Role modelování v energetické transformaci

Joseph F. DeCarolis, administrátor Americké informační agentury pro energetiku (EIA), má pro všechny, kdo se zabývají dlouhodobými energetickými projekcemi, jednu hlavní radu: „Ať už děláte cokoli, nezačněte věřit číslům,“ řekl DeCarolis na podzimním kolokviu MIT Energy Initiative (MITEI). „Když sedíte před počítačem a sledujete, jak model vypisuje čísla… máte tendenci těmto číslům začít věřit s vysokou přesností. Nedělejte to. Vždycky buďte skeptičtí.“

Tato událost byla součástí nové přednáškové série MITEI, MITEI Presents: Advancing the Energy Transition, která propojuje komunitu MIT s energetickými experty a lídry, kteří pracují na vědeckých, technologických a politických řešeních, která jsou naléhavě potřebná k urychlení energetické transformace.

Smyslem DeCarolisovy přednášky s názvem „Zůstaňte pokorní a připravte se na překvapení: Lekce pro energetickou transformaci“ nebylo tvrdit, že energetické modely jsou nedůležité. Naopak, DeCarolis řekl, že energetické modely poskytují zúčastněným stranám rámec, který jim umožňuje zvažovat současná rozhodnutí v kontextu potenciálních budoucích scénářů. Opakovaně však zdůrazňoval důležitost zohlednění nejistoty a nebrát tyto projekce jako „křišťálové koule“.

„Modely můžeme použít k informování rozhodovacích strategií,“ řekl DeCarolis. „Víme, že existuje spousta budoucí nejistoty. Nevíme, co se stane, ale můžeme tuto nejistotu začlenit do našeho modelu a pomoci najít cestu vpřed.“

Dialog, nikoli předpovědi

EIA je statistická a analytická agentura v rámci amerického ministerstva energetiky, jejímž posláním je shromažďovat, analyzovat a šířit nezávislé a nestranné informace o energii, aby pomohla zúčastněným stranám činit informovanější rozhodnutí. Ačkoli EIA analyzuje dopady energetických politik, agentura sama o sobě politiku nestanovuje ani k ní nedává rady. DeCarolis, který byl dříve profesorem a univerzitním fakultním učencem na katedře stavebnictví, pozemního stavitelství a environmentálního inženýrství na North Carolina State University, poznamenal, že EIA nepotřebuje před zveřejněním svých dat a zpráv vyhledávat souhlas od nikdo jiného ve federální vládě. „Tato nezávislost je pro nás velmi důležitá, protože to znamená, že se můžeme soustředit na svou práci a poskytovat co nejlepší informace,“ řekl.

Mezi mnoha zprávami produkovanými EIA je i každoroční energetická prognóza agentury (AEO), která předpovídá produkci, spotřebu a ceny energie v USA. Každý druhý rok agentura také vydává retrospektivu AEO, která ukazuje vztah mezi minulými projekcemi a skutečnými energetickými indikátory.

„První otázka, kterou si možná položíte, je: ‚Měli bychom tyto modely používat k vytváření prognóz?‘“ řekl DeCarolis. „Moje odpověď na tuto otázku je: Ne, neměli bychom. Když se modely používají k vytváření prognóz, výsledky jsou obecně docela žalostné.“

DeCarolis poukázal na neuvěřitelně nepřesné minulé projekce týkající se šíření jaderné energie ve Spojených státech jako příklad problémů inherentních prognózám. Poznamenal však, že existují „stále ještě mnohá opravdu hodnotná využití“ energetických modelů. Místo aby se používaly k předpovědi budoucí spotřeby a cen energie, měly by zúčastněné strany modely použít k informování vlastního myšlení.

„[Modely] mohou jednoduše sloužit jako pomoc při myšlení a vytváření hypotéz o budoucnosti energie,“ řekl DeCarolis. „Mohou nám pomoci vytvořit dialog mezi různými zúčastněnými stranami o složitých otázkách. Pokud přemýšlíme o něčem jako je energetická transformace a chceme zahájit dialog, musí existovat nějaký základ pro tento dialog. Pokud máte systematické znázornění energetického systému, které můžete posunout do budoucnosti, můžeme začít diskutovat o modelu a jeho významu. Můžeme také identifikovat klíčové zdroje nejistoty a mezery ve znalostech.“

Modelování nejistoty

Klíčem k práci s energetickými modely není snaha eliminovat nejistotu, ale naopak ji zohlednit. Jedním ze způsobů, jak lépe pochopit nejistotu, je podívat se na minulé projekce a zvážit, jak se nakonec lišily od skutečných výsledků. DeCarolis poukázal na dvě „překvapení“ z posledních několika desetiletí: exponenciální růst těžby ropy a zemního plynu ze břidlic (který měl dopad na omezení podílu uhlí na trhu s energií a tím snížení emisí uhlíku), a také rychlý růst větrné a solární energie. V obou případech se tržní podmínky změnily mnohem rychleji, než energetičtí modelové předpokládali, což vedlo k nepřesným projekcím.

„Ze všech těchto důvodů jsme skončili s [předpokládanými] emisemi CO₂ [oxidu uhličitého], které byly v porovnání se skutečností poměrně vysoké,“ řekl DeCarolis. „Jsme statistická agentura, takže se opravdu pečlivě díváme na data, ale může to nějakou dobu trvat, než se identifikuje signál skrz šum.“

Ačkoli EIA v AEO nevytváří prognózy, lidé někdy interpretovali referenční případ ve zprávách agentury jako predikce. Ve snaze ilustrovat nepředvídatelnost budoucích výsledků ve vydání AEO z roku 2023 agentura přidala do své projekce emisí oxidu uhličitého souvisejících s energií „kužely nejistoty“ s rozsahy výsledků na základě rozdílu mezi minulými projekcemi a skutečnými výsledky. Jeden kužel zachycuje 50 procent historických chyb projekce, zatímco druhý představuje 95 procent historických chyb.

„Zachycují jakékoli zkreslení v našich projekcích,“ řekl DeCarolis o kuželech nejistoty. „Je zachyceno, protože porovnáváme skutečné [emise] s projekcemi. Slabina tohoto přístupu je, že: kdo může říci, že tyto historické chyby projekce se vztahují na budoucnost? Nevíme to, ale stále si myslím, že se z tohoto cvičení dá něco užitečného naučit.“

Budoucnost modelování energie

DeCarolis uvedl, že do budoucna existuje „dlouhý seznam věcí, které mi jako modelovi nedají spát“. Patří mezi ně dopady změny klimatu; jak tyto dopady ovlivní poptávku po obnovitelných zdrojích energie; jak rychle průmysl a vláda překonají překážky při budování čisté energetické infrastruktury a dodavatelských řetězců; technologické inovace; a zvýšená poptávka po energii z datových center provozujících výpočetně náročné úlohy.

„Co s vylepšenou geotermální energií? S fúzí? S vesmírnou solární energií?“ zeptal se DeCarolis. „Měly by být v modelu? Jaké druhy technologických průlomů nám chybí? A pak jsou samozřejmě neznámé neznámé – věci, které si nedokážu představit, abych je dal na tento seznam, ale pravděpodobně se stanou.“

Kromě zachycení nejširšího rozsahu výsledků chce být EIA flexibilní, rychlá, transparentní a přístupná – vytvářet zprávy, které mohou snadno začlenit nové funkce modelu a produkovat včasné analýzy. Za tímto účelem agentura zahájila dvě nové iniciativy. Za prvé, AEO 2025 použije vylepšenou verzi Národního systému modelování energie, která zahrnuje moduly pro výrobu a oceňování vodíku, management uhlíku a dodávky uhlovodíků. Za druhé, projekt s názvem Project BlueSky si klade za cíl vyvinout model energetického systému agentury nové generace, který bude podle DeCarolisa modulární a open source.

DeCarolis poznamenal, že energetický systém je zároveň velmi složitý a rychle se vyvíjející a varoval, že „mentální zkratky“ a strach z omylu mohou vést modelové k ignorování možného budoucího vývoje. „Musíme zůstat pokorní a intelektuálně poctiví ohledně toho, co víme,“ řekl DeCarolis. „Takto můžeme rozhodovatelům poskytnout poctivé posouzení toho, co se podle nás může v budoucnu stát.“