Ekonomické hodnocení externích nákladů výroby elektrické energie
přístup ExternE
Výstavba, provoz a likvidace elektráren působí četné negativní efekty (emise, odpady apod.) ovlivňující lidské zdraví a životní prostředí. Z pohledu ekonomiky se v převážné většině jedná o externí náklady, které nejsou zachyceny v tržních cenách. Jedním z nejpropracovanějších přístupů ke kvantifikaci externích nákladů je evropská metodika ExternE.
Úvod
Výroba elektrické energie a tepla přináší na jedné straně společnosti řadu ekonomických přínosů, na druhé straně emise z provozu (a ostatně i z výstavby a demolice) elektráren působí četné škody na lidském zdraví a životním prostředí. Výše těchto škod se však plně neodráží v tržních cenách elektřiny. Možnou otázkou proto je: „Dávají současné tržní ceny elektřiny přesnou představu o celkových společenských nákladech její výroby?“, řečeno jinými slovy: „Jsou v cenovém mechanismu zohledněny externality?“
„Skryté“ přínosy nebo škody plynoucí z výroby elektřiny jsou reálné a externí, protože nejsou placené přímo výrobci nebo spotřebiteli, ale jsou zaplacené nebo nesené třetími stranami a budoucími generacemi. Aby bylo možné z ekonomického hlediska provést konzistentní a nestranné porovnání různých energetických technologií, měly by být brány v úvahu všechny náklady společnosti, jak interní tak i externí. Zahrnutí externích nákladů do cen elektřiny může tak zvýšit konkurenceschopnost environmentálně šetrných zdrojů na trhu s energiemi.
Ačkoliv teoretické základy a východiska externích nákladů jsou zakotveny po dlouhou dobu v neoklasické ekonomii, pokusy o jejich vyčíslení začaly na konci 80. let minulého století. Během 80. a 90. let můžeme nalézt několik studií (Hohmeyer, 1988; Ottinger a kol., 1990; Pearce a kol., 1992), které kvantifikují externí náklady z výroby elektrické energie. Odhady externalit v těchto prvotních studií jsou však velice agregované a hrubé1).
V roce 1991 Evropská komise (EK) zahájila společné vědecké projekty s americkým ministerstvem energetiky ve snaze o získání přesnějších a vědecky robustnějších odhadů externalit energetických technologií (Evropská komise, 1995; ORNL a RFF, 1995). V těchto projektech byl uplatňován přístup zezdola nahoru, tzv. „bottom-up“ přístup, který vycházel z analýzy drah dopadů (Impact Pathway Approach, IPA). Výstupem pak byly odhady mezních externích nákladů výroby elektrické energie pro řadu energetických technologií a pro různé lokality. Na základě navazujících projektů2) financovaných EK vznikla metodika ExternE (Externalities of Energy), které v současnosti představuje nepropracovanější přístup pro posouzení a kvantifikaci externích nákladů.
Na základě výsledků těchto evropských projektů byla podpořena některá politická opatření EU a vyhodnoceny přínosy navrhovaných směrnic a dalších legislativních návrhů. Přímé využití tohoto evropského výzkumu lze najít v ekonomickém hodnocení (Cost-benefit analýza, CBA) koncepčních materiálů a politik týkající se snížení emisí3) nebo při stanovení národních emisních stropů4).
Vymezení externalit v ekonomii
Externí náklady jsou způsobeny jak spotřebními, tak i produkčními ekonomickými aktivitami. Jsou příčinou tržního selhání zejména z důvodu absence dobře definovaných vlastnických práv (Baumol a Oates, 1988). Jejich existence vede k alokaci zdrojů, která je z pohledu společnosti ne-optimální. Teoreticky vedou externality k situaci, kdy nelze uplatnit první teorém ekonomie blahobytu a trh nedosahuje optimální alokace zdrojů, tzv. Pareto efektivity (tj. nemožnosti zlepšení blahobytu jednoho subjektu, aniž by nedošlo ke snížení blahobytu někoho jiného).
Podle Kolstada (2000) externalita existuje v případě, kdy efekt rozhodování spotřebitele nebo výrobce vstupuje do užitkové nebo produkční funkce jiného ekonomického subjektu, aniž by byl tento efekt zprostředkován cenovým mechanismem (v tomto případě se jedná o pekuniární externí efekt, nikoliv skutečnou externalitu) a aniž by k tomu dal tento subjekt souhlas nebo byl za to kompenzován. Aktivity ekonomických subjektů, které jsou ve vzájemné shodě obou aktérů nebo pro které existuje kompenzace, nejsou považovány z hlediska tohoto vymezení za externality.
Jestliže nějaká ekonomická aktivita působí externalitu, dochází k situaci, kdy se soukromé náklady původce této aktivity liší od celkových nákladů, kterými tato aktivita zatěžuje společnost (tzv. společenské náklady). Trh v takové situaci zajišťuje optimální rozdělení zdrojů, které koresponduje soukromým nákladům původce, avšak nikoli již optimální z hlediska nákladů společnosti. Společenské náklady jsou tvořeny soukromými náklady a externími náklady. Pokud trh selhává v případě externalit, nemá výrobce maximalizující zisk důvod k začlenění externích nákladů do svého rozhodování. Soukromé náklady dané aktivity jsou tak nižší, než jsou náklady společenské. V případě, že výrobce bude mít podnět ke snížení negativního environmentálního dopadu, bude externalita internalizována (tj. bude soukromým nákladem), viz obrázek 1.
Obrázek 1 – Celkové společenské náklady výrobní činnostiZdroj: IEA (1995)
Coase (1960) navrhuje internalizovat externality prostřednictvím vymezení vlastnických práv a vyjednávání mezi znečišťovatelem a poškozenými subjekty; toto řešení je ale efektivní pouze v případě, pokud jsou nízké transakční náklady a původci i příjemci externality disponují úplnými informacemi o externalitě. Další možností jsou vládní intervence, zvláště v případech, kdy existuje mnoho dotčených subjektů. Takovým řešením může být pigouviánská daň, která je stanovena ve výši mezních externích nákladů (Pigou, 1924). Toto řešení však vyžaduje, aby autorita, která zavádí daň, byla schopna určit funkci externích nákladů.
Ekonomické hodnocení externalit
Teoretické základy ekonomického hodnocení externalit vycházejí z ekonomie blahobytu, kdy se ekonomická hodnota environmentálního statku odvozuje z preferencí jednotlivců. Pro stanovení velikosti změny blahobytu se používají ekonomické ukazatele změny blahobytu. Tyto ukazatele vycházejí z uspokojení jednotlivce a jsou vyjádřeny v peněžních jednotkách. Peněžně vyjádřené dopady uvažovaných změn pak mohou být agregovány pro dotčenou populaci.
Nejstarším a stále nejvíce využívaným ekonomickým odhadem změny blahobytu je spotřebitelský přebytek (Consumer Surplus, CS). CS je tradiční měrou odhadu čistých změn užitku spotřebitele.
Od 70. let 20. století vědecké práce ukázaly, že CS je přesným odhadem změny blahobytu jen za velmi specifických podmínek. Dalšími ekonomickými ukazateli změny blahobytu je kompenzační variace (Compensating Variation, CV) a ekvivalentní variace (Equivalent Variation, EV), které byly rozpracovány Hicksem ve 40. letech minulého století. Za určitých předpokladů poskytují koncepty CS, CV a EV stejné odhady (Freeman, 1993).
V případě pozitivní změny, která zvyšuje blahobyt spotřebitele, je CV rovna maximální ochotě platit (Willingness to Pay, WTP) a EV je rovna minimální ochotě přijmout kompenzaci (Willingness to Accept, WTA).
Pro hodnocení externalit, ať už v sektoru energetiky, nebo v oblasti dalších ekonomických činností, je možné využít jednoho ze dvou metodologických přístupů: přístup nákladů na zamezení (Abatement Cost Approach) a přístup ekonomických škod (Damage Cost Approach).
Přístup nákladů na zamezení zjišťuje náklady na kontrolu či snížení škod nebo náklady vynaložené na dosažení legislativních limitů. Tyto náklady považuje za implicitní hodnotu škod, kterým se podařilo zamezit. Pearce a kol. (1992) však poukazuje na nereálný předpoklad tohoto přístupu, že ti, kdo o realizovaných opatřeních rozhodují, uskutečňují optimální rozhodnutí, tj. znají reálné náklady na zamezení a výši škody. Ve skutečnosti odhadnuté náklady na zamezení nereflektují reálnou výši škod.
Obrázek 2 – Ilustrace top-down přístupu
Zdroj: Evropská komise (1999)
Přístup škod zjišťuje na základě preferencí výši čistých ekonomických škod, které jsou spojeny s negativními externalitami. Tento přístup je rozdělen do dvou kategorií: top-down a bottom-up. Top-down přístup využívá pro hodnocení externích nákladů (např. určité znečišťující látky) agregátní údaje, viz obrázek 2. Na národní úrovni je zjištěno celkové množství škodlivé látky a jsou odhadnuty ve fyzických jednotkách celkové škody způsobené touto škodlivinou. Následně je škoda vyjádřena na jednotku dané škodliviny. Škody ve fyzických jednotkách jsou poté přiřazeny jednotlivých zdrojům znečišťování a převedeny do monetárních jednotek. Hlavním důvodem kritiky tohoto přístupu je, že nezohledňuje místně specifické druhy dopadů a jednotlivé stupně palivového cyklu. Dále se tento přístup spoléhá na přibližné odhady dopadů.
Přístup bottom-up sleduje škody působené konkrétním zdrojem znečišťování a kvantifikuje a oceňuje je prostřednictvím tzv. drah dopadů. Pro ohodnocení externalit touto metodou jsou využívány technologická a místně specifická data, rozptylové modely, informace o receptorech a funkce dávka-odpověď (Dose-Response Function, D-R). Škody vyjádřené ve fyzických jednotkách jsou zpravidla monetarizovány pomocí netržních metod oceňování: metody vyjádřených preferencí (Stated Preference Technique) a metody odhalených preferencí (Revealed Preference Technique).
Kritika tohoto přístupu spočívá v tom, že jsou hodnoceny pouze ty dráhy dopadů, pro které jsou dostupná data, resp. nejsou hodnoceny dopady, pro které nejsou k dispozici relevantní údaje (srov. Clarke, 1996). I přes parciálnost danou tímto omezením je „bottom-up“ přístup – na rozdíl od přístupu nákladů na zamezení – v souladu s ekonomickou teorií, jelikož se zaměřuje na konkrétní změny blahobytu. V současnosti je proto standardně využíván pro empirické hodnocení externalit v oblasti energetiky (EEA, 2011).
Metodika ExternE
Vědecky etablovaný postup pro posouzení dopadů a kvantifikaci externích nákladů představuje v současnosti metodika ExternE. Obecný přístup, který využívá metodika ExternE, je založen na analýze celého palivového cyklu (fuel cycle). V tomto ohledu má mnoho společného s analýzou životního cyklu (Life Cycle Analysis, LCA), kdy jsou všechny složky daného systému analyzovány „od kolébky do hrobu“. V rámci konceptu palivového cyklu jsou procesy energetických přeměn analyzovány od těžby příslušného primárního energetického zdroje přes úpravu, dopravu a výrobu elektřiny až po problematiku odpadů a likvidaci po ukončení provozu. V rámci tohoto přístupu jsou identifikovány jednotlivé hranice posuzovaného palivového cyklu a je posouzen komplexní seznam dopadů pro jednotlivé úrovně palivového cyklu a jsou stanoveny prioritní oblasti pro posuzování.
Současně metodologie ExternE vychází z analýzy fáze drah dopadů. Tím přistupuje k analýze externalit zezdola nahoru, tzv. „bottom-up“ přístup. Díky využití detailních atmosférických disperzních modelů je možné analyzovat specifické mezní dopady různých technologií, při užití jednotlivých typů paliv, v určitém místě a čase. To je důležité z toho důvodu, že externí náklady závisejí na specifických podmínkách lokality, ve kterých je posuzovaná technologie využívána – místní a regionální meteorologické podmínky, hustota populace, druh zemědělských plodin (Bickel a Friedrich, 2005).
Analýza drah dopadů
Analýza drah dopadů sleduje cestu jednotlivých znečišťujících látek od místa, kde jsou látky emitovány, až po dotčené receptory – obyvatelstvo, zemědělské plodiny, lesní ekosystémy, budovy. V rámci této analýzy je zjišťována závislost mezi zvýšenou koncentrací určité škodliviny vyvolané např. emisí z výroby elektřiny a výší dopadu na vybraný receptor. Tento dopad je poté vyjádřen ve fyzických jednotkách. Pro tento účel se využívají funkce dávka-odpověď (dávka jako například zvýšené koncentrace nitrátů a sulfátů vyvolané danými emisemi a odpověď jako například počet dodatečně vyvolaných astmatických záchvatů nebo hospitalizací v populaci). Následuje ekonomické ohodnocení dopadů pro jednotlivé kategorie, jako je lidské zdraví, zemědělská produkce, budovy, materiály a ekosystémy. Tento přístup ve zjednodušené podobě přibližuje obrázek 3.
Obrázek 3 – Hodnocení externích nákladů přístupem analýzy drah dopadůZdroj: EEA (2011, s. 16)
Základní fáze této analýzy lze shrnout do 4 následujících kroků:
I. Emise
Určení analyzovaných technologií a určení jednotlivých znečišťujících látek a jejich množství (např. emise NOX v g/kWh vyrobené elektřiny).
II. Rozptyl
Určení zvýšené koncentrace znečišťujících látek ve všech ovlivněných regionech (např. zvýšené koncentrace ozonu). V této fázi jsou využívány atmosférické disperzní a chemické modely.
III. Dopad
Zjištění závislosti mezi určitou koncentrací škodliviny (dávka) a dopadem na vybraný receptor (odpověď). Relevantní informace jsou získávány z toxikologických nebo epidemiologických studií. Tento typ primárních dat je použit k definování funkce dávka-odpověď.
IV. Náklady
Vyjádření těchto dopadů v peněžních jednotkách. Ekonomické hodnocení, které používá IPA, vychází nejčastěji z přístupu založeného na WTP nebo WTA. Tam, kde je to možné, jsou při peněžním ocenění dopadů využívány tržní ceny (zemědělská produkce, stavební materiály) nebo kvazitržní ceny (náklady na léčení z veřejného zdravotního pojištění). Celá řada oceňovaných statků a služeb však není obchodována na skutečných trzích (např. lidské zdraví, lesní a jiné ekosystémy, vizuální dopady či dopady hluku). Pro jejich hodnocení je nutné využít alternativní techniky – netržní metody oceňování (Bickel a Friedrich, 2005).
Odhady mezních externích nákladů
Jedním z dílčích výsledků projektu ExternE jsou studie, které hodnotí externality jednotlivých zdrojů elektrické energie. Komplexní hodnocení externích nákladů reprezentativních energetických technologií bylo realizováno například v rámci evropského projektu CASES5). Tabulka 1 shrnuje odhady externích nákladů pro současné technologie výroby elektřiny, které jsou dostupné na evropském trhu. Jsou zde hodnoceny kategorie dopadu typu lidského zdraví (zvýšení rizika úmrtí a nemocnosti), dopadů na environment (ztráta zemědělské produkce, koroze a zašpinění materiálů budov a ztráta biodiverzity) a dopady související se změnou klimatu.
| Kategorie dopadu | Jaderná TR | Těžký topný olej KE | Černé uhlí IGCC | Hnědé uhlí KE | Zemní plyn KC | Vodní akumulační (přehrada) | Větrná na pevnině | Fotovoltaika na střeše | Biomasa KVET s KT |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Lidské zdraví | 0,07 | 0,82 | 0,39 | 0,44 | 0,20 | 0,02 | 0,03 | 0,28 | 0,81 |
| Environment | 0,01 | 0,11 | 0,06 | 0,07 | 0,04 | 0,00 | 0,00 | 0,03 | 0,19 |
| Změna klimatu | 0,01 | 0,15 | 0,61 | 0,68 | 0,31 | 0,01 | 0,01 | 0,06 | 0,05 |
| Celkem | 0,09 | 1,09 | 1,07 | 1,19 | 0,56 | 0,03 | 0,04 | 0,37 | 1,05 |
| Poznámky: TR – tlakovodní reaktor, KE – kondenzační elektrárna, IGCC – integrovaný zplyňovací cyklus, KC – kombinovaný cyklus, KVET – kombinovaná výroba elektřiny a tepla (kogenerace), KT – kondenzační turbínaZdroj: FEEM (2008) | |||||||||
Z hlediska působených externalit patří větrná energie, společně s energií vody a jádra, ke zdrojům pro výrobu elektřiny s nejnižšími environmentálními dopady. Nejhůře v rámci tohoto porovnání vychází výroba elektřiny z fosilních paliv typu hnědého uhlí a těžkých topných olejů.
Závěr
V tomto příspěvku je představena metodika ExternE, která je od začátku 90. let 20. století využívána pro hodnocení externích nákladů pocházejících z energetiky. ExternE vychází z analýzy fáze drah dopadů, která je založena na „bottom-up” přístupu. IPA sleduje cestu jednotlivých škodlivin od místa, kde jsou látky emitovány, až po dotčené receptory, jako je např. obyvatelstvo, zemědělská produkce, lesní ekosystémy, budovy. Dráhu dopadu lze popsat ve 4 krocích: emise škodlivých látek, rozptyl a procesy přeměny v atmosféře, dopad na receptory a peněžní ohodnocení škod.
Peněžní ohodnocení škod, které je v metodice ExternE využíváno, vychází z ekonomie blahobytu a je odvozeno z preferencí jednotlivců. Pro stanovení velikosti změny blahobytu se využívají ekonomické ukazatele jako je spotřebitelský přebytek, kompenzační a ekvivalentní variace. Tam, kde je to možné, se při peněžním hodnocení dopadů využívají tržní ceny (např. koroze materiálů, zašpinění fasád budov). Pro ohodnocení environmentálních statků, které nejsou obchodovány na reálných trzích (např. utrpení v důsledku nemoci, biodiverzita), jsou využity netržní metody oceňování. Vzhledem k náročnosti většiny metod netržního oceňování je v metodice ExternE často využívána metoda přenosu hodnot (benefit transfer).
Poděkování
Tento příspěvek vznikl v rámci řešení projektu TA02021165 „Integrované hodnocení rizik a dopadů na materiály, ekosystémy a zdravotní stav populace v důsledku expozice atmosférickým znečišťujícím látkám“ s finanční podporou TA ČR.
Literatura
- [1] AEA TECHNOLOGY. Economic valuation of air quality targets for CO and benzene. Report to European Commission DG XI, Brussels, 1999.
- [2] AEA TECHNOLOGY. Cost benefit analysis for the Revision of the Gothenburg Protocol, Report to the European Commission, AEA Technology, Didcot, 2011.
- [3] BAUMOL, W. J., OATES, W. E. The Theory of Environmental Policy. 2nd edition (1st edition 1975). Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1988.
- [4] BICKEL, P., FRIEDRICH, R. ExternE: Externalities of Energy, Methodological 2005 Update. European Commission, Directorate-General for Research. Luxemburg: Office for Official Publications of the European Communities. 2005. ISBN 92-79-00423-9.
- [5] CLARKE, L. B. Externalities and Coal-fired Power Generation (IEAPER/29). London. IEA Coal Research, 1996.
- [6] COASE, R. H. The Problem of Social Cost. Journal of Law and Economics, 3, 1–44, 1960.
- [7] EEA. Revealing the costs of air pollution from industrial facilities in Europe, EEA Technical report 15/2011, Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2011.
- [8] ENTEC. Economic evaluation of air quality limits for heavy metals. Report to European Commission DG XI: Brussels, 2000.
- [9] EVROPSKÁ KOMISE. ExternE Externalities of Energy. Vol 2 – Methodology. A Report produced for the EC – DG XII, Luxembourg: Office of Publications for the European Communities, 1995.
- [10] EVROPSKÁ KOMISE. ExternE: Externalities of Energy: Vol.7: Methodology 1998 Update. European Commission, Directorate-General for Research. Luxemburg: Office for Official Publications of the European Communities, 1999. ISBN 92-828-7782-5.
- [11] FONDAZIONE ENI ENRICO MATTEI. Development of a set of full cost estimates of the use of different energy sources and its comparative assessment in EU countries, Part 2: Full cost: Levelised European estimates results and assessment. WP6 report of CASES (Cost Assessment of Sustainable Energy Systems) project co-funded by the European Commission within the Sixth Framework Programme, 2008.
- [12] FREEMAN, A. M. III. The Measurement of Environmental and Resource Values: Theory and Methods. Resources for the Future. Washington, 1993. ISBN 1-89185-362-7.
- [13] HOHMEYER, O. Social Costs of Energy Consumption. Springer Verlag. Berlin, 1988.
- [14] HOLLAND, M. R., FORSTER, D., KING, K. Cost-benefit analysis for the Protocol to Abate Acidification, Eutrophication and Ground-level Ozone in Europe. Publication n. 133. The Hague, Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordering en Milieubeheer, 1999.
- [15] INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Global Warming Damage and the Benefits of Mitigation. Cheltenham: IEA Greenhouse gas R&D programme, 1995.
- [16] IVM. Economic evaluation of air quality targets for fine particles, SO2, NO2 and lead. Report to European Commission DG XI, Brussels, 1999.
- [17] KOLSTAD, C. D. Environmental Economics. Oxford University Press. New York, 2000. ISBN 0-19-511954-1.
- [18] OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY (ORNL), RESOURCES FOR THE FUTURE (RfF) – External Costs and Benefits of Fuel Cycles (Reports 2–8). McGraw-Hill Utility Data Institute, Washington, 1994–1998.
- [19] OTTINGER, R. L., WOOLEY, D. R., ROBINSON, N. A., HODAS, D. R., BABB, S. E. Environmental Costs of Electricity, Oceana Publications. Inc., New York, 1990.
- [20] PEARCE, D., BANN, C., GEORGIOU, S. The Social Costs of Fuel Cycles. A report to the UK Department of Energy. The Centre for Economic and Social Research into the Global Environment, (CSERGE), University College London and University of East Anglia, 1992.
- [21] PIGOU, A. C. The Economics of Welfare. London: Macmillan, 1924.
Poznámky
1) Tyto studie jsou příkladem “top-down” přístup, který na rozdíl od “bottom-up” přístupu pro analýzu externalit využívá vysoce agregovaná data ve formě národních emisí a dopadů. Výsledkem jsou průměrné odhady externích nákladů, které nejsou vztaženy ke konkrétní lokalitě či technologii. Zpět
2) Hodnocení externalit z energetiky bylo uskutečněno v rámci evropských projektů ExternE Core, National Implementation, NewExt, ExternE-Pol, CASES a NEEDS. Bližší informace k těmto projektům, k použité metodologii a výsledkům lze nalézt na internetových stránkách www.externe.info. Zpět
3) např. hodnocení směrnice ES o tuhých částicích, NO2, SO2 a olova (IVM, 1999), směrnice ES o CO a benzenu (AEA Technology, 1999), směrnice ES o rtuti, kadmiu, niklu a arsenu (ENTEC, 2000). Zpět
4) např. hodnocení Gothenburského protokolu ke snížení acidifikace, eutrofizace a přízemního ozónu v Evropě (OSN/EHK) (Holland a kol., 1999, AEAT, 2011). Zpět
5) http://www.feem-project.net/cases/ Zpět
In a decision-making process – such as the one about national energy strategy – an economic assessment of alternative energy systems should account for social costs of electricity (and heat) production. This encompasses both private costs of the producer(s) as well as external costs, which are primarily associated with health and environmental impacts. Because the risks are not fully reflected in the prices of electricity, the application of alternative approaches is needed for monetary valuation of externalities. In this respect, ExternE is currently the most worked-out approach, which is already more than 20 years used and developed in the research projects for the European Commission. Fact that ExternE treats the analysis of externalities from bottom to up (bottom-up approach), makes possible to quantify marginal impacts of different energy facilities using different fuel types, in a particular place and time. At the same time ExternE enables to structure external costs estimates by type of the impact on health risks, loss of agricultural production and biodiversity, corrosion of materials and damage associated with climate change.