsledky jednotlivých scénářů pro mezinárodní společenství. PS 1: WEC: EP Scenarios to 2050 PS 1: Předmět výzkumu • Supply pressures involving risk in the security of global resources; the outlook for infrastructure investment and alternative energy sources; research, development, demonstration and deployment (RDD&D); and the introduction of new technologies. • Demand pressures related to forecasts of economic growth, expectations of consumer and industrial demand, constraints imposed by existing infrastructures, and related expectations of global economic volatility, all in key regional markets, PS 1: Předmět výzkumu • Environmental pressures and the likelihood of political, legislative, and social action to reduce carbon emissions in the near future. • Political pressures linked to potential political actions in key regions, including the Middle East, Russia, Latin America, and Central and West Africa; a major question is whether national governments will use energy resources to increase their political influence on global policy and to what degree. PS 1: Geografický rozsah PS 1: Konceptualizace Sustainability consisting of three particular concepts (3A): • Accessibility means that a minimum level of commercial energy services (in the form of electricity, stationary uses, and transport) is available at prices that are both affordable (low enough to meet the needs of the poor) and sustainable (prices reflecting the full marginal costs of energy production, transmission, and distribution to support the financial ability of suppliers to maintain and develop these energy services). Getting access to the two billion people in the world without reliable commercial energy of any kind is the key. • Availability relates to the long-term continuity of supply as well as to the short-term quality of service. Energy shortages can disrupt economic development, so a welldiversified portfolio of domestic or imported (or regionally) traded fuels and energy services is required. Keeping all energy options open is the key. • Acceptability addresses public attitudes and the environment, covering many issues: deforestation, land degradation or soil acidification at the regional level; indoor or local pollution such as that from the burning of traditional biomass fuels, or because of poor quality coal briquettes or charcoal production; greenhouse gas emissions and climate change on a global scale; nuclear security, safety, waste management, and proliferation; and the possible negative impact of the large dams or large-scale modern biomass developments. Clean technologies and their transfer to developing countries is the key. PS 1: Model 4 scénáře • Zapojení vlád (vysoká/nízká) • Úroveň spolupráce/integrace: mezi státy, regiony, sektory (vysoká/nízká) PS 1: WEC: EP Scenarios to 2050 „The Giraffe, the tallest animal on earth, is chosen because it strolls calmly across the plains and sees both danger and opportunity at great distances. Giraffes are also very adaptable and can exist on their own. Leadership is a very loose arrangement with no established overall hierarchy. The giraffe is not constrained by a strong social structure and individual animals have great freedom of choice. The giraffe is essentially an entrepreneur and can readily adapt to different circumstances. It is also able to defend itself, either by running away on its long legs (avoiding conflict) or by using its legs as weapons. This scenario might be thought of as market driven or enterprise dominated.“ PS 1: Výsledky Scénáře • Ve scénáři Žirafa nedochází k rozvoji obnovitelných zdrojů • Podíl jaderné energetiky roste ve třech ze čtyř scénářů Regiony • Bez silného zapojení vlád není možné dosáhnout trvale udržitelného rozvoje v Africe • OZE v Evropě pravděpodobně dosáhnou na 24-25% podíl místo cílených 40-50 %. PS 2: CENERS: The Future of Natural Gas Security in the V4 Countries PS 2: CENERS: The Future of Natural Gas Security in the V4 Countries Cíle: • Prozkoumat dopady nové trans-regionální plynové infrastruktury ve východní Evropě na toky plynu skrz region V4 • Identifikace preferovaného scénáře (CZ/V4) • Identifikace scénáře, který v okamžiku dokončení vypadá nejpravděpodobnější • Navrhnout doporučení pro českou zahraniční energetickou politiku (zadavatel MZV) PS 2: Předmět výzkumu Evropský trh se zemním plynem a jeho relevantní část pro toky skrze V4 • Nabídka (exportní kapacita, produkční náklady) • Poptávka (V4 + okolní země) • Infrastruktura (existující a nová; kapacita, transportní tarify) PS 2: Geografický rozsah PS 2: Scénáře • 2 Scénáře nabídky (PNG, LNG) • 2 Scénáře poptávky (Baseline, High Demand) • 6 Scénářů infrastruktury • Reference scenario • Nord Stream • Nord Stream and Nabucco • Nord Stream and South Stream • Nord Stream, Nabucco , and South Stream • LNG Poland, LNG Croatia, North-South Gas Corridor PS 2: Model Model ekonomické optimalizace sítě MEOS • Vrací distribuci ekonomicky racionální alokace toků v síti, která se skládá z následujících parametrů: • Zdroje (objem, produkční náklady) • Spotřební místa (objem) • Hrany (objem, tranzitní poplatek) Skutečné toky 2008 Simulované toky 2008 (Reference scenario) Nord Stream Nord Stream and Nabucco Nord Stream and South Stream Nord Stream, Nabucco, and South Stream LNG and NSGC PS 2: Výstupy • Nord Stream je vysoce konkurenceschopný vůči ukrajinské trase a nelze jej vnímat pouze jako politický projekt • South Stream bude možné postavit pouze při udělení výjimky z TPA • Nastavení trhu, které maximalizuje podíl ruského plynu, maximalizuje i cenu za ruský plyn na daném trhu PS 2: Doporučení • Preferovaný scénář: Nabucco/NSGC • Nejvíce pravděpodobný scénář: Nord Stream/Nord Stream a NSGC • Navrhovaná adaptační opatření • Navyšování tranzitní kapacity ve směru východ – západ • Výstavba nových severo-jižních propojení PS 3: MPO 2015: ASEK PS 3: MPO 2015: ASEK Cíle • Naplnění strategických cílů české energetiky (bezpečnost, konkurenceschopnost, udržitelnost) • Poskytnout dlouhodobou orientaci aktérům české energetiky (2015-2040) a flexibilitu pro nový technický a ekonomický vývoj Postup • „Bilanční model“: podmínky ovlivňující českou energetiku => vstupní parametry => výstupní parametry => kontrolní parametry • 7 scénářů nastavení vstupních parametrů PS 3: MPO 2015: ASEK Jaké vnější a vnitřní faktory budou ovlivňovat českou energetiku? External conditions affecting the CZ energy sector Internal conditions Global rivalry over primary energy sources Need to ensure the reliability and security of energy supply Market liberalization and integration in the EU Need to renovate and upgrade network infrastructure and ensure diversification Shift of competences away from member states to the European Commission Traditional know-how in classic and nuclear power engineering Globalization and liberalization interconnecting the national energy markets with the European and international energy markets as well as the capital commodity markets The dominant role of industry in the domestic economy EU energy and climate policy Declining coal reserves and coal mining General pressure to reduce emissions and increase energy efficiency Prevailing public support for nuclear energy Changing energy trade flows and rebuilding European infrastructure Limited availability of renewable energy Unilateral changes to the energy policies of the large EU states Low cost brown coal-based heat supply system Introduction of capacity payment mechanisms across Europe Unsustainable individual household heating based on coal Technological development in RES, decentralized solutions, grid management, ICT, demand side management and e-mobility Transit of energy network commodities through the Czech Republic Gradual ageing of existing technical intelligence External - Internal Electricity consumption (e.g. how much electricity will the country need) Dukovany nuclear plant shut-down (e.g. the availability of the country’s largest power plant) New nuclear units (e.g. the availability of additional nuclear-based production) Coal consumption (e.g. how much coal will the country need) RES diffusion (e.g. how much electricity will be produced from renewables) Dominant fuel (e.g. which fuel will constitute the basis of the country’s energy mix) Electricity trade balance (e.g. whether and how much electricity will the country export or import) Scenario/parame ter Gas-based scenario with limited energy self-sufficiency Green scenario with limited energy self- sufficiency Optimized scenario Secure and self- sufficient Conventional and economical Decarbonized Electricity consumption High demand Low demand Reference scenario Reference scenario Reference scenario Low demand Dukovany nuclear plant shut-down Before 2027 Before 2027 Before 2037 Beyond 2040 Beyond 2040 Before 2034 New nuclear units No new units No new units Additional 12 TWh/y Additional 18 TWh/y Additional 13 TWh/y Additional 10 TWh/y Coal consumption 14 Mt/y 14 Mt/y 14 Mt/y 16 Mt/y 15 Mt/y 13.5 Mt/y RES diffusion Low High Realistic Realistic Low High wind and solar Dominant fuel Gas RES Nuclear Mixed Conventional sources Low-carbon sources Electricity trade balance Import Import Full self- sufficiency Export Possible import Full self- sufficiency ASEK 2015: nedostatky designu I Identifikované vnitřní faktory jsou spíše charakteristiky systému Vstupní parametry modelu nereflektují identifikované faktory Vstupní parametry modelu obsahují: • faktory s minimální variací (spotřeba uhlí) • faktory, které jsou svojí povahou výstupní (obchodní bilance) • faktory bez reálného obsahu (dominantní palivo) External - Internal Electricity consumption (e.g. how much electricity will the country need) Dukovany nuclear plant shut-down (e.g. the availability of the country’s largest power plant) New nuclear units (e.g. the availability of additional nuclear-based production) Coal consumption (e.g. how much coal will the country need) RES diffusion (e.g. how much electricity will be produced from renewables) Dominant fuel (e.g. which fuel will constitute the basis of the country’s energy mix) Electricity trade balance (e.g. whether and how much electricity will the country export or import) Security of supply Competitiveness Sustainability Contingency supplies of primary energy sources Level of integration into international networks Energy intensity of gross added value creation Diversification of primary energy sources Discounted costs of ensuring energy Environmental impact Diversification of gross electricity production Energy price ratios in the wholesale market to global competitor ratios Ratio of agricultural land used for energy purposes Diversification of imports Final price of electricity at LV and HV level and natural gas Ratio of fossil fuels to consumption of primary energy Import dependence Ratio of energy expenses to total household expenses Electricity intensity of gross added value creation Security of infrastructure operation Ratio of the energy sector to gross added value Ratio of renewable energy sources to gross final consumption Self-sufficiency in electricity supplies Ratio of energy imports to gross added value Electricity consumption per capita Generation adequacy Sum of total economic added value (EVA) of the energy sector Ratios of RES and CHP to heat supplies from HSS Trade balance of energy imports and exports Control parameters Share of nuclear on electricity production at 46-58% Share of RES on electricity production at 18-25% Share of gas on electricity production at 5-15% Share of coal on electricity production at 11-21% Positive electricity trade balance ASEK 2015: nedostatky designu II Kruhová argumentace modelu • Některé výstupní faktory přesně odpovídají některým vstupním faktorům • Generation mix => Diversification of gross electricity production • Electricity trade balance => Self-sufficiency in electricity supplies • Electricity consumption => Electricity consumption per capita • Některé kontrolní faktory přesně odpovídají některým vstupním faktorům • Electricity trade balance => Self-sufficiency in electricity supplies => Positive electricity trade balance Cvičení Navrhněte vlastní set scénářů týkající se vaší oblasti zájmu. Soustřeďte se na: • Vymezení výzkumného tématu + specifikace zadavatele/cílové skupiny výzkumu + odůvodnění použití metody + identifikace základního typu analýzy. • Identifikaci faktorů (nejvíce) relevantních pro vývoj zkoumaného jevu/oblasti + způsob jejich analýzy (narativa x model) • Konstrukci koherentních scénářů dle hodnot faktorů • Důsledky jednotlivých scénářů pro zkoumaný jev/oblast (v případě většího počtu scénářů pro jeden-dva dle odůvodněného výběru detailně a pro ostatní stručně