Das Allgemeine Gleichgewichtsmodell NEWAGE

Das NEWAGE-Modell (National European Worldwide Applied General Equilibrium) ist ein rekursiv-dynamisches Allgemeines Gleichgewichtsmodell mit besonderem Fokus auf den Energiesektor. Es dient der gesamtwirtschaftlichen Analyse von Energie- und Klimapolitikstrategien im Hinblick auf ihre volkswirtschaftlichen Kosten. Aufgrund des totalanalytischen Rahmens des Allgemeinen Gleichgewichtsansatzes kann die Interaktion von Akteuren auf Märkten der Volkswirtschaft in einem geschlossenen Einkommenskreislauf beschrieben werden (s. Abbildung 1). Dadurch können sowohl direkte Effekte in einzelnen Sektoren (z. B. Energiewirtschaft) als auch indirekte Rückkopplungseffekte in der gesamten Volkswirtschaft erfasst werden, die durch preisinduzierte Angebots- und Nachfrageverschiebungen hervorgerufen werden. Abbildung 1 veranschaulicht den grundlegenden Aufbau und die Struktur des NEWAGE-Modells. Anwendungsbeispiele finden sich in Beestermöller 2016, Geres et al. 2016, Beestermöller et al. 2013, Beestermöller & Fahl 2013, Zürn 2010, Küster et al. 2009, Küster 2009 und Küster et al. 2007. Zugrunde liegende Modellierungsstrategien werden in Böhringer 1996, Rutherford 1999, Rutherford & Paltsev 2000, Abrell 2009 und Rutherford 2010 beschrieben. Als zentrale externe Datenquellen sind IEA 2009 und Fouré et al. 2012 zu nennen.

 

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Abbildung 1: Aufbau und Struktur des NEWAGE-Modells

Das theoretische Grundgerüst von NEWAGE ist die neoklassische Theorie, insbesondere die Allgemeine Gleichgewichtstheorie. Die Grundannahme ist vollkommene Konkurrenz auf allen Güter- und Faktormärkten, d. h., die Gleichgewichtsbedingungen werden nach Arrow & Debreu 1954 definiert. Die Wirtschaftssubjekte verhalten sich nutzen- und gewinnmaximierend unter den Nebenbedingungen der Markträumung sowie gegebener Budget- und Technologierestriktionen. Ein Gleichgewicht impliziert die Maximierung der gesamtwirtschaftlichen Wohlfahrt. Mathiesen (1985) hat gezeigt, dass ein Arrow-Debreu Gleichgewicht als ein System gemischt-komplementärer Gleichungen (MCP) formuliert werden kann. Das Gleichungssystem wird dabei nach dem Preis, den Produktionsmengen und dem Einkommen gelöst. Für die Darstellung der Haushalte wird auf den Ansatz des repräsentativen Agenten zurückgegriffen, der in der Ausgangslage mit einer bestimmten Menge an Primärinputfaktoren Arbeit und Kapital ausgestattet ist. Die Nachfrage des repräsentativen Verbrauchers setzt sich aus der Nachfrage der Haushalte, der Staatsnachfrage sowie der Investitionsnachfrage zusammen. Das verfügbare Einkommen des repräsentativen Agenten wird zur Deckung der Nachfrage nach Gütern und Dienstleistungen eingesetzt, wodurch er seinen Nutzen maximiert. Eine genauere Beschreibung der mathematischen Formulierung findet sich u. a. in Beestermöller (2016) oder Küster (2009).

Von der Annahme der vollkommenen Konkurrenz wird in NEWAGE bei der Modellierung des Arbeitsmarktes abgewichen, um die realen Bedingungen im Zusammenhang mit bestehender Arbeitslosigkeit und vorhandenen Lohnstarrheiten besser abbilden zu können. Dazu wird eine Art Ungleichgewicht in Form von Arbeitslosigkeit zugelassen und hinsichtlich des Qualifikationsgrades (Qualifiziert, Gering-qualifiziert) unterschieden.

Der Außenhandel wird im Modell anhand bilateraler Handelsströme dargestellt. Das bedeutet, dass für jedes Gut eine Import- bzw. Exportmatrix existiert, aus der abgelesen werden kann, aus welchem Herkunftsland in welches Bestimmungsland Güter exportiert werden und wie sich diese Güterströme im Zeitverlauf verändern.

Als Datenbasis dient die weltweite Input-Output-Datenbank GTAP (Global Trade Analysis Project - Version 9, Basisjahr 2011, vgl. Aguiar et al. 2016), die um energiespezifische Daten ergänzt wird, um den Energiesektor technologiefundiert zu repräsentieren. Insgesamt umfasst GTAP 140 Länder bzw. Ländergruppen und 57 Wirtschaftssektoren. Die konkrete Modellauflösung kann je nach Analysezweck angepasst werden. Die aktuelle NEWAGE-Modellversion fasst die globalen Input-Output-Beziehungen in 18 Produktionssektoren und 18 Länder und Ländergruppen zusammen, deren genaue Zusammensetzung in Tabelle 1 dargestellt ist. Die EU-28 wird durch die einzelnen Länder Deutschland, Frankreich, Italien, Polen, Großbritannien sowie die Ländergruppen Benelux, Spanien + Portugal, EU-Nord und EU-Südost unterteilt. Außerhalb der EU werden die USA sowie die Schwellenländer China, Indien, Russland, Brasilien und Südafrika (sog. BRICS-Staaten) als einzelnes Land betrachtet, während die restlichen Länder der Welt in die drei Gruppen „Restliche OECD“, „Naher Osten & OPEC“ sowie „Rest der Welt“ eingeteilt werden.

Tabelle 1: Regionale und sektorale Modelleinteilung im NEWAGE-Modell

Die 18 Produktionssektoren lassen sich in fünf Energiesektoren (Kohle, Gas, Rohöl, Mineralöl und Strom inkl. Fernwärme), neun Industrien des Verarbeitenden Gewerbes und vier Sektoren der restlichen Wirtschaft, darunter Landwirtschaft und Transport, einteilen. Zum Verarbeitenden Gewerbe zählen die Konsumgüterindustrie (Maschinenbau, restliches Verarbeitendes Gewerbe) sowie die energieintensive Industrie. Letztere beschreibt die Produktion von chemischen Erzeugnissen, Eisen & Stahl, Nichteisenmetalle (z. B. Aluminium, Kupfer), Nichtmetallische Mineralien (z. B. Glas, Keramik, Zement) sowie Papier, Pappe & Druck.

Das Gleichgewichtsmodell ist rekursiv-dynamisch aufgebaut und rechnet gegenwärtig bis zum Jahr 2050 in jeweils Fünfjahresschritten. Die Güterproduktion in den 18 Sektoren wird mit Produktionsfunktionen modelliert, die über konstante sektorspezifische Substitutionselastizitäten verfügen (Abbildung 2). In diesen CES-Produktionsfunktionen (Constant Elasticity of Substitution) werden aus den Inputfaktoren Kapital, Arbeit, Energie und Vorleistungsgütern Endprodukte hergestellt, wobei mit der Verbrennung fossiler Energieträger CO2-Emissionen verbunden sind. Wird ein Emissionshandelssystem unterstellt, werden CO2-Emissionszertifikate ebenfalls als Produktionsfaktor betrachtet.  Die beim internationalen Handel anfallenden Transportkosten werden in der CES-Funktion berücksichtigt.
 

Abbildung 2: CES-Schachtelung der Produktionssektoren im NEWAGE-Modell (vgl. Beestermöller, 2016)

Eine Besonderheit, die NEWAGE von anderen Allgemeinen Gleichgewichtsmodellen unterscheidet, liegt in der detaillierten Darstellung des Elektrizitätssektors. In NEWAGE wird die Produktion von Elektrizität differenziert mit 16 unterschiedlichen Erzeugungstechnologien in drei Lastsegmenten dargestellt (s. Abbildung 3). Jede Elektrizitätserzeugungstechnologie ist mittels einer CES-Pro­duktions­funktion mit Kapital, Arbeit, Energie und Vorleistungen modelliert. Wirkungs­grad­steigerungen und Effizienzverbesserungen werden mit einem autonomen Energieeffizienzindex (AEEI) modelliert, der sektorspezifischen technologischen Fortschritt berücksichtigen kann. Die Berücksichtigung von derartigen technologischen Details in einem Allgemeinen Gleichgewichtsansatz wird als Hybrid Modelling bezeichnet (vgl. hierzu Hourcade et al. 2006), so dass NEWAGE auch als hybrides Allgemeines Gleichgewichtsmodell aufgefasst werden kann.

 

 

Abbildung 3: CES-Schachtelung der Stromerzeugungstechnologien im NEWAGE-Modell (vgl. Küster 2009 und Beestermöller 2016)

Eine weitere Charakteristik des NEWAGE-Modells ist die technologiefundierte Darstellung der Energienachfrage privater Haushalte in Deutschland. Hierfür wird die Energienachfrage privater Haushalte hinsichtlich der Nachfrage nach Energiedienstleistungen (Raumwärme und Mobilität), der Stromnachfrage sowie der Nachfrage nach anderen Konsumgütern getrennt und technologieorientiert differenziert. Das beinhaltet verschiedene Fahrzeug- und Gebäudetypen mit unterschiedlichem spezifischem Energiebedarf und damit verbundenen Kapitalkosten. Dadurch kann die technologiespezifische Zusammensetzung der Energienachfrage privater Haushalte und die daraus resultierenden CO2-Emissionen, inklusive der damit verbundenen Energie- und Kapitalkosten dargestellt und letztlich die gesamtwirtschaftlichen Auswirkungen klimapolitischer Instrumente im Haushaltsbereich, wie beispielsweise von Energiestandards, CO2-Steuern, Förderinstrumenten oder unterschiedlichen Ausgestaltungsformen des europäischen Emissionshandelssystems aufgezeigt werden. Abbildung 4 veranschaulicht die technologiefundierte Modellierung der Energienachfrage privater Haushalte in Deutschland.

 

Abbildung 4: CES-Schachtelung der Energienachfrage privater Haushalte in Deutschland im NEWAGE-Modell (vgl. Beestermöller 2016)

Anhand des NEWAGE-Modells können letztendlich detaillierte Analysen zu den volkswirtschaftlichen Wirkungen von Energie- und Klimapolitikmaßnahmen, wie z. B. der Förderung erneuerbarer Energien, des europäischen CO2-Emissionsrechtehandels, Kaufprämien oder Energiestandards durchgeführt werden. Mit den Modellergebnissen lassen sich quantitative Aussagen über die politikinduzierte Veränderung makroökonomischer Kennzahlen, wie Bruttoinlandsprodukt, Bruttowertschöpfung, Beschäftigung und Wettbewerbsfähigkeit treffen.

Der aktuelle Weiterentwicklung des NEWAGE-Modells besteht darin, den Endverbraucher zusätzlich um unterschiedliche Haushaltstypen zu erweitern. Dies soll nach Einkommensklassen geschehen, um hier zu einer differenzierten Aussage zu kommen, wie sich energie- und klimapolitische Instrumente im Haushaltsbereich auswirken und welche Verteilungseffekte damit verbunden sind.

 

Literaturverzeichnis

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Aguiar et al. (2016) Aguiar, A.; Narayanan, B.; McDougall, R.: „An Overview of the GTAP 9 Data Base“, In: Journal of Global Economic Analysis 1 (June 3, 2016), Nr. 1, S. 181–208.

Arrow & Debreu (1954) Arrow, K. J.; Debreu, G.: „Existence of an equilibrium for a competitive economy“, In: Econometrica 22 (1954), Nr. 3, S. 265–290.

Beestermöller et al. (2013) Beestermöller, R.; Blesl, M.; Kuder, R.; Fahl, U.: „Energie- und gesamtwirtschaftliche Auswirkungen veränderter Rahmenbedingungen auf die Nutzung von Erdgas in Deutschland“, eine Studie für das Zentrum für Energieforschung Stuttgart (ZfES) Projekt 24 (IER), (August 2013).

Beestermöller (2016) Beestermöller, R.: „Die Energienachfrage privater Haushalte und ihre Bedeutung für den Klimaschutz - Volkswirtschaftliche Analysen zur deutschen und europäischen Klimapolitik mit einem technologiefundierten Allgemeinen Gleichgewichtsmodell“, 2016 (in Bearbeitung).

Beestermöller & Fahl (2013) Beestermöller, R.; Fahl, U.: „Impacts of German energy policies on the competitiveness of national energy intensive industries“, Fullpaper at the EcoMod2013 International Conference on Economic Modeling, Czech University of Life Sciences, Prague (1-3 July 2013).

Böhringer (1996) Böhringer, C.: „Allgemeine Gleichgewichtsmodelle als Instrument der energie- und umweltpolitischen Analyse - Theoretische Grundlagen und empirische Anwendung“, Frankfurt am Main [u.a.] : Lang, 1996.

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Hourcade et al. (2006) Hourcade, J.-C.; Jaccard, M.; Bataille, C.; Ghersi, F.: „Hybrid Modeling: New Answers to Old Challenges Introduction to the Special Issue of "The Energy Journal"“, In: The Energy Journal 27 (2006), S. 1–11., Überprüfungsdatum 30.11.2015.

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Küster (2009) Küster, R.: „Klimaschutz, Volkswirtschaft und Beschäftigung - Analysen zur deutschen und europäischen Klimaschutzpolitik mit einem berechenbaren allgemeinen Gleichgewichtsmodell“, Berlin : Mensch und Buch Verl., 2009 (Climate protection).

Mathiesen (1985) Mathiesen, L.: „Computation of economic equilibria by a sequence of linear complementarity problems“. In: Manne, Alan S. (Hrsg.): Economic Equilibrium: Model Formulation and Solution, Berlin, Heidelberg : Springer, 1985 (Mathematical Programming Studies, 23), S. 144–162.

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