ANLISE DAS MUDANAS DE TECNOLOGIA DE ENERGIA E OS CUSTOS ASSOCIADOSRESUMOUm modelo integrado de matemtica constituindo submodelos interligados nos custos de tecnologia, progresso e penetrao no mercado tem sido desenvolvido. O modelo foi aplicado a algumas novas tecnologias energticas para investigar as condies de fronteira econmica para um avano do mercado total e impacto no mercado correspondente em uma escala de tempo de 50 anos. O modelo mostra que os subsdios pblicos no montante de pouco mais de 220.000 milhes h no total mundial seria necessrio ao longo dos prximos 30-40 anos para trazer elica e fotovoltaica para um avano de preos no mercado e alcanar uma quota de 20 e 5% de toda a eletricidade em t = 50 anos, respectivamente. Estes investimentos iniciais de aprendizado seriam parcialmente amortizados no final do intervalo de como as novas tecnologias tornam-se custo competitivo, mas poderia ser totalmente liquidado antes, se CO 2 esquemas de emisses de CO2 surgem mesmo com modestos nveis de preos de CO2. Os resultados so sensveis s mudanas nas premissas parmetro utilizado. Por exemplo, uma incerteza de 2% nos principais parmetros do modelo poderia levar a uma propagao de dezenas de centavos por no impacto de energia no futuro e as necessidades de subsdios, ou quando relacionadas com a estimativa de subsdios acima, 155-325.000.000.000 : Isto sublinha a incerteza global na previso de impactos futuros e necessidades de recursos para novas tecnologias energticas.Copyright # 2006 John Wiley & Sons, Ltd.PALAVRAS-CHAVE: difuso de tecnologia; curvas de aprendizagem; novas tecnologias energticas; penetrao no mercado.INTRODUOA mitigao da mudana climtica vai significar grandes mudanas no sistema energtico global e exige introduo massiva de tecnologias de energia livre de carbono durante o prximo meio de um sculo (IPCC, 2005). Vrios estudos internacionais e cenrios prevem o aumento das quotas de mercado para novas tecnologias energticas, tais como fontes de energia renovveis (Comisso Europeia, 2003). Mas a maioria dessas novas tecnologias ainda so claramente mais caras e menos utilizadas do que fontes de energias tradicionais. O avano real de mercado das novas tecnologias depender de grandes subsdios pblicos e os regimes de apoio para melhorar a sua rentabilidade.O objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo para investigar a competitividade de novos tecnologias de energia ao longo do tempo em condies de mercado. As principais questes so a magnitude e a escala de tempo de apoio pblico necessrio para permitir um avano verdadeiro mercado de novas tecnologias em larga escala, correspondendo impactos de energia ao longo do tempo, e retorno possvel sobre o pblico investimento em uma escala de tempo longa. O apoio pblico no desenvolvimento e implantao de novas tecnologias energticas pode ser considerado como um tipo de investimento no conhecimento para acelerar a introduo destas inovaes no mercado. Os sistemas de energia, por outro lado, composto por infra-estruturas pesadas e grandes instalaes de produo com ciclos de investimento de longo levando a uma grande inrcia e lentido inerente contra as mudanas que influenciam o ritmo da penetrao. Estes dois conhecidos fenmenos formam as peas-chave do atual modelo e so designados pela combinao de um modelo de curva de aprendizado endgenos com um modelo de tecnologia de difuso. Como o preo da energia produzida muitas vezes o fator-chave para a concorrncia no mercado de commodities de energia, em larga escala de penetrao da nova tecnologia est aqui estritamente submetida ao seu preo versus a da energia tradicional. Isto introduz uma caracterstica probit para o modelo de difuso.A maioria dos modelos de sistema de energia ou bottom-up ou top-down modelos macroeconmicos que descrevem as interaes entre o sistema de energia e da economia, ou mecanismos de mercado que influenciam a demanda de energia ou de fornecimento. Estes modelos consideram mudanas no sistema, por exemplo, resolvendo o mercado e equilbrio econmico aps distrbios. Os Macro-modelos de lidam com todo o sistema energtico global ou setores da mesma. Bem conhecidos modelos ou submodelos so, por exemplo, MARKA L, PRIME, piscinas, MER GE (CapROS et al, 1998, CapROS, 2000;. Fish bone et al, 1983;. Manne et al, 1995.) Que tm sido utilizado em grandes estudos internacionais sobre a evoluo do sistema de energia. Estes so tipicamente bottom-up e modelos incluem bases de dados abrangente sobre a produo de energia, converso e utilizao final. Para cada fonte de energia e tecnologia de um desenvolvimento certo custo temporal assumido atravs do qual ocorrem as mudanas tecnolgicas. Vrios desses modelos tambm tm incorporado caractersticas endgena de aprendizagem (C APROs, 2 000; Zwaan e Seebregt s, 2004).Presente abordagem mais voltada para o micro-nvel, por exemplo, micro-econmica decises e possui tecnologia que permite investigar uma tecnologia especfica mais em detalhe. Muito recentemente, os estudos sobre a ligao adoo e reduo de custos de novas tecnologias energticas tm sido apresentados (Nagamat su et al, 2004;. Areia en, 2004). A quantidade de literatura sobre a tecnologia de difuso de modelos e suas aplicaes vasto (Nakicenovic e Grubler, 1991; Stonema n, 1995; Geros ki, 2000). A novidade do presente estudo sobre o trabalho anterior no acoplamento forte da penetrao no mercado com o custo da nova tecnologia vis--vis `de energia tradicionais e relativas a redues de custo da nova tecnologia para o crescimento do mercado. Isso gera uma dependncia funcional entre difuso de tecnologia, progresso e reduo de custos que mais til para explorar estratgias de energia no futuro da tecnologia e seus custos, em particular.O documento comea por apresentar a abordagem metodolgica seguida por exemplos de casos em duas tecnologias de eletricidade nova nomeadamente energia elica e fotovoltaica. A energia nuclear usada como uma tecnologia de referncia. O prazo das anlises de 50 anos, que seria um tempo mnimo tpico necessrio para grandes mudanas no sistema de energia (ha fele, 1981;. Gru BLER et al, 1999).2. MODELO ACOPLADO PARA DIFUSO E APRENDIZAGEMO mtodo usado aqui composto de trs partes: o custo de produo de energia, endogenizado progresso da tecnologia e difuso caracterizados penetrao. Estes elementos so acoplados para formar um modelo integrado e interativo. Uma descrio mais detalhada dado em seguida.2.1. Custo de produo de energiaO custo do energia produzida Cene determinada pelos custos fixos e variveis da tecnologia (c inv, combustvel c, c o & m), a energia produzida por capacidade instalada (E) e os parmetros econmicos (d) utilizado e dada como segue:

As contas csys para sistemas de custos induzidos pela nova tecnologia, por exemplo, cpia de segurana ou necessidades de energia de reserva ou de risco prmios ligados. O fator de desconto d definida pela taxa de juros (r) e o tempo de vida do investimento (t vida):

O investimento dividido em dois componentes: o custo da tecnologia de ncleo (por exemplo, o painis fotovoltaicos) e da balana de sistema (BOS), que incluem os custos de todos os outros sistemas e custos de projeto necessrias para tornar a tecnologia de ncleo operacional e funcional. o total investimento pode ser escrita como

A parte da tecnologia de ncleo depende muito da aplicao e da tecnologia. Para exemplo, no caso da energia elica, a parte central ( FOB turbina elica) pode ser 60-80% do total custos (EWEA, 2004); na construo de sistemas integrados fotovoltaicos seria em torno de 70%, mas em remoto aplicaes de energia de 50% apenas (IEA PVPS, 2004). Os coletores solares em um sistema de aquecimento solar representaria cerca de metade dos custos. Integrao de BOS componentes para a tecnologia de ncleo poderia mudar as aes de custo no futuro. Claramente, as redues tanto no ncleo e os custos BOS pode ser importante para reduzir os custos globais da nova tecnologia.O critrio utilizado para determinar se uma nova tecnologia comprado no mercado ou no a diferena entre o custo de produo de energia pela nova tecnologia e as tradicionais fontes de energia. Existem outros fatores que podem afetar o processo de tomada de deciso de energia, mas de longe o fator mais importante para uma commodity, como a energia o fator preo como no h tantos fatores de diferenciao da concorrncia. Fatores reguladores, directivas ou impactos ambientais associados a uma forma de energia pode ser transformados com certa preciso em um fator de custo tambm. Novas tecnologias energticas, muitas vezes precisam ser subsidiadas para compensar os custos mais elevados e inicialmente o critrio pode ser escrito como segue:

onde i refere-se ao segmento de mercado considerado, Cref o custo da energia produzida pelo referncia de tecnologia (fontes de energia tradicionais) e Csub o subsdio pblico.Se o custo da nova tecnologia no competitivo e no subsidiado, no possvel a penetrao no mercado. Isto pode no ser totalmente verdadeiro como uma parte do mercado podem estar dispostos a pagar mais para a nova tecnologia, por exemplo, por suas caractersticas, mas esses primeiros usurios normalmente constituem apenas uma pequena frao do mercado total, por exemplo, os 2,5% primeiras so freqentemente caracterizados como inovadores (Rogers, 1995). Alm disso, como as novas tecnologias com alguma quota de mercado inicial so aqui consideradas, a validade da suposio feita fortalecida.Em caso de tecnologias de utilizao final de energia ou em mercados especiais, pode haver outros benefcios um conforto crescente de usar a nova tecnologia do que apenas energia, por exemplo, o aumento ou a produtividade ou efeitos de sinergia, o que pode agregar valor econmico. A Equao (4), deve ser ligeiramente modificado.

onde Cnon-energy, i a benefcios no-energticos da nova tecnologia e Cene, i o custo de energia economizada se na utilizao final de energia, tecnologia de poupana.Equaes (1) - (5) constituem os elementos que determinam os fatores atravs dos quais a competitividade da nova tecnologia pode ser influenciada. Por exemplo, alteraes no preo de mercado de energia ou de condies econmicas gerais que afetam as taxas de juros ou alteraes nas polticas pblicas podem ter um efeito decisivo sobre a rentabilidade de uma nova tecnologia, em especial, quando est perto de um avano do mercado. O grande desafio continua sendo, no entanto, na reduo do custo bsico da nova tecnologia.2.2. melhorias tecnolgicasUma maneira de endogenize progresso tecnolgico e a mudana atravs da equao Wright chamados ou experincia ou curvas de aprendizagem que descrevem como o custo unitrio da tecnologia cai com volume de produo crescente ou acmulo de conhecimento (Wene, 2002). A relao, que se baseia em evidncias histricas encontradas desde a fabricao de bens, pode ser automaticamente matemtica descrita pela seguinte equao:

onde c o custo, V o volume acumulado, b o parmetro de aprendizagem. Alm disso, b = ln 2 / ln P, onde P o taxa de progresso. O 0 subscrito refere-se ao estado inicial. O custo unitrio cai 1 - P para cada duplicao do volume acumulado. A curva de aprendizagem descreve os efeitos do learning by doing ou usando a nova tecnologia e transforma as experincias adquiridas atravs da fabricao e utilizao em reduo de custos. Ele integra a inovao para produo em escala industrial. Pode incluir tanto o desenvolvimento da tecnologia e os esforos de implantao no mercado. A literatura rica em estudos sobre as curvas de experincia de diferentes tecnologias, incluindo tecnologias de energias novas e novas fontes de energia. A taxa de progresso tipicamente cerca de 0,7-0,9 (Grubler et al, 1999;. Wene, 2002). s vezes, uma curva de aprendizagem de dois fatores empregado, uma parte descrevendo a produo (capacidade instalada acumulada) e a segunda parte os esforos de desenvolvimento da nova tecnologia (despesas de P & D acumulados) ambos com o mesmo tipo de forma funcional.A curva de aprendizagem pode, em parte, incluem economia de escala de redues relacionadas com o custo, que siga diminuindo forma funcional com o tamanho. Este poderia ser o caso, por exemplo, com o vento energia para que o tamanho da unidade passou de algumas dezenas de kilowatts no incio de 1980 para 03/01 M W no presente (EWEA, 2004). Tecnologias de pequeno porte, tais como mdulos fotovoltaicos ou lmpadas economizadoras de energia se beneficiaram da ampliao das instalaes de produo. Em incios dos anos 1990, os mdulos PV foram fabricados em plantas de produo com uma produo anual de 1 -10 MW p, mas atualmente at 100 MW p -1 ano plantas tm sido planejado.Para fornecer energia a um cliente, uma aplicao de energia de funcionamento construdo em torno da nova tecnologia, adicionando outros componentes ou equipamentos perifricos. Desta forma, uma parte do ncleo de tecnologia e uma parte BOS se distinguem nas suas prprias curvas de aprendizagem. A tecnologia de ncleo, por exemplo, uma turbina elica, produzida industrialmente em grandes sries de uma forma mais padronizada enquanto o BOS set-up pode ser mais do projeto ou local especfico variando de projeto para projeto. O aprendizado em tecnologia de ncleo pode, assim, ser mais rpido do que no BOS. Alm disso, a operao e manuteno (O & M) ser mais eficaz com o aumento da experincia, e portanto, os custos associados ir diminuir com o aumento de volume s.A curva de aprendizado representa uma linha de declnio na escala log-log. Na prtica, o comportamento no necessariamente bom, mas que poderia exibir no-linearidade momentnea ou descontinuidades causadas por saltos de tecnologia, saturao, os gargalos da tecnologia, etc Mas a tendncia mdia sobre toda a escala vai suavizar pior irregularidades ou descontinuidades.Equao de diferenciao (6) o rendimento a reduo de custos atravs de uma incremental aumentar o volume dV :

2.3. modelo de difusoA penetrao da nova tecnologia no mercado podem ser apresentadas por um processo de difuso de tecnologia. A difuso influenciada pela disponibilidade e vontade de adotar a nova tecnologia, que por sua vez pode depender de vrios fatores, tais como informao, os custos-alvo, grupos, riscos, etc (Dav s, 1979; Roger s, 1 995). O processo de difuso pode ser descrita pela seguinte equao que relaciona a aumentar o volume dVt em t ponto de tempo para a partilha de novas tecnologia j em uso e ao potencial restantes:

b a taxa de penetrao da nova tecnologia e afeta o progresso ou inclinao da difuso. V * o potencial da nova tecnologia, V t o nmero de novas tecnologias em uso no ponto t tempo. O modelo assume que a nova tecnologia tiver procedido a introduo no mercado e alguns produtos j esto disponveis no mercado (V0> 0). A difuso vai abrandar quando se aproxima o potencial, isto d Vt (tende) 0 quando (V*- Vt) (tende) 0: Isso daria a conhecida S-shaped formulrio tempo funcional para o processo de difuso. Em caso de penetrao de longo prazo, a substituio da nova tecnologia pode ser importante quando se est prximo da saturao, o que no influenciaria V *, mas que ainda aumentar o volume.Resolvendo a equao (8), como tal, com uma taxa de penetrao constante levaria a um tipo de epidemia de difuso em que a penetrao, automaticamente, o progresso dando a entender que a nova tecnologia seria completamente custo competitivo. Por isso, a penetrao condicionado aqui para o custo de energia produzida da seguinte forma:

o que leva a um tipo probit de modelo de difuso. Os adotantes potenciais da nova tecnologia iro reagir apenas se o limiar crtico de idade na Equao (4) ou (5) for excedido o que representa setor deciso sbia deciso.O parmetro-chave que afeta a velocidade da penetrao no mercado, ou seja, a taxa de penetrao b; depende de uma srie de fatores que mudam durante o take-over do technology.Factors novas que afetam b so, por exemplo, os benefcios percebidos ou riscos com a nova tecnologia, o tamanho da empresa, etc (Mansfield, 1961). Encontrar correlaes entre esses fatores e b para novas tecnologias da energia no foi possvel no mbito deste estudo, e, portanto, um valor constante utilizado. Ao usar um b constante e deve ser representativo do conjunto intervalo estudado. Usando uma taxa de penetrao determinada a partir da penetrao de dados observados no incio para toda a gama Vt 20; V * parece conduzir a um valor superestimado (Lund, 2005). b em vez parece diminuir aps um perodo turbulento de penetrao certos inicial, ou