پیامدهایی برای اهداف سیاست و پایداری (قسمت اول)

نکات برجسته

•یک مدل جدید شبیه سازی طولانی مدت PV و HP در بخش مسکونی.
•تجزیه و تحلیل سناریوی کانتون سوئیس برای ارزیابی سیاست ها برای برنامه ریزی انرژی موثر
•ناهمگونی خانوار و وابستگی متقابل تصمیم گیری در نظر گرفته می شود.
•تنظیمات جزئی در سیاست های فعلی امکان دستیابی به اهداف استقرار PV را فراهم می کند.
•مقررات قوی تر برای کربن زدایی کامل بخش مسکونی ضروری است.

چکیده

سیستم انرژی سوئیس در تلاش برای دستیابی به انتشار گازهای گلخانه ای به صفر خالص و همچنین توقف تدریجی تولید برق هسته ای، با یک تغییر پارادایم مواجه است. این مستلزم تغییرات قابل توجهی در چشم انداز انرژی کشور است، از جمله افزایش پذیرش فناوری های انرژی تجدیدپذیر در بخش مسکونی. برای تسهیل تصمیم‌گیری و برنامه‌ریزی آگاهانه توسط سیاست‌گذاران، این مطالعه یک مدل دینامیک سیستم را برای پذیرش بلندمدت فناوری‌های فتوولتائیک خورشیدی (PV) و پمپ حرارتی (HP) در ساختمان‌های مسکونی سوئیس معرفی می‌کند. برخلاف رویکردهای مرسوم، این چارچوب حلقه‌های بازخورد و همبستگی‌های بین پذیرش PV و HP را در نظر می‌گیرد، در حالی که ناهمگنی ساختمان را نیز در نظر می‌گیرد. از طریق تجزیه و تحلیل سناریو، این مدل تاثیر مداخلات سیاست های نظارتی و مالی را بر انتقال سیستم انرژی مسکونی ارزیابی می کند. نتایج تأثیر قابل توجه اقدامات سیاست را بر نرخ استقرار فناوری، تقاضای انرژی، و انتشار گازهای گلخانه ای نشان می دهد. آنها نشان می‌دهند که اصلاحات جزئی در سیاست‌های فعلی و چارچوب نظارتی می‌تواند امکان دستیابی ایمن به اهداف استقرار PV را فراهم کند، اما اصلاحات قوی برای کربن زدایی کامل بخش مسکونی ضروری است. این مطالعه به پیشرفت درک ما از دینامیک پیچیده شکل‌دهی به انتقال انرژی مسکونی کمک می‌کند و بینش‌های ارزشمندی را برای حمایت از تدوین و اجرای استراتژی‌های انرژی موثر ارائه می‌دهد.

چکیده گرافیکی

کلمات کلیدی

دینامیک سیستم

تحلیل سناریو

انتقال انرژی

پمپ های حرارتی

نامگذاری

اختصارات

$A B M$

مدل مبتنی بر عامل

$B L M$

مدل لاجیت باینری

$C L D$

نمودار حلقه علّی

$D F H$

خانه دو خانواده

$D H W$

آب گرم خانگی

$D S O$

اپراتور سیستم توزیع

$E H$

بخاری برقی

$H P$

پمپ حرارتی

$H S$

محلول گرمایشی

$H T$

تکنولوژی گرمایش

$M F H$

خانه چند خانواده

$M N L$

لاجیت چند جمله ای

$P V$

فتوولتائیک

$R B D$

ثبت ساختمان ها و مسکن ها

$R U E n$

Regolamento sull’utilizzazione dell’energia

$S D$

دینامیک سیستم

$S F H$

خانه تک خانواده

$S H$

گرمایش فضا

$T S O$

اپراتور سیستم انتقال

متغیرهای یونانی

$β_{i}$

ضرایب مورد استفاده در احتمال پذیرش PV

$δ$

نرخ پوسیدگی افرادی که PV را در نظر می گیرند

$γ_{i}$

ضرایب مورد استفاده در احتمال پذیرش HP

$ω$

سهم اولیه افرادی که PV را در نظر می گیرند

$ϕ$

نرخ رو به رشد افرادی که PV را در نظر می گیرند

شاخص ها

$i$

کهن الگوی ساختمان ها

$j$

محلول گرمایشی

$k$

تکنولوژی گرمایش

$t$

زمان

نمادها در معادلات

$ϵ$

سهم سقف های مناسب برای نصب PV

$λ^{H S}$

ابزار راه حل گرمایشی

$λ^{P V}$

ابزار PV

$ν$

سهم افرادی که قصد نصب PV را دارند

$ρ^{H S}$

احتمال پذیرش HS

$ρ^{P V}$

احتمال پذیرش PV

$τ$

پذیرش HS در کهن الگوی منفرد

$υ$

اثر همتا PV یا HS

$B$

ساختمان ها

$B^{P V}$

ساختمان هایی که PV نصب شده است

$C^{D S O}$

مجموع هزینه های سالانه DSO

$C_{G U}$

هزینه ارتقاء شبکه

$D^{I}$

کل تقاضای اولیه برای DSO

$e_{p}$

جزء قیمت انرژی در قیمت برق

$I^{P V}$

ساختمان های نصب PV

$L$

طول عمر

$p$

قیمت برق

$p_{D S O}$

جزء قیمت DSO در قیمت برق

$p_{T S O}$

جزء قیمت TSO در قیمت برق

$P H S$

خانه های اولیه به اشتراک می گذارند

$S C$

خود مصرفی

$T$

کهن الگوی مجموع پذیرش

$t_{c}$

جزء مالیاتی کانتونی در قیمت برق

$t_{f}$

جزء مالیات فدرال در قیمت برق

1 . مقدمه

بخش برق در حال گذار به سمت منابع پایدار و افزایش بهره وری است. سوئیس، در راستای توافق پاریس، متعهد شده است که تا سال 2050 انتشار گازهای گلخانه ای خالص را به صفر برساند [1] . علاوه بر این، بازنگری قانون فدرال انرژی [2] در سال 2017 ، تصمیم محوری مردم سوئیس را برای حذف تدریجی تولید برق هسته ای به طور کامل تا سال 2035 نشان داد. این تصمیم جاه طلبانه نیاز به تغییر پارادایم در عرضه و تقاضای انرژی سوئیس دارد. شایان ذکر است، فشار قانونی که با قانون تامین برق [3] انجام شد ، ظرفیت نصب شده فتوولتائیک خورشیدی (PV) را به میزان قابل توجهی افزایش داد که از 121 مگاوات در سال 2010 به 4.9 گیگاوات در ابتدای سال 2023 رسید [4] . همزمان، بخش‌های گرمایش و حمل‌ونقل مسکونی در حال تجربه گذار به سمت فناوری‌های مبتنی بر برق، از جمله پمپ‌های حرارتی (HP) و وسایل نقلیه الکتریکی هستند. به عنوان مثال، فروش سالانه HP در سوئیس از 20000 در سال 2010 به 41000 در سال 2022 تغییر کرد [5] .

یک عامل حیاتی در دستیابی به این اهداف، پذیرش فناوری های تولید برق توزیع شده، مانند PV، و فناوری های گرمایش مبتنی بر انرژی های تجدیدپذیر، به ویژه HP، در بخش مسکونی است. مداخلات سیاستی و نظارتی می‌تواند مسیر سیستم‌های انرژی مسکونی را شکل دهد، بنابراین، سیاست‌گذاران می‌توانند استراتژی‌هایی را برای رسیدگی مؤثر به انتشار کربن تنظیم کنند. ابزارهایی برای انجام تحلیل‌های چه می‌شود از اجرای سیاست‌های انرژی با هدف بهبود پایداری و کارایی کلیدی برای حمایت از این امر است.

فرآیند نفوذ به بازار برای فناوری‌های نوآورانه که به عنوان انتشار فناوری شناخته می‌شود، شامل پذیرش تجمعی توسط تصمیم‌گیرندگان است. این فرآیند، هنگامی که از نظر روش شناختی مشخص می شود، یک مدل قوی برای شبیه سازی پذیرش طولانی مدت PV و HP ارائه می دهد. خط سیر انتشار معمولاً از یک منحنی S پیروی می کند که با نرخ پذیرش پایین شروع می شود، به طور پیوسته افزایش می یابد، به نقطه عطف می رسد و در نهایت در اشباع کاهش می یابد [6] . در حالی که تئوری های انتشار به طور گسترده در بخش انرژی اعمال شده است [7] ، [8] ، محدودیت هایی وجود دارد، عمدتاً در شکل مشخصه آنها و توجه محدود به ناهمگنی. در واقع، مدل‌های انتشار تمایل به تجزیه و تحلیل پذیرش در سطح انبوه دارند، با نادیده گرفتن معیارهای تصمیم‌گیری و مکانیسم‌های علّی، و به‌دست آوردن بینش‌های سیاست‌مدار از آنها را دشوار می‌سازد. به همین دلیل، جریان قابل توجهی از تحقیقات برای بررسی انتشار هر دو PV و HP با استفاده از رویکردهای دینامیک سیستم (SD) و مدل مبتنی بر عامل (ABM) بوجود آمد. به عنوان مثال، کاستاندا و همکاران. [9] یک مدل SD برای مطالعه تأثیر پذیرش PV بر درآمد شرکت‌های برق و مشتریان ابداع کرد. یک نسخه متوالی از همان مدل [10] برای ارزیابی تأثیر تعرفه های مختلف تغذیه برای ترویج پذیرش PV در بریتانیا استفاده شد. به طور مشابه، قوانین و همکاران. [11] یک مدل SD برای ارزیابی نرخ پذیرش PV و همبستگی آن با قیمت برق ساخت و مدل‌های تجاری متمایز را بررسی کرد. محدودیت این رویکردها تمرکز منحصر به فرد بر مکانیسم پذیرش کلان است، بدون در نظر گرفتن هر نوع ناهمگونی بین پذیرندگان احتمالی. در مقابل، الگوهای پذیرش خرد توسط گروه‌های ناهمگن تمرکز مدل‌های عامل محور هستند. دانگ و سیگرین [12] چارچوبی را با استفاده از یک فرآیند دو مرحله ای فرموله کردند: اول، یک نظرسنجی متغیرهایی را شناسایی کرد که دوره های بازپرداخت PV را پیش بینی می کنند، و متعاقبا، از نتایج نظرسنجی برای کالیبره کردن یک ABM برای پیش بینی روندهای پذیرش بالقوه استفاده می شود. رابینسون و رای چارچوبی مبتنی بر اطلاعات جغرافیایی ایجاد کردند که بر اهمیت داده‌های تجربی در سطح خانوار برای نتایج مدل دقیق‌تر تأکید می‌کند [13] ، [14] . پالمر و همکاران [15] مدلی برای ارزیابی پذیرش PV در ایتالیا ایجاد کرد و کارایی تعرفه های خوراک را به عنوان یک استراتژی یارانه ارزشمند برجسته کرد. لی و هونگ [16] با تجزیه و تحلیل شهری در کره جنوبی بر اهمیت ترکیب ویژگی های فیزیکی و فنی ساختمان برای بهبود دقت مدل ها تأکید کردند.

ادبیات پذیرش HP نیز غنی است. اسنیپ و همکاران [17] یک مثال گویا ارائه می دهد، که یک ABM را برای درک نتایج غیرمنتظره یک برنامه تشویقی برای گرمایش تجدیدپذیر در انگلستان ایجاد کرده است. یافته‌های آن‌ها تأثیر عوامل غیراقتصادی بر انتخاب‌های نهایی مصرف‌کنندگان را تأیید می‌کند. در همین حال سوفا و همکاران. یک مطالعه جامع در مورد پذیرش فناوری‌های گرمایش در نروژ انجام داد، جایی که علیرغم اجرای مشوق‌ها برای دیگ‌های HP و گلوله، تنها پذیرش HP افزایش را تجربه کرد [18] ، [19] . برای شناسایی استراتژی‌های بهینه در اتحادیه اروپا برای کاهش انتشار، استدلر و همکاران. [20] مدلی برای ارزیابی مؤثرترین مشوق ها ساخت. علاوه بر این، کرانزل و همکاران. [21] از یک مدل مشابه برای ارزیابی سه سیاست مجزا استفاده کرد و با ذینفعان محلی در سه کشور مختلف درگیر شد. ناگلی و همکاران [22] یک رویکرد ABM خاص برای سوئیس را در نظر گرفت و پویایی نوسازی ساختمان و انتخاب راه حل های گرمایشی را بررسی کرد. یافته‌های آن‌ها نشان می‌دهد که انگیزه‌های بالاتر به تنهایی ممکن است برای دستیابی به اهداف 2050 کوتاهی کند، که نشان‌دهنده لزوم مقررات سخت‌گیرانه‌تر است. یک دیدگاه جایگزین در کار کوکونی و لیچ [23] ارائه شده است که به دنبال پیش‌بینی نفوذ HP در بریتانیا تا سال 2030 است. با این فرض که هر عامل ناهمگن به طور منطقی مطلوبیت خود را به حداکثر می رساند.

مدل های مبتنی بر عامل مورد استفاده برای PV و HP با محدودیت های مشابه مواجه می شوند. در برخی موارد [12] ، [13] ، [14] ، [18] ، [19] ، [23] ، این مدل‌ها بر داده‌های ورودی به‌دست‌آمده از نظرسنجی‌ها تکیه می‌کنند، که برای انجام و ساخت مدل بسیار خاص، منابع فشرده هستند. به منطقه مورد بررسی، مانع تعمیم پذیری نتایج می شود. از سوی دیگر، برخی از مدل‌ها [15] ، [21] ، [22] ، [24] مفروضاتی را برای ترسیم ویژگی‌های عامل ایجاد می‌کنند، اما همچنان مدل را با داده‌های پذیرش کل برای فناوری هدف کالیبره می‌کنند، فاقد الگوهای پذیرش در دنیای واقعی خاص. برای نمایندگان فردی در مقابل، مدل ارائه شده در اینجا امکان تمایز ویژگی‌های ساختمان و کالیبراسیون اهرم را با داده‌های متناسب با هر خوشه تحت بررسی فراهم می‌کند. در حالی که این چارچوب از طریق مطالعه موردی کانتون تیچینو نشان داده شده است، اتکای آن به داده‌های در دسترس عموم، آن را به آسانی برای کل سوئیس مقیاس‌پذیر می‌کند و کاربرد وسیع‌تری را در زمینه‌های جغرافیایی متنوع تضمین می‌کند.

مطالعات متعددی بر روی عوامل مؤثر بر پذیرش فناوری‌های نوآورانه فردی متمرکز شده‌اند [25] ، در حالی که همبستگی در مکانیسم‌های تصمیم‌گیری برای نصب PV و HP عمدتاً در سطح هم‌افزایی فنی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفته است [26] . ادبیات شامل مقالاتی است که بر وجود ویژگی‌های مشترک در میان پذیرندگان فناوری‌های نوآورانه مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر تأکید می‌کند [27] ، [28] . علاوه بر این، تحقیقات لاگومارسینو و همکاران. [29] با تمرکز بر پذیرش مشترک چندین فناوری کم کربن، رویکرد جدیدی را در پیش گرفت. کار آنها به طور تجربی ارتباط متقابل بین تصمیمات پذیرش فناوری‌های سبز مختلف را نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که پذیرش یکی از فناوری‌ها احتمال پذیرش دیگری را افزایش می‌دهد. پویایی پیچیده این اتصالات هنوز باید مورد بررسی قرار گیرد، زیرا آنها می توانند به بهبود اثربخشی سیاست های با هدف جذب فناوری انرژی های تجدیدپذیر کمک کنند.

برای پرداختن به این شکاف، این مطالعه یک مدل دینامیک سیستم را ارائه می‌کند که فرآیند پذیرش راه‌حل‌های PV و گرمایش (HS) را در بخش مسکونی سوئیس ارزیابی می‌کند. این مدل وابستگی متقابل این تصمیمات را در نظر می گیرد، زیرا ارزیابی نصب یک PV شامل در نظر گرفتن HS است، و بالعکس. SD انتخاب شده است زیرا به عنوان یک رویکرد مدل سازی برای توسعه استراتژی و تصمیم گیری بهتر در سیستم های پیچیده شناخته شده است [30] ، [31] ، [32] . برخلاف مطالعاتی که صرفاً بر روی جنبه‌های خاص انتقال بخش مسکونی متمرکز شده‌اند، هدف این مطالعه بررسی هم‌افزایی ناشی از پذیرش همزمان فناوری‌های گرمایش تجدیدپذیر و PV با در نظر گرفتن ناهمگونی ساختمان‌های مسکونی است. در نتیجه، SD ثابت می‌کند که برای روشن کردن رفتار پیچیده چنین سیستم پیچیده‌ای که با حلقه‌های بازخورد داخلی مشخص می‌شود که بر مسیر آن در طول زمان تأثیر می‌گذارد، کافی است. رویکرد SD فراتر از ملاحظات فنی-اقتصادی به عوامل متعدد مؤثر بر استقرار آینده PV و HS گسترش می‌یابد. علاوه بر این، این مقاله ارزیابی عدم قطعیت های مدل را ارائه می دهد که اغلب در مطالعات انتشار فناوری وجود ندارد [33] . علاوه بر این، سهام ساختمان های مسکونی به دسته های ساختمانی نماینده تقسیم می شود که امکان تجزیه و تحلیل دقیق تر در مورد تحولات آینده در هر بخش را فراهم می کند. این مدل برای ارزیابی مداخلات نظارتی مختلف (به بخش 3 مراجعه کنید ) در کانتون تیچینو استفاده می‌شود و قابلیت‌های آن برای انجام تحلیل‌های چه می‌شود و حمایت از سیاست‌گذاری را توضیح می‌دهد. این مطالعه با هدف پاسخگویی به سوالات تحقیق زیر انجام می شود:

•اثرات ابزارهای نظارتی و سیاست مالی بر تکامل سهام ساختمان های مسکونی در تیچینو چیست؟ این مداخلات چگونه بر کهن الگوهای ساختمانی در نظر گرفته شده تأثیر می گذارد؟
•چگونه ممکن است تقاضای بلندمدت انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در ساختمان‌های تیچینو تغییر کند؟
•پیامدهایی برای سیاست گذاران در تیچینو از نظر اولویت بندی اقدامات برای دستیابی به اهداف خود در سال 2050 چیست؟

بقیه مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است. در بخش 2 روش شناسی زیربنای تحلیل ارائه شده است. ابتدا ورودی ها و مفروضات لازم برای خصوصیات بخش مسکونی در 2.1 شرح داده شده است ، سپس مدل و معادلات اصلی آن در 2.2 معرفی می شوند . در 2.3 شرح مختصری از کالیبراسیون مدل داده شده است. بخش 3 به تفصیل سناریوهای در نظر گرفته شده برای تحلیل what-if پیشنهادی را توضیح می دهد. در بخش 4 و 5 ، نتایج مدل ارائه شده و به طور انتقادی مورد بحث قرار گرفته است. بخش 6 مقاله را به پایان می رساند.

پایدار، سبز یا هوشمند؟ مسیرهایی...

ژوئن 10, 2026