Optimal forest rotation age under efficient climate change mitigation

This paper considers the optimal rotation of forests when the carbon flows of forest growth and harvest are priced with an increasing price. Such an evolution of carbon price is generally associated with economically efficient climate change mitigation, and would provide incentives for the land-owner for enhanced carbon sequestration. With an infinitely long sequence of even-aged forest rotations, the optimal harvest age changes with subsequent rotations due to the changing carbon price. The first-order optimality conditions therefore also involve an infinite chain of lengths for consecutive forest rotations, and allow the approximation of the infinite-time problem with a truncated series of forest rotations. Illustrative numerical calculations show that when starting from bare land, the initial carbon price and its growth rate both primarily increase the length of the first rotation. With some combinations of the carbon pricing parameters, the optimal harvest age can be several hundred years if the forest carbon is released to the atmosphere upon harvest. This effect is not, however, entirely monotonous. Consequently, the currently optimal harvest ages are generally lower with higher rates of carbon price increase. This creates an interesting temporal aspect, suggesting that the supply of wood and carbon sequestration by forests can change considerably during subsequent rotations under an increasing price on carbon.Comment: in Forest Policy and Economics, 201

A decomposition strategy for decision problems with endogenous uncertainty using mixed-integer programming

Despite methodological advances for modeling decision problems under uncertainty, faithfully representing endogenous uncertainty still proves challenging, both in terms of modeling capabilities and computational requirements. A novel framework called Decision Programming provides an approach for solving such decision problems using off-the-shelf mathematical optimization solvers. This is made possible by using influence diagrams to represent a given decision problem, which is then formulated as a mixed-integer linear programming problem. In this paper, we focus on the type of endogenous uncertainty that received less attention in the introduction of Decision Programming: conditionally observed information. Multi-stage stochastic programming (MSSP) models use conditional non-anticipativity constraints (C-NACs) to represent such uncertainties, and we show how such constraints can be incorporated into Decision Programming models. This allows us to consider the two main types of endogenous uncertainty simultaneously, namely decision-dependent information structure and decision-dependent probability distribution. Additionally, we present a decomposition approach that provides significant computational savings and also enables considering continuous decision variables in certain parts of the problem, whereas the original formulation was restricted to discrete variables only. The extended framework is illustrated with two example problems. The first considers an illustrative multiperiod game and the second is a large-scale cost-benefit problem regarding climate change mitigation. Neither of these example problems could be solved with existing frameworks.Comment: 26 pages, 10 figure

A Prescriptive Trilevel Equilibrium Model for Optimal Emissions Pricing and Sustainable Energy Systems Development

We explore the class of trilevel equilibrium problems with a focus on energy-environmental applications. In particular, we apply this trilevel framework to a power market model, exploring the possibilities of an international policymaker in reducing emissions of the system. We present two alternative solution methods for such problems and a comparison of the resulting model sizes. The first method is based on a reformulation of the bottom-level solution set, and the second one uses strong duality. The first approach results in optimality conditions that are both necessary and sufficient, while the second one results in a model with fewer constraints but only sufficient optimality conditions. Using the proposed methods, we are able to obtain globally optimal solutions for a realistic five-node case study representing the Nordic countries and assess the impact of a carbon tax on the electricity production portfolio.Comment: 21 pages, 5 figure

EU:n 2030 ilmasto- ja energiakehys - arvio LULUCF-sektorin sisällyttämisen mahdollisuuksista ja ristiriidoista Suomelle

201

EU:n 2030 ilmasto- ja energiapaketin vaikutusarvioiden yhteenveto ja vertailu

Euroopan komissio on esittänyt EU:n ilmasto- ja energiapolitiikan 2030 tavoitteeksi vähintään 40 %:n vähennystä kasvihuonekaasupäästöissä (KHK-päästöistä) vuoden 1990 tasoon verrattuna. Tavoite on ja-ettu koko EU:n laajuisella päästökauppasektorilla (PKS) toteutettavaan 43 %:n vähennykseen vuoden 2005 tasosta ja jäsenmaittain ns. ei-päästökauppasektorilla (ei-PKS) toteutettavaan 30 %:n vähennykseen vuoden 2005 tasosta. Uusiutuvan energian tavoite on EU-tasolla 27 %, mutta jäsenmaakohtaisia tavoit-teita ei ole määritelty. Energiatehokkuudessa tavoitellaan 27 % parannusta. Maankäyttösektorin (land-use, land-use change and forestry, LULUCF) päästöt ja nielut eivät ole olleet osana EU:n 2020-päästötavoitteita, ja niiden rooli 2030-tavoitteissa on vielä avoin. Tämän julkaisun tavoitteena oli koota, analysoida ja vertailla jäsenmaiden tekemiä vaikutusarvioita EU:n 2030-paketista keskenään ja etenkin komission tekemään vaikutusarvioon. Vertailuun otettiin mu-kaan vain varsinaiset EU:n 2030-paketin vaikutusarviot, joita on julkaissut käytössä olevien lähteiden mukaan yhdeksän jäsenmaata (Alankomaat, Espanja, Irlanti, Italia, Ruotsi, Saksa, Suomi, UK ja Unka-ri). Lisäksi jotkut maat (esim. Belgia, Puola ja Portugali) ovat haastattelujen perusteella tehneet joitain EU:n 2030-paketin vaikutusarvioita, mutta niistä ei ollut saatavilla tarkempaa tietoa. Useammalla jäsen-maalla on kuitenkin esimerkiksi kansallisia 2050 matalahiiliskenaarioita (esim. Belgia, Portugali ja Tanska), mutta niiden oletukset vastaavat komission matalahiilitiekarttaa eikä niitä tulisi suoraan verrata EU:n 2030-paketin vaikutusarvioihin

EU:n 2030 ilmasto- ja energiakehys – arvio LULUCF-sektorin sisällyttämisen mahdollisuuksista ja ristiriidoista Suomelle

Tämä tutkimus kartoittaa EU:n vuodelle 2030 asetettavien ilmasto- ja energiatavoitteiden vaihtoehtoja, etenkin maankäyttösektorin (LULUCF) osalta, sekä eri tavoin aseteltujen tavoitteiden mahdollisia vaikutuksia Suomen kannalta. EU:n nykyinen ilmastopolitiikka jakaa kasvihuonekaasupäästöt kolmeen suurempaan kokonaisuuteen: päästökauppasektoriin, ei-päästökauppasektoriin ja maankäyttösektoriin (LULUCF). Näistä kahdelle ensimmäiselle on asetettu EU-tasoiset päästötavoitteet vuodelle 2030, mutta maankäyttösektorin rooli on vielä avoin. Suomen kannalta maankäyttö on hyvin oleellinen tekijä johtuen Suomen metsien suuresta hiilinielusta ja puupohjaisen energian merkittävästä osuudesta Suomen energiajärjestelmässä. Tutkimus pyrkii kuvaamaan millä tavoin metsien käyttö, energiajärjestelmä ja kasvihuonekaasupäästöt vuorovaikuttavat toistensa kanssa erilaisilla ehdotetuilla EU-tason ilmastopolitiikkakehikoilla, sekä mitä vaikutuksia eri vaihtoehdoilla voi olla metsäteollisuuteen, energiankäyttöön, kasvihuonekaasupäästöihin ja laajemmin Suomen kansantalouteen

Pariisin kokouksen jälkeiset näkymät ja suomalaiset ilmastoratkaisut

Pariisin sopimus on oikeudellisesti sitova, globaalisti kattava ja se asettaa kunnianhimoisen tavoitteen hillitä ilmaston lämpenemistä 1,5-2 °C tasolle esiteolliseen aikaan verrattuna. Maailman ilmastotyön kunnianhimoa on parannettava jo ennen vuotta 2020, jotta nämä tavoitteet voidaan saavuttaa. Tapoja parantaa kunnianhimoa on monia. Päästösitoumuksia voivat asettaa maat, joilta ne vielä puuttuvat. Muut maat voivat laajentaa tai kiristää sitoumuksiaan. Päästöjä voidaan vähentää sitoumusten ulkopuolisilla aloilla. Lisäksi voidaan edistää kansainvälisiä yhteishankkeita ja ripeyttää ilmastoratkaisujen käyttöönottoa. YK:n ilmastosopimuksen liepeillä olevia käytännön ilmastoratkaisuja edistäviä, yhteistyötä kannustavia ja lisätoimista keskustelevia foorumeja on mahdollista vahvistaa. Suomi voi olla aktiivinen näissä kaikissa toimissa. Suomi voi myös moninkertaistaa myönteisen ilmastovaikutuksensa tarjoamalla muun maailman käyttöön päästöjä vähentäviä ratkaisuja. Näistä ratkaisuista esitellään sata ratkaisua kattaen laajan kirjon suomalaista osaamista energiantuotannosta maatalouteen, teknologiasta poliittiseen ohjaukseen ja yritysten tuotteista kansalaisjärjestöjen hankkeisiin. Pariisin sopimus on yleisesti otettu positiivisesti niin suurimmissa päästäjämaissa, ilmastoneuvotteluja seuraavissa kansainvälisissä järjestöissä kuin mediassa. 12 suurinta päästäjää ovat hyvin tyytyväisiä sopimuksen tasapuolisuuteen ja vain hieman varauksellisia sopimuksen uskottavuuden suhteen. Järjestöissä ja median reaktioissa suhtautuminen on kuitenkin hajaantuneempaa. Raportissa tarkasteltujen 12 päästöiltään suurimman neuvotteluosapuolen INDC-tavoitteiden kunnianhimon taso, päästökehitys, päästöarvioiden laatu ja politiikkatoimet eroavat toisistaan hyvin paljon. Ilmastopolitiikan kunnianhimon tason vertailua kuitenkin hankaloittavat mm. joiden maiden päästöarvioiden huono luotettavuus sekä ns. yhteisten mutta erilaisten vastuiden periaate. Näihin haasteisiin vastaaminen on yksi merkittäviä kehitystehtäviä Pariisin sopimuksen jatkotyössä