Analysis of Renewable Energy Installationwith Modelling of Electricity Supply System in Japan

The Great East Japan Earthquake and tremendous tsunami caused the accident of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant in 2011. In response to this accident, the Japanese government stopped almost all nuclear power plants and shifted to an electricity supply system with slight nuclear power genration and mainly with renewable energies. As the result, the ratio of the electricity generation of fossil fuel power increased larger than 25 % to compensate the nuclear power genration although Japan almost totally depends on imports for fossil fuels. Nevertheless, renewable energy technologies have been slowly installed. Those energy conditions have required to immediately create a well-planned electricity supply system to construct an energy-secure and sustainable society. Therefore, the energy best mix with renewable energy technologies must be built to solve the problems. The process to realize the best mix is urgently required to propose with concrete policies. Policies should effectively give the electricity market incentive of enhancing renewable energy technologies, because private companies manage the electricity supply in the free market in Japan. The current carbon tax policy rules that the tax revenue from carbon tax is spent in the energy-oriented CO2 emissions restraint measures. However, the effects of this for the sustainable society are unclear for civilians. Some subsidies are currently provided to the renewable energy installation by both the government and private funds. However, the current installation capacity of renewable energy technologies indicates that they are not enough. Therefore, effects of the circulation of carbon tax and the subsidy for renewable energy technologies (tax-subsidy circulation) are analysed with actual and simple assumptions in this study.The amount of the subsidy depends on the carbon tax rate in this assumption. Therefore, six scenarios are assumed depending on tax rates and provision of the subsidy. The subsidy is assumed to be spent in capital costs and operation and management costs of renewable energy technologies. The electricity supply systems in each scenario are simulated using OSeMOSYS (Open Source Energy Modeling System). Changes in the electricity production, CO2 emission, cost, tax and the subsidy are analysed based on the simulation results.Although the policies without the subsidy can enhance the installation of renewable energy technologies, it costs the market expensive. On the other hand, spending the tax revenue in the subsidy for the renewable energies can make less monetary impacts on the market. Moreover, the renewable energy production is 10 % higher in HTS (High Tax and Subsidy)-Scenario than in LT (Low Tax)-Scenario. HTS-Scenario can restrict the cost less than LT-Scenario despite double increase of the tax rate, so that the impact on the industry and the impression for the customers seems relatively restricted. However, the tax-subsidy circulation does not suppose the CO2 emissions reduction. Furthermore, the intermittency risk tends to be high in the scenarios of high renewable energy ratio. Therefore, several scenarios are created to solve the problems. The first is to achieve the target of Paris Agreement. Although the simulation can be implemented to achieve the Paris agreement with slightly high cost, the policy is difficult to enforce to only limit the emission. The results of the scenarios above show that renewableenergy technologies in stalled in the beginning are not subsidised. Therefore, HPS (High Predicted Subsidy)-scenario assumes providing the subsidy beforehand as an advance investment. In addition that the renewable energy installation is promoted actively, the target of Paris Agreement can be achieved with slightly high costs. However, the decision of the price can lead economic problems such as the lack of financial resources. Therefore, the government should simultaneously promote to develop the storage technology to smooth the renewable energy generation. It also should promote to decrease the emission from the other sector like a transportation. Even if HPS-Scenario is too drastic to implement due to the extremely high tax, the tax-subsidy circulation with the advance investment is worth discussing as one option to create the sustainable society.Jordbävning med en efterföljande tsunamin orsakade stor förädelse vid kärnkraftverket i Fukushima Daiichi i Japan år 2011. Som svar på denna händelse stoppade den japanska regeringen nästan alla kärnkraftverk och övergick till ett elförsörjningssystem med endast en liten andel från kärnkraft och istället främst baserat på förnybara energikällor. Som ett resultat ökade andel elproduktion från fossilt bränsle med över 25% för att kompensera den minskade kärnkraftgenreringen. Trots att Japan nästan är helt beroroende på import av fossila bränslen så har andelen förnybara energikällor och teknik långsamt ökat.. Dessa omställningar i energibehov har krävt att introducera ett strategiskt elförsörjningssystem för att bygga ett energisäkert och hållbart samhälle.Med avseende på ovanstående behövs förnybara energikällor introducerar i energimixen för att kunna möta behovet. För att få igång denna process krävs konkreta policyer; politiker bör ge effektiva incitament för att förbättra de förnybara teknologierna, detta då privata företag är ansvariga för elförsörjningen på den fria marknaden i Japan. Den nuvarande koldioxidskattepolitiken reglerar att skatteintäkterna från kolskatt spenderas i de energiinriktade koldioxidutsläppsåtgärderna; effekterna av detta för at stöjda ett hållbart samhälle är dock oklart för samhället. Subventioner tillhandahålls för närvarande till förnybar energiinstallation av både regeringen och privata fonder. Den nuvarande installationskapaciteten för förnybar energiteknik indikerar dock att dessa incitament inte räcker. I denna studie studeras därför effekterna av cirkulationen av kolskatt och subventionen för förnybar energiteknikmed faktiska och till viss del enkla antaganden.Subventionens storlek beror på kolskattesatsen i detta antagande; således antas sex scenarier beroende på skattesatser och tillhandahållande av subventionen. Subventionen antas spenderas i kapitalkostnader samt drift och förvaltningskostnader för förnybar energiteknik. Elförsörjningssystemet i Japan i varje scenario simuleras med det långsiktiga energimodellerings verktyget OSeMOSYS (Open Source Energy Modeling System). Förändringar i elproduktion, koldioxidutsläpp, kostnad, skatt och subvention analyseras baserat på simuleringsresultatet.Även om en politik utan subvention kan förbättra installationen av förnybar energiteknik, kostar det marknaden dyrt. Å andra sidan kan utgifterna för skatteintäkterna i subventionen för förnybara energikällor få mindre monetära effekter på marknaden. Dessutom visar resultaten på att förnybar energiproduktion är 10% högre i ett HTS (High Tax and Subsidy) -Scenario än i LT (Low Tax) -Scenario. HTS-scenariot kan begränsa kostnaden till mindre grad än LT-scenariot trots en dubbel ökning av skattesatsen, därmed verkar påverkan på industrin och intrycket för kunderna relativt begränsad. Dock antas inte att skattesubventionen sänker koldioxidutsläppen. Vidare, en periodisk risk tenderar att vara hög i scenarierna vid den höga förnybara energikvoten. Därför utvecklas och utforskas flera scenarier för att lösa problemen. Det första är att uppnå målet för Parisavtalet. Även om simuleringen kan utföras för att uppnå Parisavtalet med något hög kostnad är det svårt att införa politiken för att endast begränsa utsläppet. Resultaten av ovanstående scenarier visar att förnybar energiteknik som introducerats i början inte subventioneras. Därför förutsätter HPS (High Predicted Subsidy) -scenario att subventionen ges i förskott. Förutom att introduktionen av förnybar energi främjas aktivt, så kan även målet för Parisavtal uppnås med något höga kostnader. Beslutet om priset kan dock leda till ekonomiska problem som brist på ekonomiska resurser. Därför bör regeringen samtidigt främja utvecklingen av lagringstekniken för att förenkla produktionen av förnybar energi. Vidare bör det även främjas att minska utsläppen från andra sektorer så som transportsektorn den andra sektorn som en transport. Även om HPS-scenariot är för drastiskt att genomföra på grund av den extremt höga skatten, är skattesubventionen med förskottsinvesteringen värd att diskutera som ett alternativ för att skapa ett hållbart samhälle