Key words
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Industry; Switzerland; elasticities; energy
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Short description
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This Project investigates 1) price elasticities of natural gas and electricity consumption for Swiss industry, and 2) future long-term developments of the Swiss industries’ energy demande by employing an energy-econometric accounting framework combined with a techno-economic modelling approach. Therefore, a combination of the global macro-economic model E3ME and the Swiss energy System model STEM will be applied to conduct a multi-scenario analysis scoping on the Swiss industry.
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Publications / Results
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Related documents
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Final report
(German)
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Das vorliegende Forschungsprojekt untersucht Preiselastizitäten des Erdgas- und Elektrizitätsverbrauchs im Schweizer Industriesektor basierend auf historischen Zeitreihen. Zusätzlich werden langfristige Entwicklungen der zukünftigen Energienachfrage in der Schweizer Industrie analysiert, indem ein energie-ökonometrisches Konzept mit einem technisch-ökonomischen Modellierungsansatz kombiniert wird. Zu diesem Zweck wird eine Kombination des globalen makroökonomischen Modells E3ME und des Schweizer Energiesystemmodels STEM für eine szenariogestützte Analyse für den Schweizer Industriesektor verwendet. Die Analyse der Preiselastizitäten zeigt, dass die meisten Schweizer Industriebranchen ihren Energieverbrauch in den
Jahren unmittelbar nach einem Preisanstieg nicht reduzieren. Es konnten jedoch langfristig (ungefähr fünf Jahre nach Eintritt des Ereignisses) statistisch signifikante Preiselastizitäten festgestellt werden.
Diese suggerieren, dass es nach einem Preissignal in den meisten Fällen Zeit braucht, um Produktionsabläufe und Verfahren anzupassen oder in energieeffizientere Ausstattung zu investieren. Die Resultate deuten ebenfalls auf eine auffällige Heterogenität der geschätzten Preiselastizitäten zwischen den Industriesektoren hin. Einer der reaktionsschwächsten Sektoren auf eine Preisänderung ist die Eisen- und Stahlindustrie, wo unsere Abschätzungen eine langfristige Reduktion von 0.14% des Energieverbrauchs auf einen Preisanstieg von 1% zeigen. Auf der anderen Seite beobachten wir, dass
der Sektor der «Nichtmetallischen Mineralien»- und die Papier- und Zellstoffindustrie am meisten auf eine Veränderung der Energiepreise reagieren. Die hierfür geschätzte Preiselastizität von -0.7 bedeutet, dass Firmen in diesen Sektoren im Durchschnitt ihre Energienachfrage um 0.7% reduzieren in Folge
einer Erhöhung der Energiepreise von 1%.
Die Szenarioanalyse der langfristigen Entwicklung des Energieverbrauchs in der Schweizer Industrie und damit verbundener energiepolitischen Zielsetzungen zeigt, dass die Realisierung allgemeiner Energieeffizienzverbesserungen bei gleichzeitiger Reduktion des pro-Kopf-Stromverbrauchs ein
weniger kostengünstiger Weg ist, um Energieeffizienz zu fördern und CO2-Emissionen zu reduzieren. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass eine effiziente Stromnutzung gefördert werden sollte und gleichzeitig Anreize zum Ersatz fossiler Brennstoffe durch strombasierten Technologien beibehalten werden sollten. Ein weiterer Ausbau strombasierter Technologien wie Elektromobilität oder der Einsatz von Wärmepumpen ist erforderlich für eine Dekarbonisierung des Schweizer Energiesystems. Die Beschränkung des Stromverbrauchs könnte sich als kontra-produktiv erweisen und zu einer weniger kostenoptimalen Lösung führen, um Emissionen zu verringern.
Sollte eine tiefgreifende Dekarbonisierung des Energiesektors erreicht werden, so zeigt sich der Industriesektor als einer der anspruchsvollsten Sektoren für eine Verminderung der CO2 Emissionen. Auf lange Sicht (2050) erhöht sich gegebenenfalls der Anteil des Industriesektor an den Gesamtemissionen. Gemäß den Modellrechnungen trifft dies insbesondere zu, wenn ausschließlich die energiebezogenen CO2-Emissionen betrachtet werden. Die Senkung der prozessbezogenen Emissionen hängt von der Verfügbarkeit von neuen Technologien, wie zum Beispiel CO2-Abscheidung im Zementsektor oder bei der Abfallverwertung, ab. Strom erweist sich als wichtiger Energieträger in Dekarbonisierungsstrategien, nicht nur in der Industrie, sondern auch in anderen Endenergieverbrauchssektoren. Dies erfordert sowohl den rechtzeitigen Ausbau von erneuerbarer Energie in der Schweiz, als auch die Nutzung von Stromimporten. In der Industrie können Erdölprodukte reduziert und teilweise ersetzt werden, insbesondere durch biogene Treibstoffe oder andere kohlenstoffarme Brennstoffe, beziehungsweise in ausgewählten Industriebereichen (Nahrungsmittelbranche und Papierindustrie) durch strombasierte Wärmeerzeugung, zum Beispiel mit Wärmepumpen im industriellen Niedertemperaturbereich. Der Anteil der energieintensiven Branchen am industriellen Gesamtenergieverbrauch erhöht sich mit der Zeit, was bedeutet, dass die nicht energieintensiven Sektoren die besseren Möglichkeiten haben, um ihre Energieeffizient zu Swiss Industry: Price Elasticities and Demand Developments for Electricity and Gas (SWIDEM) verbessern. Wo immer möglich, sollten biogene Abfälle eine Wiederverwendung als Energieträger finden. Wie unsere Resultate für die Nahrungsmittelbranche zeigen schließt dies nicht nur die
Stoffkreisläufe, sondern stellt auch CO2-emissionsarme Ersatzbrennstoffe zur Verfügung. Die Resultate zu den makroökonomischen Auswirkungen der in dieser Studie analysierten Klima- und Energiepolitiken zeigen geringe bis mäßige Auswirkungen bis 2030. Auf lange Sicht gesehen werden die makroökonomische Auswirkungen signifikant von der Entwicklung der Preise für Energie- und CO2 Emissionszertifikate bei den Endverbrauchern bestimmt. Das Erreichen der Zielvorgaben der Schweizer Energiepolitik, die Energieeffizient zu verbessern und gleichzeitig den Stromverbrauch pro Kopf zu senken, würde das Schweizer Bruttoinlandsprodukt (BIP) um 1% in 2030 und 4% in 2050, senken. Dies entspricht einem verringerten Wachstum des BIP um 0.1 Prozentpunkte in der gleichen Periode im Vergleich zum Referenzszenario. Höhere Konsumentenpreise, beispielsweise als Folge einer
tiefgreifenden Dekarbonisierung des Schweizer Energiesystems mit begrenzten Möglichkeiten des Ausbaus kostengünstiger Minderungstechnologien, würden sich signifikant auf das BIP auswirken mit einem bis zu 10% tieferen BIP in 2050 verglichen mit dem Referenzszenario (entspricht einem um
0.3 Prozentpunkte niedrigeren jährlichen BIP-Wachstum gegenüber dem Referenzszenario). Auch hier sind die makroökonomischen Auswirkungen stark von den Randbedingungen abhängig, wie dem Zugang zum EU-Strommarkt und dem Ausbaugrad der Photovoltaik in der Schweiz. Zum Beispiel
könnte eine Verfügbarkeit von höheren (weitestgehend CO2-freien) Stromimporten die negativen wirtschaftlichen Auswirkungen auf ein um 3% bis 4% tieferes BIP in 2050 gegenüber dem Referenzszenario reduzieren, was einer um 0.1 Prozentpunkte tieferen jährlichen BIP-Wachstumsrate in derselben Periode entspricht.
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Final report
(English)
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In this project price elasticities of natural gas and electricity consumption for Swiss industry are investigated based on historic time series. In addition, future long-term developments of the Swiss industries’ energy demands are analysed by employing an energy-econometric accounting framework
combined with a techno-economic modelling approach. Therefore, a combination of the global macroeconomic model E3ME and the Swiss energy system model STEM has been applied to conduct a multiscenario analysis scoping on the Swiss industry. The analysis of the price elasticities for electricity and gas, suggest that most Swiss industries do not reduce energy consumption in the years immediately following an increase in energy prices. However,
in the longer term (i.e. around 5 years after any initial shock), we identify statistically significant price elasticities, suggesting that, in most cases, it takes time to adjust and adapt manufacturing processes and procedures or to invest in more energy-efficient equipment, following a price signal. The results also
suggest considerable heterogeneity in estimated price elasticities among industry sectors. One of the sectors that is least responsive to a change in energy prices is ‘Iron & steel’, where our estimates indicate a 0.14% reduction in energy demand in the long run for a 1% increase in energy prices. By contrast, in
the ‘Non-metallic minerals’ and ‘Paper and pulp’ sectors, we find that energy demand in more elastic as firms in these sectors are more responsive to a change in energy price, with an estimated price elasticity of -0.7 implying that firms in these sectors, on average, will reduce energy demand by 0.7% for a 1% increase in relative energy prices. The scenario analysis of long-term developments of energy consumption of the Swiss industry and related energy policies reveals that the combination of general energy efficiency improvements alongside a reduction of the per-capita electricity consumption is a less cost-effective way to promote energy efficiency and to reduce CO2 emissions in industry. This leads to the conclusion that promoting an efficient use of electricity is beneficial while incentives to switch from fossil fuels to electricity-based technologies should retain. A broader roll-out of electricity-based technologies such as e-mobility, deployment of heat pumps is essential for decarbonisation of the Swiss energy system. Limiting the total amount of electricity consumed could be counter-productive and may lead to less cost-optimal emission mitigation solutions. If a deep decarbonisation of the energy sector is achieved, the industry sector remains one of the challenging sectors for mitigation and may increase its share of the total CO2 emissions in the energy system in the long run (2050). This statement even holds if only energy-related CO2 emissions are considered, while abatement of process-related CO2 emissions depends on the availability and adaptation of some emerging technologies, such as CO2 capture technologies in the cement industry or
waste incineration plants. Electricity becomes a key energy carrier under a decarbonisation strategy, not only in industry but also in other energy end-use sectors. This not only requires a timely commissioning of new renewable energy in Switzerland but also to deploy the option of increased electricity imports. In industry, oil-products can be phased out and partly substituted by biogenic liquids and other low-carbon energy carriers as well as electricity-based heating, for instance with low temperature heat pumps in selected subsectors (especially food, and paper industries). The share of the energy intensive branches of total industrial energy consumption increases over time which indicates better opportunities to unlock energy efficiency improvements in non-energy-intensive sectors. Where possible, biogenic waste product streams should be used as an energy carrier, which not only helps to close material/product circles but also to provide low carbon fuel substitutes, as our results indicate for the food industry.
The scenario results related to the macro-economic impacts show a low to moderate impact until 2030, for both the energy policies and the climate policies analysed in this study. In the longer term, macroeconomic impacts are determined significantly by the developments of the energy and carbon prices applicable to consumers. The achievement of the indicative goals of the Swiss energy policy, i.e. improving general energy efficiency while curbing the average per-capita electricity consumption, reduces Swiss GDP by 1 to 4% (2030 and 2050 respectively), equivalent to GDP growth of around 0.1 percentage points (ppt) lower than baseline over this period. Higher consumer prices, for instance as consequence of a deep decarbonisation within Switzerland with limited availability of cost-efficient decarbonisation technologies, would lead to more pronounced GDP impacts of up to 10% lower than baseline by 2050 (equivalent to an annual GDP growth rate 0.3ppt lower than baseline in each year to 2050). Again, the macro-economic impacts are highly dependent on boundary conditions, such as access to wider EU electricity markets and level of successful solar PV deployment in Switzerland. For
instance, availability of more imported (low-carbon) electricity could reduce the scale of the negative economic impacts to around 3% to 4% lower than baseline by 2050 (equivalent to a 0.1ppt reduction in the annual GDP growth rate over this period).
Related documents
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Final report
(French)
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Le présent projet de recherche examine, sur la base de séries chronologiques historiques, les élasticités-prix de la consommation de gaz naturel et d’électricité dans le secteur industriel suisse. L’évolution à long terme de la demande énergétique dans l’industrie suisse est également analysée en
conjuguant un concept énergétique-économétrique avec une approche de modélisation technicoéconomique. A cet effet, le modèle macroéconomique global E3ME et le modèle du système énergétique suisse STEM sont combinés pour procéder à une analyse basée sur des scénarios pour le secteur industriel suisse. L’analyse des élasticités-prix montrent que la plupart des branches de l’industrie suisse ne réduisent pas leur consommation d’énergie dans les années qui suivent immédiatement une augmentation des prix. Cependant, à long terme (environ cinq ans après la survenance de l’événement), des élasticités-prix statistiquement significatives peuvent être constatées.
Celles-ci suggèrent que, dans la plupart des cas, il faut du temps après un signal lié aux prix pour adapter les cycles et les procédés de production, ou encore investir dans un équipement présentant une meilleure efficacité énergétique. Les résultats indiquent également une hétérogénéité frappante
des estimations des élasticités-prix entre les différents secteurs industriels. La sidérurgie est l’un des secteurs qui réagit le moins à une modification des prix: nos estimations mettent en évidence une réduction à long terme de 0,14% de la consommation d’énergie après une augmentation de prix de 1%.
A l’autre bout, nous observons que ce sont le secteur des produits minéraux non métalliques et l’industrie du papier et de la pâte à papier qui réagissent le plus à une modification des prix de l’énergie.
L’élasticité-prix estimée ici est de -0,7, ce qui signifie que les entreprises de ce secteur réduisent en moyenne leur demande énergétique de 0,7% après une augmentation de 1% des prix de l’énergie. L’analyse de scénarios pour l’évolution à long terme de la consommation d’énergie dans l’industrie suisse et des objectifs de politique énergétique qui y sont liés montre que réaliser des améliorations générales en termes d’efficacité énergétique tout en réduisant la consommation d’électricité par tête représente une voie moins économique pour encourager l’efficacité énergétique et réduire les émissions
de CO2. On peut donc en déduire qu’il faudrait encourager une utilisation plus efficace de l’électricité tout en maintenant des incitatifs pour remplacer les combustibles fossiles par des technologies électriques. Pour décarboniser le système énergétique suisse, il faut continuer à développer des technologies électriques comme la mobilité électrique ou l’emploi de pompes à chaleur. Limiter la consommation d’électricité pourrait s’avérer contre-productif et entraîner une solution moins optimale en termes de coûts pour la réduction des émissions. Dans l’objectif d’une décarbonisation profonde du secteur de l’énergie, le secteur industriel apparaît comme l’un des plus exigeants pour une réduction des émissions de CO2. Le cas échéant, la part du secteur industriel dans l’ensemble des émissions augmente à long terme (2050). D’après les calculs sur modèle, ce constat vaut tout particulièrement si l’on considère exclusivement les émissions de CO2 liées à l’énergie. La réduction des émissions liées aux processus dépend de la disponibilité de nouvelles
technologies comme la capture du CO2 dans le secteur du ciment ou lors du traitement des déchets. L’électricité est une importante source d’énergie dans des stratégies de décarbonisation, non seulement dans l’industrie, mais aussi dans d’autres secteurs de consommation d’énergie finale. Cela nécessite
aussi bien le développement d’énergies renouvelables en Suisse que le recours aux importations d’électricité. Dans l’industrie, la part de produits pétroliers peut être réduite et ils peuvent être partiellement remplacés, notamment par des biocarburants ou d’autres combustibles à faible teneur en carbone; dans certains secteurs industriels ciblés (industrie alimentaire et industrie du papier), une production de chaleur d’origine électrique, par exemple au moyen de pompes à chaleur basse température, peut se substituer. La part des secteurs à haute consommation d’énergie dans la consommation énergétique globale de l’industrie augmente avec le temps, ce qui signifie que les secteurs qui ne sont pas à haute consommation d’énergie ont de meilleures opportunités pour améliorer leur efficacité énergétique. Partout où c’est possible, les déchets biogènes devraient être utilisés comme source d’énergie. Comme le montrent nos résultats pour l’industrie alimentaire, en plus de boucler le cycle des matières, cela met à disposition des combustibles de remplacement peu émetteurs de CO2.
En termes d’impact macroéconomique, les résultats des politiques climatiques et énergétiques analysées dans cette étude montrent un effet faible à modéré d’ici 2030. Dans une perspective à long terme, l’impact macroéconomique est déterminé de manière significative par l’évolution des prix des
certificats énergétiques et des émissions de CO2 chez les utilisateurs finaux. Si les objectifs de la politique énergétique suisse devaient être atteints – amélioration de l’efficacité énergétique couplée à une réduction de la consommation d’électricité par tête – le Produit Intérieur Brut (PIB) suisse diminuerait de 1% en 2030 et de 4% en 2050. Cela correspond à une réduction de 0,1 point de pourcentage de la croissance du PIB par rapport au scénario de référence pendant la même période.
Des prix à la consommation plus élevés, comme conséquence par exemple d’une décarbonisation profonde du système énergétique suisse avec des possibilités limitées de développement de technologies de réduction abordables, auraient un impact significatif sur le PIB avec, en 2050, un PIB
jusqu’à 10% inférieur par rapport au scénario de référence (ce qui correspond à une croissance annuelle du PIB inférieure de 0,3 point de pourcentage par rapport au scénario de référence). Là aussi, l’impact macroéconomique dépend largement des conditions cadres, comme l’accès au marché de l’électricité
de l’UE et le degré de développement du photovoltaïque en Suisse. La possibilité de disposer d’importations d’électricité (autant que possible non émettrice de CO2) pourrait par exemple réduire l’impact économique négatif avec, en 2050, un PIB de 3% à 4% inférieur par rapport au scénario de
référence, ce qui correspond dans la même période à une croissance annuelle du PIB inférieure de 0,1 point de pourcentage.
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