Het is prettig om te weten welke acties je nu moet ondernemen om ervoor te zorgen dat er in de toekomst iets gebeurt. Met een mooi woord (of eigenlijk twee mooie woorden) heet dat transition management, oftewel het ‘managen’ (regelen) van ontwikkelingen. Promovendus Emile Chappin (TU Delft) deed hier onderzoek naar.
Chappin richtte zich speciaal op de energiemarkt. Kun je door het nabootsen van de elektriciteitsmarkt bijvoorbeeld voorspellen welk effect een maatregel voor CO2-reductie heeft? “Wanneer we ontwikkelingen ‘voor onze neus’ zien gebeuren, kunnen we de onderliggende mechanismen misschien beter begrijpen”, schrijft Chappin in zijn proefschrift. En als je eenmaal weet hoe het werkt, kun je ook beter inschatten welk effect bepaalde beslissingen hebben.
Op het gebied van energie worden veel ontwikkelingen verwacht. Stappen we bijvoorbeeld af van de vervuilende kolencentrales? Hier zie je de bouw van een nieuwe centrale op de Maasvlakte in Rotterdam, Maasvlakte Power Plant 3 (MPP3). Afbeelding: © Flickr: Bart van Damme
Allemaal agents
Chappin onderzocht of simulaties duidelijk maken wat de langetermijngevolgen zijn van politieke besluiten op het gebied van energie. Bijvoorbeeld voor het verminderen van de CO2-uitstoot. Voor de simulaties is het nodig om de energievoorziening na te maken in de computer (te modelleren). Dat is een lastige klus, want er zijn veel elementen in het spel: kolencentrales, windmolenparken, elektriciteitskabels, gasleidingen, etc. En dat zijn slechts de technische aspecten. De elektriciteitsvoorziening bevat ook sociale elementen, zoals overheden, bedrijven, regels, wetten en zakelijke markten. Die combinatie van technische en sociale aspecten maakt het een lastig fenomeen om te modelleren.
Chappin koos ervoor gebruik te maken van Agent-Based Modelling (ABM). Dat wil zeggen dat alle elementen die een rol spelen in het systeem, gerepresenteerd worden met een Agent. Waarbij een Agent in feite niets anders is dan een klein computerprogrammaatje. Het complete model bestaat daarom uit allemaal kleine computerprogrammaatjes die kunnen met elkaar communiceren (informatie uitwisselen). In het geval van de elektriciteitsvoorziening zijn de Agents onder andere de bedrijven die betrokken zijn bij de stroomproductie, zoals de netbeheerder en de energiemaatschappij. Daarnaast is er een Agent die de overheid voorstelt en een die staat voor alle energieverbruikende partijen. Er is ook een omgeving-Agent: dat is de buitenlucht waar bijvoorbeeld de CO2in terecht komt.
Linksboven zie je het netwerk van Agents (de binnenste cirkel) en andere onderdelen van het systeem zoals de ‘fysieke’ energiecentrales (buitenste cirkel). In de panelen rechts en onderin zie je de ontwikkeling van prijzen, vraag en aanbod van stroom, en de typen energiecentrales (portfolio). Afbeelding: © Chappin, 2011
Ook de abstracte elementen van het systeem kunnen als Agent ingebouwd worden. Zo is er een Agent die de zakelijke markt voorstelt waarop de stroom wordt verhandeld en een andere Agent zorgt voor de emissiehandel. Dat is een maatregel die is ingezet om de uitstoot van CO2 te verminderen (zie kader).
Emissiehandel
In Europa wordt sinds 2005 gehandeld in emissies. Het idee achter deze handel is dat bedrijven en landen een maximale emissiewaarde van broeikasgassen afspreken. Blijven ze onder die waarde, dan verdienen ze credits. Die credits kunnen ze verkopen aan bedrijven of landen die boven het maximum uit dreigen te komen. Hiermee compenseren die vervuilers alsnog hun uitstoot. Zie ook het Kennislink-artikel ‘Klimaatverandering’.
Steeds weer beslissen
Elke Agent beschikt over doelen, informatie over zichzelf en de omgeving, en een set regels. Tijdens de simulatie moet de Agent voortdurend beslissingen nemen om zijn doelen te bereiken (bijvoorbeeld geld verdienen). Zo moet hij telkens besluiten om stroom te verkopen of energie in te kopen. Daarnaast kan hij beslissen te investeren en een extra energiecentrale te bouwen. Daarbij moet hij ook kiezen voor een technologie: wordt het kolen of toch zonne-energie?
Bij elke beslissing gebruikt hij zijn regels en de kennis die hij heeft over zichzelf en de omgeving. Die gegevens worden steeds geüpdate op basis van wat er gebeurt; hoe de andere Agents reageren, hoe een bepaalde actie uitpakt, enzovoorts. Ook heeft de Agent te maken met factoren van buitenaf. In geval van de elektriciteitsvoorziening geldt bijvoorbeeld een vaste prijs voor aardgas (die is dus ‘van buitenaf’ ingesteld) en is ook vooraf bepaald dat de vraag naar stroom steeds groter wordt. Door al deze factoren zullen Agents telkens weer iets anders reageren en zal het hele systeem zich langzaam ontwikkelen.
Emissiehandel of CO2-tax
Na het opzetten van het model, heeft Chappin simulaties gedraaid om te zien hoe het elektriciteitssysteem zich zou ontwikkelen in de komende 50 tot 75 jaar: 3600 keer gingen de Agents onderhandelen, kopen en verkopen, en dat telkens 75 jaar lang. Daarna deed Chappin het nog 3600 keer, maar dan zonder de emissiehandel in het systeem. Zo kon hij kijken wat voor effect de emissiehandel heeft en wat dat betekent voor de uitstoot van CO2.
In de onderstaande figuur zie je de resultaten. Het blijkt dat emissiehandel wel effect heeft, want zonder emissiehandel zitten na 75 jaar we op meer dan 1000 Mton (1.000.000.000 kg) per jaar en met emissiehandel op ongeveer 200 Mton per jaar. Maar je ziet ook dat de uitstoot van CO2 sowieso toeneemt, of je emissiehandel toepast of niet.
Het inzetten van emissiehandel heeft wel zin: de uitstoot van CO2 is minder dan wanneer je niets doet. Écht minder wordt het daarentegen niet… Afbeelding: © Chappin, 2011
Chappin maakte ook simulatiemodellen waarmee hij de emissiehandel kon vergelijken met een andere strategie om de CO2-uitstoot te reduceren, de ‘CO2-tax’. Bedrijven moeten dan bij vervuilende activiteiten extra belasting betalen (een kolenfabriek is dus meer geld kwijt dan een windmolenpark). Uit de simulaties blijkt dat die strategie aanzienlijk beter en goedkoper zou werken dan de emissiehandel, zie onderstaande figuur.
Om de lucht schoner te krijgen, kun je het beste extra belasting heffen op vervuilende activiteiten, want dan daalt de uitstoot van CO2. Afbeelding: © Chappin, 2011
Volgens Chappin is het probleem bij emissiehandel dat de kosten van CO2 te veel fluctueren; de ene keer kost het je meer dan de andere keer. Vanwege die onzekerheid durven bedrijven niet te investeren in andere energiebronnen, wat wel noodzakelijk is voor CO2-reductie. De CO2-tax zorgt er daarentegen voor dat de kosten van CO2 stabiel blijven. Dat geeft bedrijven meer zekerheid, waardoor ze eerder investeren in andere technieken.
Complex spel
De simulatiemodellen van Chappin maken voor politici, beleidsmedewerkers, bedrijven, ingenieurs en consumenten inzichtelijk welke gevolgen hun keuzes voor de energietransitie kunnen hebben. Voor hen is de simulatie soms echter moeilijk te begrijpen. Daarom heeft Chappin ook een computerspel gemaakt.
De speler neemt de plaats in van een energieproducerende Agent (bijvoorbeeld de eigenaar van een kolencentrale) en moet zoveel mogelijk geld verdienen. Hij moet elektriciteit opwekken en verkopen, eventueel nieuwe fabrieken bouwen en — later in het spel — meedoen in de emissiehandel voor CO2. Tijdens het spelen wordt steeds ‘harde informatie’ gegeven, zoals prijzen van grondstoffen, maar er verschijnt ook ‘zachte informatie’. Dat zijn bijvoorbeeld nieuwsberichten over plannen van de overheid of een analyse van een financieel expert. Op basis van al deze gegevens moet de speler beslissen wat hij doet.
Het spel is bedoeld om duidelijk te maken hoe complex de elektriciteitsmarkt is. “Wanneer men inziet hoe moeilijk het is om in die omgeving beslissingen te nemen, kan men de uitslag van een simulatie beter begrijpen”, zegt Chappin in zijn proefschrift. Hij hoopt met de combinatie van modellen en het spel een zinvolle bijdrage te leveren aan de keuzes die we in Nederland moeten maken om ook in de toekomst voldoende, betaalbare en schone energie te hebben.
Emile Chappin verdedigt zijn proefschrift op donderdag 16 juni 2011 om 10.00 uur in het Science Centre van de TU Delft, Mijnbouwstraat 120, Delft. De zitting is live te volgen op internet via www.chappin.com/defense. Het proefschrift vind je online in de repository van de TU Delft.
Zie ook:
- ‘Energiemix in 2030: elektriciteit en waterstof?’ (Kennislink, april 2011)
- ‘Smart Grid: elektriciteitsnet met slimme trekjes’ (Kennislink, december 2010)
- ‘Duurzaam energiebeleid te wisselvallig’ (Kennislink, juni 2008)
- ‘Toekomst tegemoet vol energie’ (Kennislink, mei 2008)
Lees meer over computermodellen en -simulaties op Kennislink:
"
