Grønne sertifikater, fordelingseffekter og økonomiske effekter i en likevektsmodell?

Transkript

1 Grønne sertifikater, fordelingseffekter og økonomiske effekter i en likevektsmodell? CREE modellforum Asgeir Tomasgard, Per Ivar Helgesen

2 Innhold 1) Virkemiddelet grønne sertifikater 2) Velferdsmessige fordelingseffekter 3) Modell 4) Resultater og konklusjoner

3 Avveininger i energipolitikken Forsyningssikkerhet Miljø Energipolitikk Verdiskaping Kilde: NOU Vår partielle modell kan belyse samfunnsøkonomisk kostnad(i form av dødvektstap) og velferdsmessige fordelingseffekter av virkemiddelet. Hensikten med virkemiddelet inngår ikke i den partielle modellen. Vi forutsetter at virkemiddelet er berettiget.

4 Forskningsspørsmål Vi maksimerer samfunnsøkonomisk overskuddi en likevektsmodell av kraftmarkedetmed grønne sertifikater under perfektkonkurranse for å besvare følgende spørsmål: 1) Hvordan vil ny produksjon byggesut (hvilke regioner, hvilke teknologier)? Hvilke kraftpriserog sertifikatpriser trengs for å nå utbyggingsmålet? 2) Hvordan blir fordelingseffektene av ordningen? Blir konsumentenevinnere ellertapere? Hvor mye koster ordningen for samfunnet? 3) Hvilken betydningharkraftnettet for framtidig løsning? price 4) Hvilke regionale fordelingseffekter oppstår? Consumer surplus supply p 0 Producer surplus demand q 0 volume

5 Grønne sertifikater Source: The Norwegian-Swedish Electricity Certificate Market Annual report 2014

6 Etterspørsel etter sertifikater Norske og svenske myndigheter bestemmer en årlig sertifikatandel Kraftleverandører må kjøpe sertifikater for denne andelen av sin kraftomsetning Den årlige andelen justeres for at man skal nå 13,2 TWh x 15 år = 198 TWh i Norge. Sverige har nylig økt sin ambisjon til 15,2 TWh x 15 år = 228 TWh. Summen er dermed økt fra 26,4 til 28,4 TWh årlig produksjon. Source: The Norwegian-Swedish Electricity Certificate Market Annual report 2014

7 Når vi målet? Vi ligger foran skjema med 22% (etter at Sverige hevet ambisjonen, og fristen ble utsatt) Investeringene er ujevnt fordelt: Sverige >> Norge 7

8 Gunstige egenskaper ved grønne sertifikater Et politisk bestemt mål (kvantum) skaper en knapphet på fornybar elektrisitetsproduksjon Teknologinøytral ordning Markedsbasert Sertifikatvirkemiddelet er styringseffektivtog kostnadseffektivt vil minimere kostnaden ved å nå et gitt volum Ubyråkratisk ordning - man trenger kun Et register over sertifikater (ivaretas av Statnett) og Prosedyrer for 1) annullering og 2) ilegging av straffeavgift (ivaretas av NVE) 8

9 Innhold 1) Motivasjon 2) Virkemiddelet grønne sertifikater 3) Velferdsmessige fordelingseffekter 4) Modell 5) Resultater og konklusjoner

10 Velferdsmessig fordelingseffekt - vanlig produksjonssubsidie price demand supply deadweight loss subsidy 26,4 TWh volume 101

11 Kraftmarkedsmodell med grønne sertifikater Sertifikatene subsidiererbare en del av tilbudskurven price supply Consumer surplus demand p 0 elcertificate price Producer surplus certificate quantity à 26.4 TWh volume

12 Fordelingseffekter av sertifikatordningen CS before: A+B+C CS after: A+B+C +F+G+H PS before: G+H+I PS after: C+D +G +I Cost: C+D+E+F+G Deadw.loss: E price demand supply A p 0 p 1 B H C G D F E elcertificate price I q TWh q 1 volume

13 Finansiering av virkemiddelet Konsumentene taper overskudd pga avgift, men kan fortsatt vinne på ordningen siden deler av produsentoverskuddet overføres til konsumentene price demand supply p 0 p c p s tax elcertificate price 26.4 TWh volume 13

14 Vi bruker en matematisk modell for å håndtere Mange ulike teknologier, hvorav kun fornybare kraftproduksjoner berettiget til elsertifikater. Dynamikk gjennom året, siden både etterspørsel og tilgjengelig produksjon varierer I løpet av året. Handel mellom ulike prisområder, som er sterkt avhengig av transmisjonskapasitet. 14

15 Modellen må håndtere 56 Pris per område per sesong Etterspørsel per område og sesong Produksjon per område og teknologi - Eksisterende eller via investering Flyt mellom områdene gjennom transmisjons nettverk Sertifikatpris Avgift

16 Netto kraftutveksling 2013 [TWh] Import Eksport Data provided by ENTSO-E

17 Europeiske kraftpriser Månedlig gjennomsnitt [EUR/MWh] 17

18 Tilbudssiden Tilbudssiden er gitt av Kortsiktig marginalkostnad (SRMC) for eksisterende produksjonsanlegg Langsiktig marginalkostnad hensyntatt investeringskostnad og levetid for nye anlegg (LCOE). Sertifikatprisen forutsettes å dekke LCOE for det siste anlegget som bygges ut. Vi forutsetter etterlevelse av sertifikatkravet, dvs at markedet etterspør sertifikater i stedet for å betale straffeavgift. I 2014 var etterlevelsen 99,99%. 18

19 Eksisterende produksjon per område og teknologi 19

20 Tilgjengelige teknologier/prosjekter wind projects wind New hydro Fossil Existing SRMC Investment (I) Fixed operating and maintenance (F) Lifetime (T) Availability factor (a) LRMC LCOE [knok/gwh] [knok/mw] [knok/mw] [years] [share] [EUR/GWh] [EUR/GWh] HYDREG ,95 0,6410 0,65 HYDROR ,95 0,7660 0,78 WIND ,32 1,2985 1,31 NUCLEAR ,82 6,2685 6,28 THERMAL ,94 31, ,27 NGCC ,86 75, ,07 NG02CO ,86 88, ,45 NG ,87 114, ,72 NGPEAK_ ,17 156, ,18 HYDRUN ,60 19, ,23 HYDRUN ,40 43, ,69 HYDREG ,95 18, ,79 HYDREG_ ,95 24, ,05 HYDRUN_ ,50 34, ,29 BIO ,57 48, ,60 WIND_on1SE ,33 57, ,75 WIND_on2SE ,32 62, ,86 WIND_on3SE ,31 69, ,32 WIND_offSE ,42 81, ,27 WIND_offNO ,43 101, ,60 W1A107N2 12, , ,39 45, ,11 W2A128N3 15, , ,29 60, ,82 W3A112N4 15, , ,35 53, ,55 W4A111N5 8, , ,41 39, ,43 W5A108N2 12, , ,41 45, ,05 Data sources: (Nohlgren, Svärd et al. 2014, Sidelnikova, Weir et al. 2015) 20

21 Etterspørselsiden Vi har modellert endogen etterspørsel med konstant etterspørselselastisitet per område 21

22 Tidsavsnitt 22

23 Vi deler året inn i tidsavsnitt Nødvendig for å få en realistisk håndtering av etterspørsel og kraftflyt i nettet Figuren viser samlet kraftflyt til Norge og Sverige per sesong og time på dagen, gjennomsnitt for perioden

24 Model contribution We formulate a mixed complementarity electricity market model maximizing social welfare under perfect competition including an approximated AC power transmission network (approximated with linearized DC flow), combined with policy constraints representing the electricity certificate scheme. The max socialwelfare problem canbe formulated as a nonlinear optimization problem. Can also be formulated and solved as a complementarity problem, which is necessary to analyze effects from price- or quantity-based policies (for example feed-in tariffs or tradeable certificates) The green certificate scheme determines the quantity of new renewable power production. The certificateprice is found as the dual variable to this restriction. Both primal and dual variables are available in a complementarity formulation, so the model can also cover second-order effects like the tax-based financing of the certificates. 24

25 Max social welfare problem 25

26 Market Clearing Conditions Policy constraints Timeslice flexibility 26

27 Scenarier 27

28 Scenarier Elsertifikatene har en lang tidshorisont. Prosjekter må ferdigstilles senest i 2020, men tildeles sertifikater i 15 år. Vi sammenligner framtidige scenarier etter 2020 (når de 28.4 TWh skal væreutbygd) med markedssituasjonen før virkemiddelet ble innført. Base case Framtids scenario tidslinje 28

29 Scenarier Scenario Base case Elcert Cables Demand Beskrivelse Markedssituasjonen før innføring av elsertifikater Introduksjon av elsertifikater I tillegg til elsertifikatene så forbedrer nye kabelforbindelser koblingen til Nordeuropa I tillegg til elsertifikater og nye kabelforbindelser så øker den lokale etterspørselen etter kraft i Norge og Sverige med 10%. For å analysere betydningen av nettverket har vi modellert en ACapproksimasjon som hensyntarbåde Kirchhoffs strømlov og Kirchhoffs spenningslov (linearized DC network). Alle scenarieneer kjørt med og uten Kirchhoffs spenningslov. 29

30 Resultater 30

31 Kraftpriser per scenario Produsentpriser (uten elsertifikatavgift) 31

32 Samfunnsøkonomiske fordelingseffekter 32

33 Geografiske fordelingseffekter - fra basecase til elsertifikater Eksisterende produsenter taper, fordi prisene går ned Konsumentene tjener, men i noen områder bare marginalt TSO profiterer på økt kraftflyt i nettet Det er flere negative enn positive endringer i sum à Dødvektstap 33

34 Geografiske fordelingseffekter - fra basecase til nye kabelforbindelser Nå taper konsumentene Eksisterende produsenter går nesten i null TSO profiterer av ytterligere kraftflyt Det samfunnsøkonomiske dødvektstapeter mye mindre 34

35 Geografiske fordelingseffekter - fra basecase til økt etterspørsel Konsumentene har større konsumentoverskudd Eksisterende produsenter tjener mer enn før TSO har bedring Ikke noe dødvektstap 35

36 Betydningen av plassering i nettverket 36

37 Nettverket har stor betydning Produsentpriser (uten elsertifikatavgift) 37

38 Samfunnsøkonomiske fordelingseffekter AC approksimasjon 38

39 Samfunnsøkonomiske fordelingseffekter AC approksimasjon 39

40 Geografiske fordelingseffekter - fra basecase til elsertifikater (AC-nett) Eksisterende produsenter taper, fordi prisene går ned De fleste konsumentene tjener, men noen taper TSO profiterer på økt kraftflyt i nettet Det er flere negative enn positive endringer i sum à Dødvektstap 40

41 Geografiske fordelingseffekter - fra basecase til nye kabelforbindelser (AC-nett) Samme bilde som før, men forskjellene øker Store prisforskjeller mellom områdene TSO profitterer stort pga høy kraftflyt og økte prisforskjeller 41

42 Geografiske fordelingseffekter - fra basecase til økt etterspørsel (AC-nett) De fleste har positiv velferdsendringi dette scenariet De store endringene skjeri eksport-områdenei sør, de øvrige områdene har omtrent sammepriser som før Konsumentenei sør taper, eksisterendeprodusenter tjener 42

43 Resultater Hvordan vil ny produksjon bygges ut (hvilke regioner, hvilke teknologier)? Teknologier: Utbygging: 43

44 Teknologier Bio i Sverige, vindkraft i Sverige eller uregulerbarvannkraft i Norge danner sertifikatprisen (sammen med kraftprisen). Høyere lokal etterspørsel gjør at dyrere vindprosjekter kommer inn både i Norge og Sverige. I et AC-nett har lokasjon mye å si, ikke bare prosjektets egen lønnsomhet. Det bygges lite norsk vindkraft i et lite fleksibelt nett. Stigende LCOE 44

45 Utbygging Gunstige prosjekter i Nord-Norge og Midt- Norge ligger langt fra eksportmarkedene, og får mye lavere utbygging når man hensyntar nettbegrensninger. Mye utbygging skjer da i Sverige. Nye kabler har stor betydning for NO1, NO2 og NO5. Lokasjon - eller alternativt: utbygging av nett har svært stor betydning for valg av hvilke prosjekter som bygges. 45

46 Resultater det kreves høye sertifikatpriser EUR/MWh 46

47 Hvem vinner og hvem taper? + TSO - Sør-Norge 47

48 Vi får mye ny kraft det gjelder å utnytte den Et AC-nett kreverhøyere støttenivå, og har høyere dødvektstap enn et DC-nett. Differansen kan utgjøre en mrd i året i den partielle modellen à men det kreverstore investeringer i nett Statnett vil de neste fem årene investere mrd kroner i strømnettet Utbyggingenhar stor betydning for kraftutbyggingen 48

49 Konklusjoner Det kreves høye sertifikatpriserfor å få investert i ny fornybar kraftproduksjon. Økt tilbud fører til lavere kraftpriser. Isolert fører dette til at konsumentene tjener, mens eksisterende produsentertaper. Norge og Sverige er netto eksportøreri utgangspunktet. Økte eksportmuligheter er svært viktig for de eksisterende produsentene. Konsumentene ender derimot opp med å betale for ny fornybar kraftproduksjon som eksporteres gjennomkablene. Nye kabelforbindelserer svært viktige for å redusere dødvektstapet, og dermed gjøre virkemiddeletmer kostnadseffektivt. Nye produsenterkompenseres av sertifikatene og påvirkes lite forutsatt at de klarer å realisere de nødvendige sertifikatprisenei framtidens sertifikatmarked Lokaliseringav nye anlegg avhengerav prosjektets kostnadsstruktur, men er også sterkt avhengig av beliggenheten i nettet. Nettet påvirkerderfor de regionale fordelingseffektene sterkt. 49