Beyond the Exogenous Mask: Learning Feedback, Policy Thresholds, and Sensitive Intervention Points in Energy System Models

تعد أنظمة الطاقة شبكات معقدة تولد وتوصل الكهرباء التي تشغل الحياة الحديثة. وللتخطيط لكيفية انتقالنا من الوقود الأحفوري نحو مصادر أنظف مثل الرياح والطاقة الشمسية، يبني العلماء نماذج حاسوبية. تعمل هذه النماذج كمختبرات افتراضية، تختبر سياسات مختلفة لترى أي منها سينجح في خفض انبعاثات الكربون دون الإضرار بالاقتصاد. ويتمثل سؤال مركزي في هذه النماذج في كيفية انخفاض تكلفة التكنولوجيا. لعقود من الزمن، كان النهج المعياري هو افتراض أن التكاليف تنخفض تلقائياً بمرور الوقت، كما لو كانت التكنولوجيا تتحسن وفق جدول زمني ثابت بغض النظر عن مقدار ما يتم بناؤه فعلياً منها. هذا الأسلوب بسيط حاسوبياً، لكنه يتجاهل قوة واقعية قوية: وهي فكرة أن صنع واستخدام المزيد من تكنولوجيا ما يؤدي في الواقع إلى خفض سعرها. هذه الظاهرة، المعروفة باسم "التعلم بالممارسة"، تعني أن كل لوح شمسي أو بطارية جديدة يتم تركيبها تساعد في جعل التالية أرخص ثمناً. وعندما تتجاهل النماذج حلقة التغذية الراجعة هذه، فإنها تغفل عن ديناميكية حاسمة تشكل كيفية حدوث التحولات في مجال الطاقة.

تتحدى دراسة جديدة أجراها ناداف مانتل من جامعة ريخمان الطريقة التي تُبنى بها هذه النماذج. وتجادل الأبحاث بأن التعامل مع انخفاض التكاليف كدالة تلقائية بسيطة للزمن، كما تفعل النماذج الحالية، يطمس الواقع غير الخطي لكيفية عمل تبني التكنولوجيا فعلياً. وتقترح الورقة أنه عندما تدرج حلقة التغذوة الراجعة حيث يؤدي الانتشار إلى خفض التكاليف، فإن العلاقة بين السياسة والنتيجة تتغير بشكل جذري. فبدلاً من منحنى سلس حيث يؤدي بذل المزيد قليلاً من المال إلى تحقيق المزيد قليلاً من التقدم، يمكن للنظام أن يطور نقاط تحول حادة. وفي هذه المناطق المحددة، يمكن لتغيير طفيف في السياسة أن يحفز انفجاراً هائلاً وذاتي الاستدامة في الانتشار، أو على العكس، يمكن لانخفاض طفيف في الدعم أن يتسبب في انهيار الجهد بأكمله. وتستخدم الدراسة نموذجاً حاسوبياً مبسطاً لنظام الطاقة في بريطانيا العظمى لتوضيح أن نقاط التحول هذه موجودة وغير مرئية للنماذج القياسية التي يستخدمها صناع السياسات اليوم.

قام الباحثون بإنشاء نسخة مبسطة من شبكة الكهرباء البريطانية، مجردين إياها من التفاصيل المعقدة مثل اختناقات النقل أو تأخيرات البناء المحلية للتركيز بحت على التفاعل بين التكلفة والانتشار. وقد قاموا بتشغيل هذا النموذج بطريقتين مختلفتين. في النسخة الأولى، استخدموا الطريقة التقليدية حيث تنخفض التكالوت تلقائياً بمرور الوقت، بشكل مستقل عن مقدار السعة التي تم بناؤها. وفي النسخة الثانية، قاموا بتفعيل التغذية الراجعة للتعلم بالممارسة، بحيث تؤدي كل وحدة سعة جديدة يتم بناؤها فوراً إلى خفض التكلفة لجميع الوحدات المستقبلية. ثم اختبروا سيناريوهات سياساتية متنوعة، مثل ضرائب الكربون والدعم المقدم للألواح الشمسية والبطاريات، لمعرفة كيفية استجابة النظام. وكشفت النتائج عن اختلاف صارخ بين هذين النهجين. أظهر النموذج التقليدي زيادة ثابتة ومتوقعة في الطاقة المتجددة مع زيادة صرامة السياسات. أما النموذج الذي يعتمد على التعلم بالممارسة، فقد أظهر أن النظام يمكن أن يعلق في "فخ الانتشار المنخفض". في هذا السيناريو، حتى مع وجود نفس السياسات، فشلت تقنيات الطاقة الشمسية والبطاريات في الانطلاق لأنها لم تصل أبداً إلى الحجم اللازم لدفع تكاليفها نحو الانخفاض.

وكان الاكتشاف الأكثر إثارة هو اكتشاف نقطة تدخل حساسة، وهي عتبة محددة ينقلب عندها النظام من الفشل إلى النجاح. فعندما اختبر الباحثون الدعم المقدم لتخزين البطاريات، وجدوا أنه في ظل قواعد "التعلم بالممارسة"، ظل النظام عالقاً مع قدر ضئيل جداً من سعة البطاريات طالما ظل الدعم دون مستوى معين. ومع ذلك، بمجرد أن تجاوز الدعم خطاً حاداً بالقرب من 513 جنيهاً إسترلينياً لكل كيلوواط، تسارع الانتشار فجأة. وكان تغيير في الدعم بنسبة أقل من واحد بالمائة كافياً لدفع النظام عبر هذه العتبة، مما أدى إلى فروق في عدد البطاريات المثبتة تصل إلى مستويات عشرية (أضعاف مضاعفة). وتحت هذا الخط، كانت السياسة غير فعالة؛ وفوقه، أصبحت السياسة ذاتية التعزيز، حيث جعل انخفاض التكاليف المزيد من الانتشار مربحاً دون الحاجة إلى الكثير من المساعدة. وكان هذا الانتقال الحاد غائباً تماماً في النموذج التقليدي، الذي أظهر زيادة تدريجية وسلسة في البطاريات بغض النظر عن مستوى الدعم.

كما كشفت الدراسة عن علاقات خفية بين التقنيات المختلفة تغفلها النماذج القياسية. فعندما نظر الباحثون في الطاقة الشمسية وتخزين البطاريات معاً، وجدوا أن هاتين التقنيتين مرتبطتان بعمق بطريقة تخلق حاجزاً أمام الدخول. ففي نموذج التعلم بالممارسة، علقت الطاقة الشمسية والبطاريات في حالة انتشار منخفض لأن كلاً منهما لم يستطع أن يصبح رخيصاً بما يكفي بمفرده للمنافسة دون الآخر. فالطاقة الشمسية تحتاج إلى البطاريات لتخزين طاقتها، والبطاريات تحتاج إلى طاقة شمسية رخيصة لتوفير فائض الطاقة الذي تخزنه. وفشل النموذج التقليدي، الذي يعامل التكاليف كمتغيرات مستقلة، في رؤية هذا الارتباط الوثيق. وأظهر النهج الجديد أن دعماً منسقاً لكل من الطاقة الشمسية والبطاريات يمكن أن يكسر هذا الجمود. فمن خلال دعم كليهما في آن واحد، يمكن تقليل إجمالي تكلفة التدخل بنحو ستة بالمائة مقارنة بدعم البطاريات وحدها، لأن التقنيتين تساعد كل منهما الأخرى على تجاوز عتبة التكلفة.

علاوة على ذلك، سلط البحث الضوء على محدودية الاعتماد فقط على تسعير الكربون لإطلاق التقنيات الجديدة. ففي النموذج الذي أخذ في الاعتبار التعلم بالممارسة، لم يكن سعر الكربون المرتفع وحده كافياً لجعل التقنيات الناشئة مثل البطاريات تنطلق. إذ كان يجب تحديد سعر الكربون عند مستوى مرتفع للغاية، يتجاوز بكثير ما يعتبر ممكناً سياسياً، لتحفيز الانتشار الأولي المطلوب لبدء دورة خفض التكاليف. وهذا يشير إلى أن تسعير الكربون قد يكون أداة ضعيفة لبدء الخطوات الأولى للتحول للتقنيات التي لم تنزل بعد منحنيات التعلم الخاصة بها. وتوحي الدراسة بأن الدعم المباشر غالباً ما يكون ضرورياً لدفع التكنولوجيا لتجاوز العقبة الأولى، وبعد ذلك يمكن للسوق أن يتولى المهمة.

يؤكد المؤلف أن عملهم ليس تنبؤاً بالضبط بمقدار الأموال التي يجب إنفاقها أو أي التقنيات ستفوز. فالأرقام المحددة، مثل عتبة الـ 513 جنيهاً إسترلينياً، هي نتائج لنموذج مبسط وستتغير إذا أضيفت عوامل واقعية مثل حدود البناء أو ظروف السوق المحلية. ومع ذلك، فإن الرؤية الجوهرية قوية: وهي أن وجود نقاط التحول هذه والطبيعة غير الخطية للتحول هي سمات حقيقية للنظام يتجاهلها النماذج الحالية. وتقترح الدراسة أداة تشخيصية جديدة لصناع السياسات. فقبل الالتزام بسياسة كبرى، يمكنهم تشغيل نسخة مبسطة من نموذجهم تتضمن "التعلم بالممارسة" للتحقق مما إذا كانت نسبتهم المقترحة تقع بالقرب من نقطة تحول. فإذا كانت كذلك، فإن السياسة تكون حساسة للغاية، ويمكن أن يؤدي أي خطأ حسابي صغير إلى الفشل. وإذا كانت بعيدة عن نقطة التحول، فإن السياسة ستكون أكثر متانة.

يوفر هذا النهج طريقة لتجنب وقوع خطأين شائعين. الأول هو "الكفاية الزائفة"، حيث تبدو السياسة جيدة في نموذج قياسي لأنها تبدو وكأنها تلبي الأهداف بالكاد، ولكنها في الواقع تقع تحت نقطة التحول وتؤدي إلى انتشار شبه معدوم. والثاني هو "الفائض الزائف"، حيث تبدو السياسة وكأنها تهدر الكثير من الموارد لأنها تبدو وكأنها تنفق أكثر مما هو ضروري، بينما هي في الواقع تقع فوق العتبة مباشرة وهي ضرورية للحفاظ على حركة النظام. ومن خلال تحديد هذه المناطق الحساسة، يساعد المنهج المنظمين على فهم أن شدة الدعم المبكر قد تكون أهم من مدته. فالدعم المستمر الذي يظل تحت العتبة مباشرة سيفشل إلى الأبد، بينما يمكن لدفعة أعلى قليلاً أن تفتح المجال لتحول ذاتي الاستدامة.

خلص البحث إلى أن اختيار كيفية نمذجة تكاليف التكنولوجيا ليس مجرد تفصيل تقني، بل هو قرار يشكل نتائج السياسات. فمن خلال طمس الديناميكيات غير الخطية للتعلم، قد تعطي النماذج التقليدية شعوراً زائفاً بالأمان حول سهولة إدارة تحول الطاقة. ولا يحل المنهج الجديد محل النماذج المعقدة والمفصلة المستخدمة في التخطيط طويل الأمد، بل يعمل كفحص ضروري. فهو يعمل كشاشة ما قبل النشر لتحديد المواضع التي يكون فيها النظام هشاً، وحيث يمكن للتغييرات الصغيرة في السياسة أن تؤدي إلى نتائج ضخمة غير متناسبة. وفي عالم تكون فيه رهانات تحول الطاقة عالية للغاية، يعد فهم هذه العتبات الخفية أمراً ضرورياً لتصميم سياسات تعمل بالفعل. وتشير الدراسة إلى أنه مع امتلاك الأدوات الصحيحة لتحديد نقاط التدخل الحساسة هذه، قد يكون من الممكن تسريع الانتقال إلى الطاقة النظيفة مع تقليل إجمالي الإنفاق العام المطلوب للوصول إلى هناك.