انتخاب سناریوی برتر برای افزایش درآمد ارزی دولت در سیستم انرژی: کاربردی از رویکرد پویایی سیستم

انتخاب سناریوی برتر برای افزایش درآمد ارزی دولت در سیستم انرژی: کاربردی از رویکرد پویایی سیستم

عالیه کاظمی¹، مهناز حسین‌زاده^2*

1- استادیار گروه مدیریت صنعتی، دانشکدۀ مدیریت - دانشگاه تهران – تهران - ایران

2- استادیار گروه مدیریت صنعتی، دانشکدۀ مدیریت - دانشگاه تهران – تهران - ایران

چکیده

در این پژوهش با استفاده از رویکرد پویایی سیستم­ها به شبیه­سازی سیستم انرژی کشور شامل بخش­های عرضه و تقاضا پرداخته شده است. بدین­منظور با استفاده از نظر خبرگان این حوزه، متغیرهای کلیدی سیستم انرژی کشور شناسایی و روابط علی و ریاضی میان این متغیرها در قالب دو نمودار علت و معلولی و نمودار جریان در رویکرد پویایی سیستم­ها ترسیم شده‌اند. سپس این سیستم در نرم­افزار VENSIMطی سال­های 1385 تا 1400 شبیه­سازی شد و با هدف افزایش درآمد دولت، 6 سناریوی مختلف تخصیص منابع عرضه به بخش­های مختلف مصرف، با درنظرگرفتن طرح هدف­مندسازی یارانه‌ها بررسی شده­اند. نتایج نشان داد اجرای طرح هدفمندسازی یارانه­ها طی 8 سال به جای 4 سال و کاهش سهم مصرف بخش خانگی تجاری به‌میزان 20% و تخصیص مساوی سهم آزادشده بین بخش­های صنعت و نیروگاه، نتایج بهتری نسبت به سایر سناریوها در بر خواهد داشت.

واژه‌های کلیدی: تخصیص منابع انرژی، درآمد دولت، رویکرد پویایی سیستم، هدفمندسازی یارانه­ها.

1- مقدمه

کشور ما سرزمین انرژی و درعین‌حال سرزمین اتلاف انرژی است. تقاضای فراورده­های نفتی و گاز در کشور در سال­های اخیر افزایش زیادی داشته و روند روبه‌رشد مصرف سالانه در حال افزایش است. تصمیم­گیری درست و بهینه برای تخصیص نفت و گاز به بخش­های مختلف مصرف می­تواند منافع اقتصادی زیادی را برای کشور به همراه داشته باشد (ترازنامه انرژی، 1389). انرژی از عواملی است که در اکثر فعالیت‌های اقتصادی استفاده می‌شود. امنیت ملی اکثر کشورهای جهان نیز در گرو دسترسی مطمئن به انرژی است. ازاین‌رو ایجاد بهره­وری در تولید و مصرف حامل های انرژی از نظر اهداف مختلف سیاسی، اقتصادی، زیست-محیطی و غیره از اهمیت بسیاری برخوردار است (ترازنامه انرژی، 1389).

درحال‌حاضر تصمیم‌های مدیریتی مربوط به تخصیص نفت و گاز کشور به بخش‌های مختلف مصرف، اغلب به‌صورت توصیفی گرفته می‌شود و اغلب، اثرات پویای این تصمیم‌ها در بلندمدت و همین­طور آثار اقتصادی آن­ها نادیده گرفته می­شوند. بنابراین بررسی سیاست­های مختلف تخصیص انرژی به بخش­های مختلف و شبیه­سازی و برآورد اثرات این سیاست­ها با استفاده از یک روش­شناسی و یک ابزار مناسب با درنظرگرفتن اهداف اقتصادی ضروری به نظر می­رسد (کاظمی، 1389). بدین­منظور در این پژوهش رویکرد پویایی سیستم با توجه به قابلیت آن در تجزیه و تحلیل تصمیمات مدیریتی و سنجش بهره­وری این تصمیمات با توجه به اثرات بلندمدت آن­ها در رفتار کل متغیرهای سیستم، استفاده خواهد شد.

پویایی سیستم، رویکردی برای فهم رفتار پیچیده طی زمان است. این رویکرد با استفاده از حلقه­های بازخور و تأخیرهای زمانی که رفتار کل سیستم را تحت‌ِتأثیر قرار می­دهند، یادگیری و سیاست­گذاری برای بهبود را به ارمغان می­آورد. مدل­سازی رفتار سیستم در قالب حلقه­های عِلی‌معلولی و شبیه‌سازی کامپیوتری انجام گرفته در این رویکرد، بستر مناسبی را برای جولان در سیستم­های پیچیده­ای مانند سیستم انرژی فراهم می­آورد (استرمن¹، 2000).

تاکنون محققان بسیاری با استفاده از این رویکرد به شبیه­سازی و سیاست­گذاری در سیستم انرژی در داخل و خارج از کشور پرداخته­اند. توران² و همکاران (2001)، با استفاده از رویکرد پویایی سیستم به مدل‌سازی سیستم انرژی ترکیه پرداختند تا جریان عرضه و تقاضای انرژی در این کشور را تا سال 2050 شبیه­سازی کنند. چی³ و همکاران (2010) در پروژه­ای بهارائه  از پویایی­های صنعت گاز در بریتانیا با استفاده از رویکرد پویایی سیستم مدلی ارائه کردند. آن‌ها همچنین تأثیر سناریوهای مختلف را بر متغیرهایی از قبیل نرخ اکتشاف، قیمت عمده­فروشی و نرخ مصرف تا افق 2030 شبیه­سازی و تحلیل کردند. تائو⁴ (2010) از روش سنتی تجزیه­ عاملی و رویکرد پویایی سیستم­ها به‌صورت ترکیبی استفاده کرد تا الگوی مصرف سرانة­ نفت در چین در سال‌های آینده را پیش‌بینی کند. ونپی⁵ و همکاران (2011) با استفاده از رویکرد پویایی سیستم به شبیه‌سازی سیستم حفاظت از انرژی ایالت ژجیانگ در چین پرداختند و سناریوهای مختلفی را برای حفاظت از انرژی این ایالت (که دارای سطح مصرف بسیار زیاد انرژی و منابع بسیار اندک است و به‌میزان زیادی به واردات وابسته است) بررسی کردند. شی و تسنگ⁶ (2014) با بهره‌گیری از رویکرد پویایی سیستم به برآورد میزان صرفه­جویی در مصرف انرژی در نتیجه اعمال دو سناریوی استفاده از انرژی­های تجدیدپذیر و بهبود کارایی انرژی پرداختند. لوپز⁷ و همکاران (2014) نیز به مدل­سازی میزان انتشار دی‌اکسیدکربن در اکوادور با استفاده از رویکرد پویایی سیستم پرداخته­اند. یک مدل پویایی سیستم نیز برای ارزیابی گزینه­های مختلف در صنعت برق و الکترونیک ترکیه را سیسل و حکیم­اوغلو⁸ (2013) توسعه دادند. لی⁹ و همکاران (2012) نیز با استفاده از رویکرد پویایی سیستم میزان انتشار دی­اکسیدکربن در شمال کشور چین را شبیه‌سازی کردند. اصلانی¹⁰ و همکاران (2014) نیز به توسعة یک مدل پویایی سیستم برای ارزیابی تأثیر استفاده از انرژی­های تجدیدپذیر بر استقلال و امنیت منابع عرضة انرژی در فنلاند پرداخته­اند. 

در ایران نیز کیانی و پورفخرانی¹¹ (2010) یک مدل پویایی سیستم از سیستم انرژی (نفت و گاز) را در ایران ارائه دادند و بازخورهای بین عرضه و تقاضا و درآمد نفت و همچنین اثرات آن‌ها را بر بخش­های مختلف اقتصادی تحلیل کردند. در این مدل، صادرات و تزریق گاز به مخازن نفتی نیز درخور توجه قرار گرفته است و برای مصرف گاز اولویت‌های زیر در نظر گرفته شده است: 1- مصرف داخلی؛ 2- تزریق به مخازن نفتی برای افزایش تولید و 3- صادرات گاز و LNG. شاه­حسینی (1388) با استفاده از رویکرد پویایی سیستم­ها به مدل­سازی پورتفولیوی گاز کشور پرداخته است و سناریوهای زیر را بررسی و تحلیل کرد: 1. حذف ناگهانی یارانه‌های گاز؛ 2. حذف تدریجی یارانه­های گاز؛ 3. حذف ناگهانی یارانه­های برق؛ 4. حذف تدریجی یارانه­های برق؛ 5. دوبرابرکردن ضریب صادرات؛ 6. دوبرابرکردن سهم گاز تزریقی؛ 7. سناریوی ترکیبی شامل: حذف تدریجی یارانه‌های گاز و برق و افزایش ضریب صادرات گاز و افزایش تزریق به مخازن نفتی.

سناریوی ترکیبی به ‌عنوان سناریوی برتر شناخته شده است. صادقی (1386) با استفاده از رویکرد پویایی سیستم­ها به بررسی بازار عرضه انرژی الکتریکی کشور پرداخته است. قادری (1371) به شبیه‌سازی مصرف انرژی الکتریکی متأثر از پارامترهای اجتماعی و اقتصادی کشور پرداخته است. انصاری و سیفی (2013) ارائه یک مدل پویایی سیستم برای برآورد مصرف انرژی و میزان انتشار دی­اکسیدکربن در صنایع سیمان ایران بر اساس سناریوهای مختلف تولید و صادرات و با درنظرگرفتن طرح هدف‌مندسازی یارانه­ها ارائه دادند.

در این پژوهش با استفاده از رویکرد پویایی سیستم‌ها، به شبیه­سازی سیستم انرژی کشور شامل تمامی بخش­های عرضه یعنی نفت، گاز و برق و تقاضا شامل بخش­های خانگی­­-تجاری، صنعت، حمل‌ونقل، کشاورزی، نیروگاه­ها، صادرات و تزریق به مخازن نفتی پرداخته شده است. بدین­منظور ابتدا با استفاده از نظر خبرگان وزارت نفت، متغیرهای کلیدی در حوزة انرژی کشور شناسایی و روابط عِلّی و ریاضی میان این متغیرها در قالب دو نمودار علت و معلولی و نمودار جریان در رویکرد پویایی سیستم‌ها شناسایی می­شوند. سپس این سیستم شبیه‌سازی‌شده، در نرم­افزار VENSIM اجرا و اعتبار مدل، آزمون می­شود. در ادامه، سناریوهای مختلف در حوزۀ تخصیص انرژی در مدل اعمال و اثرات آن­ها بر هزینه و درآمد دولت در این سیستم در بلندمدت شبیه­سازی و بهترین سناریو انتخاب می­شود.

2- روش تحقیق

رویکرد اصلی استفاده‌شده در این پژوهش، روش پویایی سیستم­هاست. حل مسئله توسط مدل پویایی سیستم­ در 5 مرحله زیر انجام می­شود:

1- شناسایی و تعریف مسئله؛

2- ساختن مدل مفهومی (نمودارهای حلقۀ­ عِلّی)؛

3- ساختن مدل ریاضی (ترسیم نمودار حالت-جریان)؛

4- شبیه­سازی و اعتبارسنجی مدل؛

5- تعریف سناریوهای مختلف، انتخاب و پیاده­سازی راه­حل مناسب (استرمن، 2000).

در این پژوهش، به­‌منظور برآورد روابط ریاضی میان متغیرهای مختلف در نمودار جریان، از روش­های زیر استفاده شده است:

1- روش­های رگرسیون؛

2- استفاده از نظر خبرگان در شرایطی که اطلاعات و آمار رسمی دربارۀ متغیری وجود ندارد؛

3- استفاده از روابط معتبر موجود در پیشینه در ارتباط با متغیرهای کلان سیستم انرژی در کشور.

مدل­سازی مسئله در قالب یک مدل پویا

گام نخست که همان گام تعریف مسئله است، در بخش قبل تشریح شد.

3-1- نمودار علت و معلولی

نمودار علت و معلولی مسئله مطابق با شکل (1) است.

شکل (1) نمودار علت و معلولی برای سیستم انرژی کشور

در ادامه برخی از مهم­ترین حلقه­های مدل را تشریح خواهیم کرد. نکتۀ­ مهم در این تحلیل این است که هر حلقه درنهایت با توجه به هدف نهایی این سیستم یعنی افزایش درآمد دولت بررسی می‌شود.

حلقه 1: با افزایش تولید گاز، مصرف گاز در بخش‌های مختلف مصرف افزایش یافته و بنابراین درآمد دولت به‌دلیل یارانه­ تخصیصی به گاز مصرفی در بخش­های مختلف کاهش می­یابد. کاهش درآمد دولت، GDP را کاهش می‌دهد و بنابراین تقاضای مصرف در بخش­هایی که مقدار مصرفشان به GDP وابسته است کاهش می­یابد. کاهش تقاضای مصرف، تولید گاز را کاهش می­دهد. بنابراین این حلقه یک حلقۀ­ منفی است.

حلقه 2: با افزایش صادرات گاز، درآمد دولت افزایش و بنابراین GDP افزایش می­یابد. با افزایش GDP نیز مقدار تولید افزایش و بنابراین صادرات افزایش می­یابد؛ بنابراین این حلقه،­ یک حلقۀ مثبت است.

حلقه 3: با افزایش صادرات گاز، مقدار تزریق گاز به چاه­های نفت کاهش می­یابد. کاهش تزریق میزان تولید نفت خام را کاهش می­دهد و کاهش تولید نفت خام مقدار صادرات نفت خام را کاهش می­دهد؛ درنتیجه درآمد دولت کاهش می­یابد. با کاهش درآمد نفتی، مقدار GDP کاهش و درنتیجه، تولید گاز و مقدار صادرات کاهش می­یابد؛ پس این حلقه نیز یک حلقۀ منفی است.

 حلقه 4: با افزایش تزریق گاز به چاه­های نفت، مقدار تولید نفت خام افزایش و درنتیجه تولید فراورده‌های نفتی افزایش می­یابد. با افزایش تولید فراورده، صادرات فراورده افزایش و درنتیجه مقدار درآمد دولت بیشتر می­شود. با افزایش مقدار درآمد دولت، مقدار GDP و درنتیجه مقدار تولید گاز و مقدار تزریق افزایش می­یابد؛ بنابراین این حلقه یک حلقۀ­ مثبت است. از طرفی درآمد دولت مقدار تولید نفت خام را نیز افزایش می­دهد که این افزایش مجدداً در چرخۀ ذکرشده وارد می‌شود و یک حلقۀ­ مثبت را ایجاد می­کند.

حلقۀ 5: با افزایش مقدار تخصیص‌داده‌شدۀ نفت و گاز به نیروگاه­ها، مقدار تولید برق افزایش و درنتیجه صادرات برق افزایش می‌یابد. با افزایش صادرات برق نیز، درآمد دولت افزایش و بنابراین GDP و تولید نفت وگاز افزایش می­یابند؛ این افزایش به نوبۀ خود مقدار نفت و گاز تخصیص‌یافته به نیروگاه­ها را افزایش می­دهد. درنتیجه این حلقه نیز یک حلقۀ­ مثبت است.

حلقۀ 6: با کاهش یارانه­های انرژی، مقدار مصرف انرژی در بخش­های مختلف مصرف کاهش و بنابراین درآمد دولت افزایش می­یابد. با افزایش درآمد دولت نیز، GDP افزایش و درنتیجه مقدار مصرف افزایش می­یابد. بنابراین این حلقه یک حلقۀ منفی است.

حلقۀ 7: با کاهش یارانه انرژی مقدار مصرف در بخش­های مختلف کاهش و درنتیجه مقدار صادرات و تزریق افزایش می­یابند، با توجه به حلقه­های پیشین، درآمد دولت افزایش و با افزایش درآمد دولت تولید و درنتیجه صادرات و تزریق افزایش می­یابند. بنابراین این حلقه، یک حلقۀ مثبت است.

حلقۀ 8: با کاهش یارانۀ انرژی، مقدار تورم در کشور افزایش و درنتیجه درآمد دولت کاهش می­یابد. با کاهش درآمد دولت مقدار تولید و صادرات کاهش می‌یابد و درنتیجه تورم افزایش بیشتری پیدا می‌کند.

شکل(2) نمودار جریان سیستم انرژی

3-2- نمودار جریان

پس از رسم نمودار علت و معلولی و شناسایی متغیرها و حلقه­های مثبت و منفی مدل، مرحلۀ­ بعدی شناسایی متغیرهای حالت، جریان، کمکی و ثابت و رسم نمودار جریان است.

متغیرهای حالت در این مدل عبارت‌اند از: منابع گاز طبیعی ، منابع نفت، گاز تولیدشده، نفت تولیدشده، فراورده­های نفتی تولیدشده و درآمد ارزی دولت.

متغیرهای جریان در مدل عبارت‌اند از: نرخ اکتشاف ذخایر گازی، نرخ اکتشاف ذخایر نفتی، نرخ تولید گاز، نرخ تولید نفت خام، نرخ تولید فراورده­های نفتی، نرخ تولید برق، نرخ مصرف گاز طبیعی، نرخ مصرف فراورده­های نفتی، نرخ مصرف برق، نرخ صادرات گاز طبیعی، نرخ صادرات نفت خام، نرخ صادرات فراورده­های نفتی، نرخ صادرات برق، نرخ تزریق گاز به چاه­های نفت و نرخ تبدیل نفت ­خام به فراورده­های نفتی.

متغیرهای کمکی مهم در این مدل عبارت‌اند از: میزان سرمایه­گذاری در بخش ساختمان، تعداد خانوار، تعداد خودرو، تعدا صنایع با بیش از 50 نفر کارمند، ارزش افزوده­ بخش صنعت، ارزش افزودۀ­بخش کشاورزی، تولید ناخالص داخلی (GDP)، تورم، قیمت جهانی نفت خام، گاز طبیعی، برق و فراورده­های نفتی، یارانۀ تخصیص یافته به گاز طبیعی، برق و فراورده­های نفتی و جمعیت.

نمودار جریان سیستم انرژی مطابق با شکل  (2)است.

روابط ریاضی میان متغیرهای مدل در بخش ضمیمه ارائه شده است.

3-3- شبیه‌سازی و بررسی اعتبار مدل

در سناریوی مبنا مقدار منابع عرضۀ نخست به بخش خانگی-تجاری، براساس تقاضای این بخش که مقدار آن در مدل تا افق 1400 پیش­بینی شده است، به‌طور کامل تخصیص داده می­شود. سپس از مازاد آن تقاضای سایر بخش­ها (که مقدار آن‌ها نیز تا افق 1400 پیش­بینی شده است) تأمین می­شود و از منابع باقیمانده دربارۀ صادرات یا تزریق تصمیم‌گیری می‌شود.

با اجرای مدل، وضعیت متغیر اصلی که نشان­دهندۀ هدف مدل است (یعنی درآمد ارزی دولت در افق شبیه­سازی) به صورت  شکل (3) خواهد بود:

شکل (3) میزان درآمد دولت از منابع انرژی تا افق 1400تحت سناریوی اول (ادامه‌روند موجود)

با ادامۀ­ روند کنونی در تخصیص منابع عرضه به بخش­های مختلف مصرف و با توجه به طرح هدفمندسازی یارانه‌ها و تغییرات قیمت جهانی ارز و محاسبۀ­ آن براساس قیمت سال 2008  و بدون توجه به قیمت فعلی دلار و تغییرات آن و، درآمد دولت تا سال ششم افق شبیه‌سازی افزایش و پس از اجرای طرح هدفمندسازی یارانه‌ها، این درآمد به جای افزایش به‌طریقی که انتظار می‌رود، کاهش خواهد یافت. این سیر نزولی تا انتهای افق شبیه‌سازی یعنی سال 1400 ادامه خواهد یافت، تا بدان‌جا که به حدود 170 میلیارد ریال خواهد رسید. با توجه به متغیرهای موجود در مدل، علت را می­توان به افزایش تورم نسبت داد که حلقۀ مثبت آن با قدرت بیشتری از حلقۀ افزایش درآمد دولت (ناشی از قطع یارانه­ها و درنتیجه افزایش GDP)، عمل می‌کند.

یکیازشیوه‌هایرایجبررسیاعتبارمدل،مقایسۀنتایجحاصلازمدلباداده‌هایواقعیاست. سال 1389 آخرینسالیاستکهداده‌هایآندرترازنامهانرژیدردسترساست،بههمیندلیلافقمدلمربوطهبهجایاینسالسال 1385 درنظرگرفتهشدهاستتابتواننتایجشبیه‌سازیمربوطبهسال‌های 1385 تا 1389 راباداده‌هایواقعیموجودمقایسهکردودرصورتوجودتفاوتمعنادار،مدلرااصلاحکرد. بدین‌منظورمقداربرخیازمتغیرهایاصلیمدلمانندمیزانانتشارگازهایگلخانه‌ای،مقدارمصرففراورده‌هاینفتیوگازطبیعیومقدارشبیه‌سازی‌‌شدهآن‌هاتوسطمدلدرجداول 1 و 2 ارائهشدهاست. درصدمیانگینقدرمطلقخطا (AAEP)¹²مطابقبامعادله (1) نیزمحاسبهشدهاست.

 که در آن مقادیر واقعی،  مقادیر پیش­بینی و  تعداد داده­ها است.

جدول (1) مقایسۀ مقدار واقعی و شبیه­سازی‌شده میزان مصرف فراورده‌های نفتی در سال‌های 85-89 (میلیون بشکه)

جدول (2) مقایسۀ مقدار واقعی و شبیه‌سازی‌شده میزان مصرف گاز طبیعی در سال‌های 85-89 (میلیون بشکه)

آزمون­های دیگری برای تعیین اعتبار مدل انجام شده است که در ادامه به توضیح آن می‌پردازیم.

3-3-1 آزمون برازندگی

هدف از این آزمون پاسخ­گویی به این سؤال است که آیا ساختار مدل با دانش موجود در مورد ساختار سیستم واقعی در تناقض نیست؟ بدین‌منظور از برخی خبرگان صنعت نفت خواسته شد تا روابط میان متغیرها در سیستم تحت شبیه­سازی را با سیستم واقعی مقایسه و در صورت مشاهده­ تفاوت معنادار آن­ را مشخص کنند. ساختار کلی مدل موردِتأیید خبرگان بود.

3-3-2 آزمون تأیید پارامتری

این آزمون بررسی می­کند که آیا پارامترها از نظر مفهومی و عددی با دنیای واقعی متناظر هستند؟ از آنجا که مقدار تمامی پارامترهای مدل از داده­های واقعی موجود در ترازنامه­های انرژی و داده­های سری زمانی بانک مرکزی و مرکز آمار استخراج شده­اند لذا دراین­باره مشکلی وجود ندارد.

3-3-3 آزمون حساسیت پارامتری

این آزمون بررسی می­کند که آیا رفتار مدل نسبت به تغییرات معقول در مقادیر پارامترها حساس است؟ و آیا با تغییر پارامترها سبک­های رفتاری تغییر می‌کند؟

تمامی پیش­بینی­های صورت‌گرفته در مدل به صورت فازی انجام شدند تا بتوان بدین‌وسیله مدل دقیق­تری را ارائه  کرد، بدین­صورت که در شبیه­سازی اولیه­ مدل از مقادیر حد وسط بهره گرفته شد و سپس برای بررسی میزان حساسیت مدل نسبت به تغییر پارامترها از مقادیر حد پایین و حد بالای پارامترها در پیش­بینی­های فازی استفاده شد. نتایج شبیه­سازی با تغییرات جداگانه و هم­زمان این پارامترها، تغییر چشمگیری در رفتار کلی مدل نسبت به حالت اولیه نشان نداد و درواقع هیچ محدودیتی خارج از حد رفتار نکرد.

با قراردادن قیمت منابع انرژی در دو طیف یارانه صفر و قیمت انرژی نزدیک به صفر (یارانه 100%)، تغییرات چشمگیری در رفتار مدل ایجاد شد؛ بنابراین مدل نسبت به قیمت منابع انرژی حساس به نظر می‌رسد.

3-4- بررسی سناریوهای مختلف

در این پژوهش، علاوه‌بر سناریوی مبنا یعنی تخصیص منابع عرضه به بخش­های مختلف مصرف با روند فعلی موجود در کشور، 5 سناریوی مختلف برای افزایش درآمد ارزی دولت که هدف نهایی پژوهش است بررسی شد. این سناریوها عبارت‌اند از:

1- افزایش 50% سهم صادرات از منابع باقیمانده پس از کسر مصرف و لذا کاهش 50% سهم تزریق از این منابع؛

2- اعمال محدودیت بر مصرف نفت و گاز در بخش خانگی-تجاری با فرض کاهش 20% سهم مصرف فعلی در این بخش و تخصیص این سهم به نیروگاه­های تولید برق؛

3- کاهش سهم مصرف نفت و گاز در بخش خانگی-تجاری با اعمال محدودیت بر مصرف و فرض کاهش 20% سهم مصرف فعلی در این بخش و تخصیص این سهم به بخش صنعت؛

4- اجرای طرح هدفمند­سازی یارانه­ها طی 8 سال به جای 4 سال و افزایش 50 درصدی تخصیص منابع گاز باقیمانده از مصرف به تزریق و کاهش سهم صادرات؛

5- اجرای طرح هدفمندسازی یارانه­ها طی 8 سال به جای 4 سال و کاهش سهم مصرف بخش خانگی تجاری به میزان 20% و تخصیص مساوی سهم آزادشده بین بخش­های صنعت و نیروگاه.

3-4-1 نتایج شبیه‌سازی سناریوی اول

با توجه به مقادیر سال 1389 به ترتیب 9/5% گاز تولیدشده در هر سال به خارج از کشور صادر می‌شود و 9/18% آن به چاه­های نفت تزریق می­شود و درحقیقت نسبت تخصیص آن‌ها از منابع باقیمانده برابر با 238/0 و 762/0 است. بنابراین در این سناریو سهم تزریق به 738/0 منابع باقیمانده پس از کسر مصرف و سهم صادرات به 262/0 خواهد رسید. با اجرای این ­سناریو، درآمد ارزی دولت در افق شبیه‌سازی به‌صورت شکل (4) تغییر خواهد کرد:

شکل (2) میزان درآمد دولت از منابع انرژی تا افق 1400تحت سناریوی اول

نتایج شبیه­سازی نشان می­دهند که با اجرای این سناریو، درآمد ارزی دولت تا سال هشتم با شیب اندکی افزایش یافته و از سال نهم شروع به کاهش خواهد کرد، اما این کاهش با سرعت بسیار کمتری نسبت به وضعیت کنونی اتفاق خواهد افتاد و از سال سیزدهم تقریباً به تعادل خواهد رسید. با توجه به طرح هدفمندسازی یارانه­ها، کاهش درآمد ارزی دولت مشابه آنچه در سناریوی مبنا اتفاق افتاد، کاهش خواهد یافت؛ اما با افزایش سطح تزریق این کاهش بسیار کمتر از حالت قبل خواهد بود. این امر نشان می­دهد که با افزایش تزریق و درنتیجه تولید نفت بیشتر و افزایش سهم صادرات نفت خام و تولید فراورده و درنتیجه افزایش صادرات فراورده، حتی با وجود کاهش سهم صادرات گاز طبیعی، درآمد ارزی دولت بیشتر خواهد بود.

3-4-2 نتایج شبیه‌سازی سناریوی دوم

روند تغییرات درآمد ارزی دولت طی اجرای سناریوی سوم به‌صورت شکل (5) خواهد بود:

شکل (3) میزان درآمد دولت از منابع انرژی تا افق 1400تحت سناریوی دوم

نتایج شبیه­سازی نشان می­دهد که با اجرای این سناریو، درآمد ارزی دولت افزایش یافته و از سال یازدهم به بعد تقریباً به تعادل خواهد رسید. با کاهش مصرف و افزایش تولید برق دو حلقه فعال می­شوند. حلقه­ نخست ناشی از افزایش تولید برق و درنتیجه کاهش مصرف نفت و گاز در بخش­های مختلف است که موجب افزایش درآمد دولت می­شود. حلقۀ­ دیگر در اثر افزایش تولید برق و درنتیجه افزایش صادرات برق اتفاق می­افتد که این حلقه نیز خود منجر به افزایش درآمد ارزی دولت می­شود. اما علت کاهش نرخ درآمد دولت همان عملکرد حلقۀ­ تورم در اثر طرح هدفمندکردن یارانه­هاست.

3-4-3 نتایج شبیه­سازی سناریوی سوم

با اجرای این سناریو وضعیت درآمد دولت در افق شبیه­سازی به صورت شکل (6) خواهد بود:

با اجرای این سناریو درآمد دولت نسبت به سناریوی افزایش سهم نیروگاه افزایش چشمگیری خواهد داشت  و از سال دوازدهم به تعادل خواهد رسید.

شکل (4) میزان درآمد دولت از منابع انرژی تا افق 1400تحت سناریوی سوم

تحلیل این وضعیت بدین‌صورت است که با اجرای این طرح، چندین حلقه فعال خواهند شد: نخست اینکه با کاهش مصرف در بخش خانگی، درآمد دولت افزایش خواهد یافت. دوم اینکه با افزایش سهم صنعت، مقدار GDP افزایش یافته و بنابراین سرمایه­گذاری در بخش انرژی و تولید بیشتر خواهد شد. با افزایش تولید سهم صادرات و تزریق گاز و صادرات سایر منابع افزایش یافته و درنتیجه درآمد ارزی دولت افزایش خواهد یافت. به­علاوه با افزایش سهم صنعت و همچنین کنترل سهم بخش خانگی با وجود افزایش سطح تولید، حلقۀ­ فوق همچنان تشدید شده و صادرات و درآمد را افزایش می­دهد. اما علت کنترل رشد نمایی افزایش درآمد ارزی دولت در این سناریو همان طرح هدفمندکردن یارانه­ها، افزایش تورم و درنتیجه کاهش درآمد دولت است.

3-4-4 نتایج شبیه­سازی سناریوی چهارم

با اجرای سناریوی پنجم، روند تغییر درآمد ارزی دولت به صورت شکل (7) خواهد بود.

این شکل نشان می­دهد که درنتیجۀ­ اجرای این سناریو، درآمد دولت از سال پنجم یعنی ابتدای اجرای طرح هدفمندسازی یارانه­ها، شروع به کاهش ناگهانی می‌کند، اما از سال هشتم شروع به افزایشخواهد کرد و این افزایش تا پایان افق شبیه­سازی ادامه خواهد یافت. بنابراین­ به دنبال اجرای طرح هدفمندسازی یارانه­ها با توجه به دلایل گفته‌شده، درآمد دولت به علت تورم کاهش خواهد یافت. هم­زمان با اجرای این طرح، کاهش سهم صادرات نیز موجب کاهش درآمد دولت خواهد شد. اما به علت زمان طولانی­تر اجرای طرح هدفمندسازی یارانه­ها، شوک وارده به جامعه کمتر بوده و بنابراین تورم تا حدی کنترل می­شود. از طرف دیگر همان‌طور که پیش­تر تشریح شد با افزایش سهم تزریق و درنتیجه تولید نفت خام و افزایش صادرات نفت خام و فراورده، درآمد دولت افزایش خواهد یافت. بنابراین از سال هشتم روند کاهش درآمد دولت قطع شده و روندی افزایشی به خود خواهد گرفت.

شکل (5) میزان درآمد دولت از منابع انرژی تا افق 1400تحت سناریوی چهارم

3-4-5 نتایج شبیه‌سازی سناریوی پنجم

درنتیجه­ اجرای سناریوی ششم، درآمد ارزی دولت به‌صورت شکل (8) تغییر خواهد کرد:

در شکل (8) مشاهده می­شود که با اجرای سناریوی ششم درآمد دولت بیش از حالات پیشین افزایش خواهد یافت.

شکل (6) میزان درآمد دولت از منابع انرژی تا افق 1400تحت سناریوی پنجم

یکی از علت‌ها این است که افزایش طول مدت اجرای طرح هدفمند سازی یارانه­ها موجب هضم شرایط جدید شده و بنابراین امکان کنترل تورم وجود خواهد داشت. از طرفی افزایش هم­زمان سهم نیروگاه و سهم صنعت به همان طریقی که در سناریوهای سوم و چهارم ذکر شد، درآمد دولت را افزایش می­دهد. درنتیجه درآمد دولت بسیار افزایش خواهد یافت و در پایان سال پانزدهم تا حدود 850000 میلیارد ریال در سال خواهد رسید.

بنابراین با توجه به هدف اصلی این پژوهش که شبیه­سازی سیستم انرژی کشور به­منظور افزایش درآمد دولت از این حوزه­ است، بهترین سناریو، سناریوی ششم است یعنی اجرای طرح هدفمندسازی یارانه­ها طی 8 سال به جای 4 سال و کاهش سهم مصرف بخش خانگی تجاری به‌میزان 20% و تخصیص مساوی این سهم آزادشده بین بخش­های صنعت و نیروگاه.

بحث و نتیجه‌گیری

در این تحقیق با استفاده از رویکرد پویایی سیستم­ها،  سیستم انرژی کشور شبیه­سازی و سناریوهای مختلف با هدف افزایش درآمد ارزی دولت بررسی شد.

ترازنامه انرژی مهم­ترین و قابلِ‌اعتمادترین سند در زمینۀ ارقام و اطلاعات موجود در حوزۀ انرژی کشور می­باشد؛ با این­حال در این سند، تنها مقادیر واقعی ثبت‌شده و مقدار پیش­بینی‌شده در بخش­های مختلف تولید، مصرف و غیره وجود ندارد. لذا سند قابل اتکایی که بتوان مقادیر پیش­بینی‌شده را با آن مقایسه کرد، موجود نیست. بااین‌حال مقادیر واقعی تولید درآمد ملی حاصل از حوزۀ انرژی در فاصلۀ سال‌های مبنای شبیه­سازی پژوهش تا آخرین سالی که اطلاعات در دسترس است در این سند ثبت شده که در جدول (3) ارائه  شده است.

جدول (3) درآمد ملی حوزۀ انرژی کشور در فاصلۀ سال­های 1385 تا 1389 (میلیارد ریال)

شکل (9) نتایج حاصل از شبیه­سازی مدل در حالت حفظ روند موجود را نشان می­دهد. مقایسه جدول (3) با مقادیر درآمد ملی در شکل (9) در فاصلۀ سال­های 0 تا 5 (که به­عنوان داده­های تست مورد استفاده قرار گرفتند) نشان می­دهد که مدل طراحی‌شده به­خوبی قادر است سیستم انرژی کشور را تحلیل و ارزیابی کند. 

شکل (9) مقدار درآمد ملی در فاصلۀ سال‌های 1385 تا 1389  با حفظ روند فعلی در صنعت انرژی کشور

 نتایج نشان داد اجرای طرح هدفمندسازی یارانه­ها طی 8 سال به جای 4 سال و کاهش سهم مصرف بخش خانگی تجاری به‌میزان 20% و تخصیص مساوی سهم آزادشده بین بخش­های صنعت و نیروگاه، نتایج بهتری نسبت به سایر سناریوها در بر خواهد داشت.

با توجه به نتایج حاصل از شبیه­سازی سناریوهای مختلف پیشنهاد می­شود:

- از اجرای طرح هدفمندسازی یارانه­های در فاصلۀ 4 ساله اجتناب شود ( همان­طور که وضعیت کنونی کشور هم اجرای فاز دوم این طرح را متوقف کرده است) و پیاده­سازی این طرح در افق بلندمدت­تری صورت گیرد؛

- برای کاهش مصرف در بخش­های خانگی-تجاری از این دو راهکار استفاده شود: یکی اعمال  محدودیت‌هایی از قبیل سهمیه­بندی مصرف با توجه به مناطق مختلف کشور و اقشار مختلف با امکانات مختلف  و دیگری استفاده از سیاست­های تشویقی برای کاهش مصرف در کنار تبلیغات برای بهبود فرهنگ مصرف و یا حتی اطلاع‌‌‌رسانی به عموم در رابطه با راه­های بی­دردسر کاهش مصرف؛

- آمارهای موجود از وضعیت مصرف در شرایط فعلی کشور نشان می­دهد که نه‌تنها محدودیتی برای تخصیص انرژی به بخش­های خانگی وجود ندارد، بلکه گاه سهمیه­بندی شامل بخش­های صنعتی که نیروی محرک کشور هستند می­شود. با توجه به نتایج این پژوهش افزایش تخصیص به بخش صنعت بیش از بخش نیروگاه، درآمد دولت را افزایش خواهد داد. لذا پیشنهاد می­شود که سهم تخصیص­یافته به این بخش تا حد ممکن افزوده شود؛

- با توجه به وضعیت تحریم در کشور، افزایش سهم صادرات گاز عملاً نتیجه­ای در پی نخواهد داشت، چراکه تقاضا برای انرژی کشور کاهش یافته است. لذا به نظر می­رسد کاهش سهم این بخش و افزایش تزریق، نتایج بهتری در پی خواهد داشت.

همچنین موارد زیر برای تحقیقات آتی پیشنهاد می‌شود:

- در این پژوهش، نوسانات فصلی مصرف انرژی در بخش­های مختلف موردتوجه قرار نگرفته­اند، لذا پیشنهاد می­شود که در پژوهش­های آینده این نوسانات در شبیه‌سازی درخورتوجه قرار گیرند.

- با توجه به وضعیت تحریم اقتصادی در کشور پیشنهاد می­شود در شبیه­سازی سیستم، وضعیت تحریم به‌عنوانِ متغیری کلیدی وارد شود.

- هدف اصلی شبیه­سازی در این پژوهش، افزایش درآمد دولت در حوزة انرژی بوده است. پیشنهاد می­شود سناریوهای دیگری با توجه به اهداف دیگری در سیستم انرژی، برای مثال کاهش میزان انتشار گازهای گلخانه­ای، بررسی شوند.

تقدیر و تشکر

این پژوهش با استفاده از اعتبارات شورای پژوهشی دانشگاه تهران به شمارۀ طرح 4303030/01/01 انجام شده است.

ضمایم

محاسبه روابط ریاضی میان متغیرهای موجود در مدل

با استفاده از داده­های سال­های 1372 تا 1389 مدل رگرسیون مناسب برای پیش­بینی میزان تقاضای گاز، نفت و برق در بخش‌های مختلف مصرف برآورد شده است. گفتنی است داده­های مربوط به سال­های 1385 تا 1389 به عنوان داده­های تست استفاده شده‌اند. برای تعریف مقدار سرمایه­گذاری در بخش ساختمان در سال قبل یعنی در زمان t-1، در نرم­افزار VENSIMدو متغیر کمکی سرمایه­گذاری در ماشین‌آلات و سرمایه­گذاری در ماشین­آلات در زمان t-1 تعریف شده است؛ جنس هر دو متغیر، متغیر حالت تعریف شده است. مقدار سرمایه­گذاری در ماشین­آلات در زمان t-1 با تأخیر درجه­ یک مقدار سرمایه­گذاری در ماشین­آلات در سال t تعریف شده است.

جدول (4) روابط ریاضی میان متغیرهای مدل را نشان می­دهد.

جدول (4) روابط ریاضی میان متغیرهای نمودار جریان در  نرم­افزار VENSIM

قیمت جهانی برق، نفت خام، فراورده و گاز که متغیرهای برون­زای سیستم هستند به صورت data وارد نرم­افزار VENSIMشده­ است. بدین­صورت که بر اساس پیش­بینی جهانی قیمت این اقلام، اطلاعات مربوط به هر سال به‌صورت تابع look up از زمان وارد مدل شده است.

منابع

ترازنامۀ­ انرژی. (1389). وزارت نیرو، جمهوری اسلامی ایران،.

شاه­حسینی، محمدعلی. (1388). طراحی مدل سیاست‌گذاری انرژی در افق چشم‌انداز با رویکرد سیستم­های پویا: مورد حوزۀ گاز کشور، رسالۀ دکتری، دانشگاه تهران/ دانشکدۀ مدیریت.

صادقی، ندا. (1386). بررسی بازار عرضۀ انرژی الکتریکی (با رویکرد سیستم دینامیک)، پایان­نامۀ کارشناسی‌ارشد، دانشگاه تهران / دانشکدۀ مهندسی صنایع.

قادری، فرید. (1371).شبیه­سازی مصرف انرژی الکتریکی متأثر از پارامترهای اجتماعی و اقتصادی، پایان‌نامۀ کارشناسی‌ارشد، دانشگاه امیرکبیر/ دانشکدۀ مهندسی صنایع.

کاظمی، عالیه. (1389). طراحی مدل ریاضی تخصیص بهینۀ نفت و گاز به بخش­های مختلف مصرف، رسالۀ دکتری، دانشگاه تهران/ دانشکدۀ مدیریت.

Aslani, A., Helo, P., &Naaranoja, M. (2014). "Role of renewable energy policies in energy dependency in Finland: System dynamics approach". Applied Energy, 113, 758–765.

Chi, K.C., Reiner D.M., &Nuttall, W.J. (2010). "Dynamics of the UK natural gas industry: System dynamics modeling andlong-term energy policy analysis". Technological Forecasting & Social Change, 76, 339–357.

Kiani, B., &Pourfakhraei M.A. (2010)."A system dynamic model for production and consumption policy in Iran oiland gas sector".Energy Policy, 38, 7764–7774.

Li, F., Dong, S., Li, Z., Li, Y., Li, S., & Wan, Y. (2012)."The improvement of CO2 emission reduction policies based on system dynamics method in traditional industrial region with large CO2 emission".Energy Policy, 51, 683–695.

López, A.R., Ramos, J.E.G., Antonio, A., &Nieto, G.A.M. (2014). "System dynamics modelling and the environmental Kuznets curve in Ecuador (1980–2025)". Energy Policy, 67, 923–931.

Saysel, A.K., &Hekimoğlu, M. (2013). "Exploring the options for carbon dioxide mitigation in Turkish electric power industry: System dynamics approach". Energy Policy, 60, 675–686.

Shih, Y.H,& Tseng CH. (2014). "Cost-benefit analysis of sustainable energy development using life-cycle co-benefits assessment and the system dynamics approach". Applied Energy, 119,  57–66.

Sterman, J. D. (2000). Business Dynamics Systems Thinking and Modeling for a Complex World, Massachusetts Institute of Technology: Sloan School of Management.

Tao,Z. (2010). “Scenarios of China’s oil consumption per capita (OCPC) using a hybrid Factor Decomposition–System Dynamics (SD) simulation”. Energy, 35, 168–180.

Turan, S.B., Basoglu A.N.,&Oner M.A. (2001). "A System-Dynamic Simulation Game for Energy Sector of Turkey".Portland International Conference on Management of Engineering and Technology, Portland, (Picment).

Wenpei, Y., Mei Z., Hongtao, Z., &Xuehong, M. (2011)."Demonstration Research on System Dynamics of Energy Conservation Based on Zhejiang Province".Energy Procedia, 5, 2035–2039.

پی‌نوشت

2 Turan

3 Chi

4 Tao

5 Wenpei

6 Shih&Tseng

7 López

8 Saysel&Hekimoğlu

9 Li

10 Aslani

11Kiani&Pourfakhraei

12 Average absolute error percentage