文摘
能源领域仍然由均衡模型低估了危险和机遇与气候变化有关。在现实中,气候和能源系统包含临界点,反馈循环,指数的发展。本文描述了如何创建现实的能源转换管理模式:定量模型,可以发现有利可图的途径从化石燃料的可再生能源。我们回顾文献关于基于主体经济,颠覆性创新和转型管理并确定以下要求。演员必须详细、异构、交流、学习,策划。技术应该表示为一个详细和异构组合,可以开发以自下而上的方式,利用内生反馈循环。假设折现率和碳的社会成本应该是可配置的。模型应该包含全球之间的相互作用,国家、地方和个人层面。建模技术的回顾表明,均衡模型是不合适的,系统动力学和离散事件仿真太有限了。基于代理的方法是发现唯一适合的复杂的自适应社会技术系统必须模仿。 But the choice for agent-based models does not mean a rejection of other approaches because they can be accommodated within the agent-based framework. We conclude with practical guidelines.
1。介绍
科学家们“95%确信人类是全球变暖的主要原因[这]将导致严重非常高的风险高,广泛的和不可逆转的全球影响”(1]。他们建议“稳定气温上升2°C以下相对于工业化前的水平”,但是请注意,“这需要迫切和基本脱离一切照旧”(1]。政治家在194个国家签署了“巴黎协议”,承诺保持全球变暖2°C以下标记(2]。人为温室气体主要是由人类使用化石燃料的能源密集型机械提供动力。电和热负责25%,是紧密相连的交通(这可能成为电气化)为14%,行业为21%,其他能源相关温室气体10%1]。我们需要的模型,帮助我们发现快速,最好是有利可图的途径可再生能源系统3]。
因为我们的工业文明是建立在化石能源,现在渗透到各个方面,转向可再生能源是一个基本和积分转换模型是不容易的。可再生能源也分散和间歇性与更大的作用的潜在客户(消费者也是生产者)和需求响应和存储,使得整个能源体系根本不同。当前模型无法应对这种转变的大小和提供无效的和短视的观点。但现实是不那么悲观:可再生能源技术有望比化石替代品更便宜(4,5),更多如果我们逐步取消化石燃料补贴(6,7)和内化的风险计算(8]。可再生能源的承诺经济增长[9,工作10),和能源安全11),同时减少地缘政治紧张局势(12]。
所以为什么不采取更积极的方法,试图利用可再生能源提供的机遇?
在本文中,我们建立在理论中找到基于主体的经济学,颠覆性创新,管理过渡。我们制定要求和提出实用的模型,不仅可以建议,还让我们做出更好的预测积极管理过渡到可再生能源。我们称之为能量转变管理模式和定义它们定量模型,可以发现有利可图的途径从化石燃料的可再生能源。
本文汇集了广泛审查的理论和实践,以展示这样的模型可以构造。它由五个部分组成:(1)“坚持平衡”功能问题陈述,显示最新的模型不适合过渡。(2)“破坏理论”的评论基于主体的经济学,颠覆性创新,管理过渡。(3)“造型要求”建立在理论和小说演员,技术,碳定价。(4)评估建模方法系统动力学和离散事件仿真结论前,造型复杂自适应系统需要基于代理模型。(5)“建立一个模式”包含实用的建议。
2。坚持均衡
目前,大多数预测有关的能量转换来自平衡模型不适合处理过渡。
想象困难物理如果电子能想到(穆雷盖尔)
2.1。均衡模型仍占主导地位
经济学成为一门科学的时期,大多数社会科学家试图模仿牛顿物理学,要求人类一样可以预测,说,电子。亚当•斯密的国富论》(1776)(13灵感来源于牛顿原理。利昂·瓦尔拉斯史密斯的想法翻译成“牛顿”经济模型一般均衡模型(14]。计算他们在1967年首次完成,这样的模型被称为应用一般均衡(年龄)模型(15]。自1980年代中期一个实现可计算一般均衡(CGE)模型来主导经济学(16- - - - - -18)和他们的最新化身动态随机一般均衡模型现在(DSGE)主导经济学(19]。
“平衡…的概念的一个核心支柱的借用物理学…自愿交换匹配买家和卖家,价格浮动,直到每个人都内容,和所有市场出清。理想气体定律的物理的相似性是一点也不意外”(20.]。不存在一个普遍接受的定义(21),但一个经常使用的过程如下18]:[CGE模型]“资源配置在市场经济描述为供给和需求之间的相互作用的结果,导致均衡价格。这些模型方程的构建块代表相关经济主体的行为:消费者、生产者、政府,等等。这些代理要求或供应商品,服务和生产要素,其价格的函数”。
的支持者CGE模型认为,复杂到足以捕捉经济形势的基本特征但简单易处理的(22]。其他声称优势会计一致性由于使用一个封闭的会计系统和一个精确测量财富的变化(如宏观经济学中定义)和被广泛应用于经济学,因为他们“确保决策正确的理论指导下的了解经济功能”(23]。他们还提供了一个“坚实的微观经济基础”18]所以“CGE分析构成强大的科学方法来调整效果的综合事前的模拟由外生政策干预”(24]。
根据Fagiolo Roventini [19黎明的):“2008年金融危机前的意外打击,出现了一个新的共识:新的新古典综合派…接地在动态随机一般均衡(DSGE)模型。“支持者声称货币甚至经济政策终于成为科学(25- - - - - -27]。目前大部分能量模型仍很大程度上平衡模型,例如,世界能源模型(国际能源机构对其所使用的有影响力的“能源展望”系列),波兰人(Enerdata所使用的),和质数(由欧盟委员会(European Commission)使用)28]。斯坦顿et al。29日)还审查以下综合评估使用CGE模型:果酱;IGEM;IGSM / EPPA(麻省理工学院);SMG;WORLDSCAN (CPB);ABARE-GTEM;G-CUBED;MS-MRT;目的;IMACLIM-R; WIAGEM; MiniCAM; and GIM.
2.2。均衡模型恰恰是错误的
最好是正确比精确的错误(30.),尽管他们的优势和数学精度、均衡模型有一长串的问题。他们本质上是静态的:他们认为,外部冲击可以把系统从一个平衡态过渡到另一个地方,但本身是无关紧要的17]。而且他们是自顶向下的模型基于“理性的三位一体,自私,和平衡”(31日]。他们认为“理性”的演员可以由几个“代表”聚合代理(19]。这些“理性”演员只追求效用最大化。他们立即知道每个产品的效用和价格在市场上。他们是不受地位,谋略,民粹主义,理想主义,部落主义、传闻或销售。他们不同情后代(见本文“折现率”),或者其他国家的人(见本文“根岸英一福利权”)。此外,演员功能“理想”市场。这意味着,在其他方面,没有银行家不正当的动机,没有说客,没有政治游戏,没有理想,没有垄断的倾向,没有网络效应,没有现任阻力变化,等等。
上述每个简化被伪造,内部经济发现从其他社会科学,如心理学,社会学,和政治科学20.]。但在均衡模型,他们忍受,因此用户均衡模型显示的指控“坚决拒绝面对现实”[32]。
但我们正开始看到一些变化。在许多经济学家看来,2008年的经济危机是压倒骆驼的最后一根稻草。它暴露了经济理论本身的危机33- - - - - -36]。效用理论成为嘲笑为“恋物癖”(37]。Fagiolo Roventini调查CGE DSGE在细节的更新和总结“撕裂衣服补丁”(19]。
阿克曼观察(38):“数学死胡同了一般均衡分析不是由于模型的模糊或深奥的方面,而是来自有意的设计特点,在新古典主义理论自其开始。修改经济理论来克服这些潜在的问题需要一个新的模式的消费者的选择,社会交往的非线性分析,识别核心作用的机构和社会约束。”
诺贝尔经济学奖得主克鲁格曼说(35):“在我看来,经济学界“误入歧途”,因为经济学家,作为一个群体,误以为美,穿着那些冠冕堂皇的数学,为真理。…经济学家需要放弃,简洁但错误的解决方案假设每个人都是理性和市场运作得很好。成为行业的视觉审视自身基础可能不是那么清晰;这肯定不会是整洁;但我们可以希望它会被至少部分的美德。”
2.3。能量模型的具体问题
先进的集成评估模型(艾玛)通常嵌入均衡模型,对气候政策作为额外的约束,同时预测和保理与气候相关的损害39]。但在文献中有越来越多的共识,这传达了一种虚假的控制和低估了气候变化的破坏和丰厚利润的同时,实现可再生能源(8,40- - - - - -46]。更多信息,见本文讨论气候变化“定价”。
大多数模型也低估了潜在的技术偏离现状,我们想给一个例子来说明问题的严重性。我们将使用光伏(PV)的预测世界能源模型(电话)世界能源展望》(economic Outlook)的国际能源署(IEA)。虽然它只是一个局部均衡模型,我们把它作为一个例子,因为它可能是最具影响力的能源模型策略域(48]。
我们的输出如图1。NPS代表“新政策”场景,假设一个现实的承诺(如巴黎协议)是实施新政策刺激PV。厚黑线显示年度增加太阳能已经急剧增加(这意味着新的或更大的太阳能电池板工厂)。我们可以看到,每个报告接受过去的这个现实,因为每一个新的场景有更高的起点。然而,我们也看到,《世界经济展望》预计不会建立新工厂。这种停滞的太阳能产业预测一次又一次,自2002年以来,每个报告PV场景(47]。
电话是一个专有模型以来,很难找到问题的根源。约翰森指向错误的高价格;一点一点学习由于增长;和假设缺乏灵活性,降低光伏的价值(49]。2017年,国际能源署IRENA[一起进行了一项研究50]。80页显示的电话NPS预测大规模储能光伏在2030年将成本1美元/ W。然而,NREL报告说这个价格已经达到2017年(在美国),价格已经下降了19%在过去的7年(34]。如果价格继续每瓦特在2030年将7美分,而不是1美元,尽管这可能是过于乐观,与国际能源机构的预期有很大的区别。此外,国际能源机构承认,PV增长指数级的在- 43.3%平均每年在过去26年。然而,74页显示电话NPS预测线性经济增长从2015年的228千瓦到2050年的1800兆瓦。每年的产量远低于50兆瓦将足以适应这种增长。在现实中,已经有超过75千瓦年生产能力在2016年和健康成长预计2017年(50]。国际能源机构,再一次,意味着光伏行业将会崩溃而不是继续指数增长。
从现实可能是因为这断开,例如,赞助商的需求或心理偏见像确认偏误51],现状偏见[52),或系统的理由偏差(53但模型的工作方式可能也是一个因素。我们认为,看表1和2,大部分的能量转变管理模式要求我们从文学演绎实现部分或完全不是。无法想象的结果是一个模型,利用指数发展太阳能。
3所示。破坏理论
我们已经确定,平衡过渡管理理论并不是一个有用的依据。更适当的是什么技术?我们从基于代理经济学是经济学领域内迅速成长为一个成熟的领域。我们扩大,颠覆性技术创新理论。最后,我们看看过渡管理:一个文献专注于加快能源过渡。因此,我们试图捕捉的经济学家的观点,工程师,和社会/政治科学家。
《经济学人》的麦加在于经济生物学…但生物概念更为复杂的力学(阿尔弗雷德·马歇尔,1907)
3.1。基于主体的计算经济学
在均衡模型的基本问题之后,一些经济学家开始寻找新的范式。他们发现灵感在生物学和自然进化路径依赖是同样重要的(如果不是更多)比平衡。在纳尔逊(概述54]。进化经济学是社会科学结合的一种新方法,利用现代计算能力:基于主体建模(ABM)。post-Walrasian,结果是一个非常不同的分支经济学称为基于主体的计算经济学(ACE)使用反弹道导弹而不是均衡模型(55]。ACE是基于复杂自适应系统范式从自底向上和发展经济,从而弥合分裂分离微观和宏观经济学(56- - - - - -58]。它扩展了演化经济学在四个方面:代理与个人记忆和大型异构自治;新的交互是可能的(例如,掠夺性或合作,而不是仅仅基于价格和质量);进化压力作用于个人,而不是整个人口使个人行为;最后,实现经济世界是一个虚拟的计算机功能的干预分析员(59]。Balint et al。39]表明,ACE是一个特别明显的能源和气候变化领域的贡献。
基于动因的模型被用来找到最有效的政策来缓解气候变化的宏观经济效应。他们表明,这是有效地结合的方法用棍棒(碳税)与一个使用胡萝卜(技术采用的激励)60]。反弹道导弹可以使我们重新定义气候变化从零和博弈的协调问题提供双赢的解决方案(61年]。Dosi和尼尔森表明,重要的是endogenize低碳创新的熊彼特的扩散(62年]。基于动因的模型考虑时,显示为无碳技术的研发补贴导致迅速转型和更高的经济增长63年,64年]。伊斯里et al。65年)展示反弹道导弹可以用来比较市场化减排政策与一些奇怪和变革的结果。确定存储方案需要有间歇性反弹道导弹研究也是一个理想的候选人(例如,66年])。当说到帽绿色金融创新定义策略基于动因的模型也证明越来越有用的(67年]。
反弹道导弹也给我们一个更好地了解气候变化的成本,在网络世界68年]。他们展示的负担打击部分人口尤为严重[69年]。他们使用灾难像路易斯安那州的洪水卡特里娜飓风过后表明损失增加非线性由于传播效应(70年]。全球传播效果也研究[71年,72年]。结合成本和减轻到基于主体综合评估模型(艾玛)是一个新的领域。第一个例子相结合的复杂的经济气候模型来自LAGOM模型的家庭能够处理模块的不同时间尺度和空间分布式能源生产和污染73年- - - - - -75年但是它还没有一个我。第一个完全成熟的基于代理我可能是反乌托邦的熊彼特会议凯恩斯(DSK)模型从Lamperti et al。76年]。
气候谈判和联盟的形成是一个有趣的新研究领域,基于动因的模型特别适合[77年- - - - - -79年]。现实基于动因的模型,考虑不同的观点产生非常不同的结果比equilibrium-based与理性行为者模型(80年)和谈判是结构化的方式有很大的影响结果(81年,82年]。返回的一部分碳税的政策符合公司发现生存时间(83年]。我们将看到在讨论“能源转型管理”,个人(而不是高聚合)演员和技术和互动的新方法是至关重要的模型,渴望探索小说能源转型途径,他们还可以增加利益相关者的参与,因为模型是一个接近表示现实利益相关者识别。
基于动因的模型现在无处不在的造型时,电力行业(84年- - - - - -86年因为他们更高的解释力的[87年,88年)和更好的探索能力的影响越来越多的可再生能源中89年- - - - - -91年]。可替换主体系统还可以用于实际运行一个分散的电网92年,93年]。
基于动因的模型的一个应用程序的王牌,在下一节密切相关的破坏性技术创新预测技术扩散(94年),特别是可再生技术(95年- - - - - -99年]。反弹道导弹的agent-heterogeneity促进技术扩散的一个重要因素是一般(One hundred.),和环保技术具体地说,与“生态战士”和早期采用者功能启动客户(101年]。虽然有些收入差距加速采用,太多阻碍它(102年,103年]。客户和公司之间的相互作用也很重要(99年]。最后,知识的扩散传播的消费者是至关重要的扩散(与理性人模型)。一个有趣的一面是,反弹道导弹给结果,在现实中我们发现:道德劝说无效(104年]在拿走这个障碍而分级环保是非常有效的105年]。
3.2。破坏性技术创新
有机物的燃烧带来了人类迄今为止深不可测的能量(78年和繁荣79年),但现在我们正在向可再生能源转型80年]。这将不是一个增量升级而是一个革命性的系统级的变化(熊彼特的创造性破坏的传统106年与高级技术取代低级算法[]107年]。基本的原因很简单:虽然化石技术很难提高了(108年),有增加109年),甚至加速(110年- - - - - -112年返回可再生创新对太阳能、风能、电池、和合成燃料113年]。
这种改进通常使用学习曲线模型。最初的概念仅限于学习内部工厂(114年,115年),但他们现在部署在一个更大的背景下116年):许多技术表现出相对可预测的指数的发展轨迹,是一个更可靠的预测比(专家)的观点,因为人类(专家)倾向于假设线性趋势。
最著名的例子可能是摩尔定律(117年),但在能源、太阳能电池板,偷这个节目。我们已经看到,他们的价格下降21%生产每一倍(118年]。这已经导致了超过倍价格下降在过去的35年。风能的价格已经降低了十倍在相同的时间90年]。电动汽车锂电池,不追溯到但价格有所下降十倍仅在过去的17年(93年]。因此,技术优势是急剧倾斜向可再生技术。这将会继续吗?
可用性的能量不是问题:太阳给我们数千倍比我们需要更多的能量(通过辐射)[81年,82年)和一阶导数(风能)也是丰富的83年]。我们所需要的原材料并不是真正的稀缺,因为我们可以recycle-we不燃烧的东西我们可以继续使用可再生能源,直到太阳耗尽。降低价格还将继续,因为我们有许多,许多倍增和可再生能源比化石能源使用更少的原材料。例如,风间需要2克(空中风能85年每千瓦时[])和10克的材料86年,87年),而燃煤电厂燃烧约300克每千瓦时(88年,89年]。可再生能源和电动汽车运行在这只使用400公斤的电池(降至100 - 200公斤)取代超过15吨的原油在汽车的生命周期(91年,92年]。所以,如果人类文明继续化石技术很可能会流离失所。
然而,在许多领域仍可再生技术低。我们如何确保中断不停滞?克里斯腾森等人已经提出了颠覆性技术的理论来解释一个劣质的新技术能打败一个现任119年- - - - - -121年]。他们认为这项新技术可能不如从主流标准的优势,客户或公司,但是对于一些客户可能会有性能过剩沿着传统:他们获得更多的性能比他们愿意支付标准。因为消费者往往经验边际效用递减(122年),性能过剩的甚至可以规则。相互竞争的公司可以继续提高性能过剩是一种非价格分化(123年]。但性能过剩使客户产品,吸引更多的关注给价格或新标准迄今为止被认为是次要的。当权者往往这种转变,因为他们反应太慢资源依赖(124年在高价值的客户不会接受下新技术。
-阿德纳延伸颠覆性创新和基于需求和紧急的角度来看125年]。他介绍了功能阈值下面的产品和消费者不会考虑净效用阈值指定消费者将支付的最高价格,可能是基于客户内部资源(126年),能力(127年),或人力资本128年]。-阿德纳也发展一个正式的模型描述技术在细分市场X将更容易扰乱市场如果有大偏好细分市场之间的重叠。-阿德纳说,他会喜欢在公司能力,包括不对称细分市场大小和规模经济。
最后我们必须提到动态是内部技术发展轨迹的锁定。亚瑟指出,发生了这种事情,例如,我们的键盘和电网和核反应堆使用的类型109年]。它使用相同的动态收益递增,但现在已经给现任的影响日益增加的优势,有效地创建一个垄断的产品(例如,谷歌或Facebook)或技术(例如,汽油车)。最重要的是在本文的上下文中是人类的碳锁定向更多的化石燃料的使用(129年,130年]。尽管我们知道它是破坏栖息地,化石的锁定技术是由补贴和维护缺乏碳定价(131年]。它也蔓延到发展中国家132年]。我们必须能够霸占模式等创新方式打破。
让我们举个例子触摸在大多数这些问题给我们的意思。一百多年来惟一可行的可充电电池是铅酸电池。但是当笔记本电脑和手机的出现,研究轻型电池很快加剧,锂电池诞生了。这使人们制造电动跑车像特斯拉跑车改变电动汽车更好的形象。
特斯拉后来生产模型:一个高档电动汽车与美貌,范围和规格。模型年代已经开始取代许多传统汽车类型上的车。它较低的有限范围内每充电(450公里),需要更长的时间充电30分钟(约250公里),并提供优质完成。但customers-especially新技术感兴趣的人提供私人停车或公共充电器接近他们的形状,它无与伦比的加速度(速度比最快的生产跑车)和沉默和清洁133年]。一旦他们拥有车辆注意到他们喜欢在家充电(他们90%以上的时间)和范围是如何不是一个问题133年]。
电池的价格还是太高,中级车但S型的成功使特斯拉为电池(松下)一起建立一个Gigafactory让价格下降(134年]。政府补贴和充电基础设施目前也至关重要135年]。但预测显示,电动汽车将很快便宜的电池价格下跌,低能耗、低维护(135年,136年没有补贴)之后,位移将继续。这个例子中包含许多能源过渡的动态管理模型应该能够捕捉。
3.3。过渡管理
在我们看来,过渡管理丰富了基于代理理论与政治和社会学经济学和颠覆性创新的见解。也具体地址锁定化石技术。能源过渡管理出生的观察过渡到新技术常常无法成为现实,即使他们对社会有益。为了改变这一状况,转变管理人员的目标是“开发鉴定与评估技术,可以告知一个选择不同技术”从社会效益的角度137年]。后来这个技术领域扩展到“文物的互连系统,机构、规则和规范”,特别是在如何使系统过渡响应环境信号(138年]。
最近给出的概述Sengers et al。139年李,et al。140年],霍尔兹et al。141年]。据李et al。:“今天最具影响力innovation-focused过渡的研究起源于荷兰,通常被称为“荷兰的方法”。方法是从荷兰学校过渡管理(TM),战略定位管理(核),技术创新系统(TIS)和多级透视图(MLP)。”这些方法尤其适合调查社会技术转换能源供应,建筑,和运输领域,因为他们关注的手段取代现任系统与激进的替代品,混乱的现状,和快速变化的开始。
如果本文是指过渡管理,这意味着包括球形结构,延时,这。所有这些方法关注政权反对当权者和保护领域如何函数作为有益的创新孵化器(142年- - - - - -144年]。核材料(145年,146年)利用进化经济学(147年,148年),(虽然也有着很高的期许发起者承认,“我们当然过于乐观的关于核材料的潜力作为过渡”工具(149年])。延时(150年]小说这一事实变化需要同时在多个水平。顾名思义,研究技术创新系统(TIS) [151年)是专注于技术,而不是在整个能源过渡152年,153年]。然而,由于能量转换部分得到了这些技术创新系统,集成到过渡管理收益率强大的协同效应(154年,155年]。
过渡管理着手探索全新的方法来满足社会的需求,例如,能源或移动(156年,157年),在很大程度上吸引Malina和考夫曼的观点158年]关于复杂性[159年]。它结合了许多方面的其他方法,特别关注个人和组织一致的创新技术和社会目标(例如,可持续性)因为它是他们(而不是现任政权的成员),将推动改变(160年,161年]。然而,这需要“多个明确演员有区别的选择标准和行为参数,具有机构形状转换”(140年]。一个有趣的新想法是使用过渡管理角度结合危机创造的“替代物”(162年]。
目前,转变管理模式通常是定性性质。利用霍尔兹et al。141年我们得出这样的结论:量化转变管理模式是必需的,因为他们改善内部一致性163年- - - - - -165年),使理论的验证(166年- - - - - -168年]。模型还可以加强参与式过程(169年,170年)而具有挑战性的不正确的故事(171年),将相关因素引入范围(172年,173年]。最后,量化模型的使用会增加过渡管理决策者目前这是必要的,因为它很少使用141年]。
4所示。造型的要求
在本节中,我们讨论能源过渡管理建模的要求,我们推断该理论在前一节中关于造型的演员,然后对造型技术,最后对碳定价。
4.1。要求演员
以下4.4.1。详细的和异构的演员
根据过渡管理(esp。MLP),有一系列的转变途径。Geels et al。174年- - - - - -176年确认以下:(1)转换:现有一些政权规则调整的压力下,例如,社会运动,例如,采用碳捕获和储存(CCS)。(2)技术替代:新开发现有行为,它们取代了之前在政权中,例如,大规模电动汽车和太阳能。(3)重新配置:一系列新奇事物是通过在职者,这深深地改变了政权,例如,无人驾驶车辆,超级网络和智能电网。(4)De -和调整:景观的压力、不确定性和多新奇事物导致新政权,例如,太阳能+存储取代集中式能源系统与自给自足的微电网。
我们发现模型,强烈的聚合和简化演员主要捕获第一种途径。过渡管理可以捕获所有通路通过查看转换所驱动的特定的创新者的一部分利基市场和抵制特定的现任者的一部分政权。但这需要异构演员模仿的细节。
此外,演员机构。转变管理的观点机构可以描述如下:“永远不要怀疑一小群有思想的忠诚的公民可以改变世界。事实上,它是唯一“177年]。转型中的管理是演员,有违细胞核的变化(与技术突破),是否在全球层面(例如,亨利·福特,史蒂夫•乔布斯(Steve Jobs)或Elon Musk)或在当地的水平(例如,一个社区组织者或太阳能电池板和电动汽车买家)。起初,创新者的一部分利基。创建一个利基市场的创新者时加入了一群演员开放创新。一段时间后,自底向上的创新可以长出细分市场成为一个新的主体。这个概念的含义是变化引起的(组)的演员,偏离主流。所以演员尤其是可能作为创新者或早期采用者必须详细模拟。
但并不是所有的演员都是个体。能源过渡政府的重要参与者,知识机构、企业和非政府组织(178年,179年]。
不同阶段的过渡看到不同的创新者的司机。例如,太阳能电池最初开发卫星,然后采用浮标和船只,然后采用家庭在阳光明媚的电价高的国家,他们只有现在成为批发最便宜的形式的能量装置。在每个阶段创新者是不同的演员。
自底向上建模的重要性,也可以说明了我们采用了新技术的方式像个人电脑,互联网,手机和数码相机。每一个这些趋势惊讶在职者(180年),这种趋势通常低估了经济(自上而下)模型(181年]。发生类似的低估目前关于光伏,电动汽车和风力。如果我们转换视角演员实际上采用的新技术,因为他们认为这将消除低估变化的问题。
收集相关的角色和行为方式适合过渡管理可以进行访谈,焦点小组,调查人类演员和组织间,可以煽动者的多样性变化和确保他们的行为和交互模型中捕获。一个例子将是智能电网用户(182年]。表示和聚合只会是可接受的,如果一个有效的推理表明它不会降低标准演员指使、抵制改变的能力。当模型准备分析员应该更好地回归的血肉版本演员代表模型中,收集他们的反馈对他们表示。
4.1.2。交流和学习的演员
特别感兴趣的一个特征就是演员相互作用和物理基础设施。
社会技术系统的相互关系,确定很重要,例如,创新的企业家的成功(183年]。创新是由演员互动传播和互相学习184年,185年]。与物理环境的交互是同样重要的。例如,人们不能把太阳能电池板在他们的屋顶,如果他们没有屋顶和一些国家采用的陆基风力发电为别人是很容易的(如美国),而离岸风更多的逻辑(如英国和荷兰)。交通地理位置和基础设施的重要性更加明显。例如,采用电动汽车不依赖公共充电基础设施的演员,不实现。最后,参与者可以学习。这方面的一个例子,人们似乎更喜欢电动车有经验(186年]。
我们推荐的方法是复制一套代表感兴趣的环境(例如,社区)演员可以“活”,以现实的方式进行交互。例如,当模拟电动汽车充电模型房屋,停车的地方,和充电站,给演员现实的购买,充电,和驾驶行为。现实的计算机化社区可以为场景提供支架的分析员被迫“面对现实”,这是在与领域专家和决策者的互动有益,因为它为他们提供一个可辨认的接口。
4.1.3。演员有远见和谋略
过渡管理演员需要远见和战略。例如,卡尔·奔驰有远见发展内燃机(但会破产,如果他的妻子没有远见,他需要买家所以她绑架了原型做出世界上第一个“长途汽车旅行”(187年])。亨利·福特面临顾客不知道汽车是什么但他预料到汽车的时代。Elon Musk声称在一些场合,他开始特斯拉,因为他认为他可以证明电动车是很酷,即使他认为为公司成功的几率小于10%。
统计数据更为相关的例子是在太阳能电池板的投资。投资已经超过数千亿欧元只有理性,如果投资者认为是长时间框架和指数的发展。
政权演员还可以使用远见来避免挑战现状,例如,通过赞助科学家来支持他们的观点,通过支付游说者和政客,帮助保持/不均匀。
4.2。技术要求
4.2.1。准备现实,与内生学习分类
转变管理模式需要经营的技术组合与不同的价格和性能特征函数操作的边界之内,面临资源约束”(140年]。实际上,每个技术应该作为一个独立的自底向上的建模采用竞争者,包括所有等特点确定其采用空间几乎可以和克服间歇性的必要措施(如存储和智能充电的电动汽车)。
尤其重要的学习曲线是详细的在前面的理论部分。学习曲线可以外生或内生。学习曲线的分析一个例子电池Nykvist和尼尔森(188年]。他们呈现的是一个外生的反馈循环,电池生产成本下降8 - 14%每年。然后他的内生反馈循环显示电池价格在6 - 9%下降翻倍的生产能力。第二条曲线称为内源性反馈循环,因为它以本身在模型:电池销售的增加将导致相应的降低价格的电池可能导致电池销售的增加,等等。模型假设内生技术变化频繁的推荐更积极的碳减排政策,看到更快,成本更低的替代化石燃料的可持续的选择。回顾25众所周知模型得出结论,影响是显著的189年]。
反馈回路可以是负的(抑制系统的反应)或积极(迅速采取系统新状态)。正反馈循环很重要,因为“他们生成一个更丰富多样的轨迹系统可能遵循“(190年]。转变管理模式的一个目标是使决策者发现然后加速积极反馈他们认为有益的,例如,通过保护利基市场(当他们有潜力提供强大的正反馈)从政权直到他们自我推进的阻力。
另一个方面是采用自底向上的便利导致出现的新途径。自上而下模型”更倾向于悲观不是自下而上模型对能源政策的成本。这是相关的不同的范围和能源效率的改进潜力以及治疗技术变革”(181年]。Verbong和Geels175年]描述不同的路径可以导致不同的解决方案,例如,微电网,智能电网,或者超级网络(176年,191年]。通过允许新的途径以自下而上的方式出现,过渡模型让我们找到更好的方法。
4.2.2。使用真实世界的技术专家
当将现实世界转化为一个模型用这样一种方式是有价值的,现实世界的模型很容易理解专家。然后模型(例如,经济学家)和专家(例如,工程师)可以一起工作。让我们以光伏为例。
光伏生产是由许多子流程的学习不同的速率。在PV的情况下,传统的细胞片过薄硅片受益于我们的能力以一种更加高效的方式虽然薄膜技术受益于打印细胞在柔性衬底上的突破。专家可以帮助我们判断这些不同的学习曲线。他们也可以仔细检查基于预测原料使用。在PV,硅片,太阳能电池有一个最小厚度和永远不会变得更便宜比硅制成。脆弱的晶片还需要一个严格的(如玻璃)封装的厚度。这就是为什么许多专家预测,灵活的薄膜会战胜硅晶圆从长远来看。但事情可以改变:当硅的价格飙升几年前,专为太阳能光伏行业发展新的和更简单的过程(而不是借用的过程使cpu使用),现在生产太阳能硅明显比之前便宜。所以,我们必须保持监控和更新我们的模型。使用模型相似现实可以与领域专家可以帮助我们。
这使我们的研发。可以说爱因斯坦的诺贝尔奖获得者的解释光电效应铺平了道路,我们当前的计算机模型的量子差距和我们机器学习应用于模拟数字复合材料常数PV突破的一个重要因素。研发的优势是相对便宜(扩大生产规模相比),但相对较慢的劣势(尤其是大学基础研究)。因此,投资更多的光伏研发可能是一个非常具有成本效益的方式来增加学习从长远来看,但它需要远见。专家可以帮助我们在我们的模型中包含研发可能造成的影响。
尽管领域专家是至关重要的,有一个。专家们一样批评范式改变反馈循环普通人类,可以有一个高于平均水平的现状偏见(52)和系统的理由偏差(53]。也许这就是为什么说科学是进步一个葬礼,为什么科幻作家克拉克宣布他的“第一定律”如下:“当一个杰出的科学家声称某事是可能的,他几乎肯定是对的。当他声称某事是不可能的,他很有可能是错误的”192年]。这些偏见可以结合群体思维加剧确认偏误51),反过来又加剧了共享信息偏差(193年),尤其是当集团正在寻求共识(193年]。简而言之:专家往往是保守的,特别是在组织。
由于这个原因,该模型时应遵循专家的知识获取技术的动力学和约束但对未来的预测应该基于模型使我们,这可能会吃惊的是美国和专家。
4.2.3。不完美市场的外部性
通常外部性成本或收益(成本),没有内化在交易进行审查。例如,我们知道,燃烧煤炭燃料和吃肉会引起气候变化,但气候变化的成本价格不包含煤或肉。这意味着生产者可以提供低价化石燃料和肉和社会作为一个整体来买单。
政府可以移除这些市场缺陷通过征收税收,通常被称为使用原则污染者付费。但这将导致政权抵抗,例如,从化石燃料和肉的生产者和消费者。我们也面临着一个囚徒困境,行业第一个国家采取税收将很难与行业竞争从其他国家没有采用税收。所以,税收是有益的在全球范围内可以在国家层面上有害如果一些国家退出。
转变管理模式寻找有益的途径应该假设持续现状和完美的市场。相反,他们应该关注现实的干预措施的成本与效益。这些费用应该归因于个体演员在不同的水平(例如,地球、各个国家和个体生产者和消费者),这样阻力,获得可见的水平相关的决策者。这适用于所有部分的过渡管理模式但息息相关造型技术途径。
例如,路径假设消除补贴肉或迫使人们不要吃是非常不现实的。但补贴美味的肉类替代产品可能是可以实现的,尤其是在早期阶段当产量仍低。投资于研发对肉类替代品可能更划算,有更高的机会在本地收集的ROI。这样一个途径尤其承诺如果肉类替代技术有潜力变得更便宜和美味的存在一个积极的反馈回路。然后它可以取代常规肉,即使在一个不完美的市场,社会成本内部化。
因此,精心设计转变管理模式有可能转变思想堑壕战在平淡的对话要解决一个智力游戏,目的是发现一个可实现的双赢的途径。因为路径构造以自下而上的方式使用的构建块(而不是令人费解的数学)它也可以用来创造更广泛的支持所涉及的投资机会。它甚至可能说服肉生产商进入更换业务。
4.3。碳定价的要求
最后一组要求模型指导过渡到可再生能源与化石技术定价所造成的损失。本节应转变管理分析员意识到最重要的假设关于什么是通常被称为碳(SCC)的社会成本。
我们提出转变管理模式应该能够使用不同的鳞状细胞癌,根据演员,例如,一个高价格演员专注于艺术科学的状态,一个中等价格对经济学家来说,低价格决策者基于政治是什么美味,和一个微不足道的价格公司游说豁免的权力。顺便说一句这也可以是一个政权抵抗现实的方法模型。在一个理想的模型(而不是一个理想的世界),折现率应该是上下文敏感的和所有的假设都应该用户可配置的。下面我们将说明这些点的重要性。
4.3.1。经济学家与气候科学家
800估计的荟萃分析显示一个“bias-corrected”SCC在0和134美元之间,“裸”价格往往高得多(194年]。但缩小下来表明,大多数经济学家都认为37美元是安全的下界,这是许多决策者争取(195年]。欧盟ETS市场上的实际价格写的时候是4美元。为什么这是重要的可以通过一个简单的例子说明。生产一千瓦时的电力来自燃煤电厂排放1公斤左右的有限公司2(196年]。一个公司237美元每吨的价格将因此导致鳞状细胞癌的每千瓦时3.7美分。这几乎可以从煤炭电力批发价格的两倍。
实际上,经济学家可能是低估了鳞状细胞癌。诺德豪斯(可能在该领域最具影响力的经济学家)注意到气候科学家和经济学家之间的严重分歧的鳞状细胞癌。他进行了一项调查197年),得出的结论是,“一边是主流经济学家认为温室效应的可能性几乎没有问题,相信人类社会将轻而易举地适应这种变化。在另一个极端,自然科学家担心对自然系统不可逆转的影响。他们警告说不可预测的极端事件,比如洋流和季风迁移转变。(关于损害)自然科学家的估计高出20到30倍。”
气候科学家包括临界点和其他非线性关系在他们的分析198年),创建一个中断风险类似于什么是用来计算房子的火灾保险(8,40]。再加上有限的可用性的数据,让统计学家像Ikefuji等人应用Weitzman“惨淡的定理”(199年)使风险相对“肥尾”像一个学生分布(200年]。结果是数百美元的鳞状细胞癌(201年- - - - - -203年]。经济学家像诺德豪斯争端的定理的适用性204年)并将气候变化作为一个连续的成本受到成本效益分析(例如,电力的价格),到达更低的鳞状细胞癌。所以,问题就来了:我们相信估计气候变化的风险:气候科学家和经济学家?如果我们相信气候科学家,甚至如果我们选择他们,经济学家之间的中间地带,鳞状细胞癌是如此之高,化石燃料将立即十分昂贵。
4.3.2。折现未来,硬接线不平等,和定价的无价之宝
考虑未来损害的程度取决于贴现率(205年]。是最容易影响证明了一个例子。假设一个损坏一百欧元人一百年从现在。今天我们应该投资多少来防止未来的伤害呢?许多重要的经济学家(206年- - - - - -208年)说,我们不应该负担未来过度。他们这样认为的贴现率0%,想投资一百欧元现在。斯特恩(8]倡导一种妥协在1.4%(高于政府支付贷款但远低于银行问公司)导致的投资25欧元。诺德豪斯(209年)认为,这是一个普通的市场交易和通达率是4.3%,这意味着投资多一点一美元。一些共识似乎对区分建筑的利率风险资本和social-welfare-equivalent义务(例如,1%)用于鳞状细胞癌(210年,211年]。最后一个方法将验证斯特恩的大约二百欧元的鳞状细胞癌。如果你看看前面的说明你会发现这将使电力来自煤炭贵5倍。我们同意Kaplow et al。212年],贴现率太重要离开分析员,因为这个假设可以完全改变模型的输出。我们认为,折现率应该在静态的情况下用户可配置和输出(如论文报告)至少应该有敏感性分析目前显示读者不同的贴现率应用时会发生什么。
另一个鲜为人知的SCC计算的一部分根岸英一福利权重。这种机制基本上保证这笔钱不能走发达国家将工作在贫穷国家,它可以拯救更多的生命213年]。虽然这对应于政治现实是件好事的用户模型是意识到这一点,例如,因为它可以提醒他或她具有成本效益的双赢的解决方案,现在通常被遗忘的像他们原产地保护的生态系统。
定价的问题超出了打折的贫困和未来的人,忽略了灾难。经济学主要处理给商品定价人类生产和消费,在这些情况下的定价相对明确。但如何把价格对生态系统的破坏,生物多样性的丧失,蓄水层枯竭,肥沃的土壤沙漠化,搬迁的人呢?熊猫比蜜蜂吗?欧洲森林价值超过热带雨林吗?计算必须基于旅游业收益或事物能有一种内在的吗尊严康德提出了吗?有多少公里2热带雨林的消失在我们承认生物燃料和土地利用变化之间的联系?这些基本问题与规范和价值标准,只能判断主观但目前由模型决定,逃避政策讨论。
表1总结了目前已建立的要求。
5。造型方法
到目前为止,我们已经谴责均衡模型,综述了理论,并推导出需求。现在是时候来描述更好的模型如何工作。
有无数的方法来描述正在发生的事情在能源模型(28,214年- - - - - -216年]。甚至底层仿真的分类方法是不同的217年,218年]。我们将Borshchev和其他人的观点218年- - - - - -220年)来创建一个用于描述社会技术系统建模技术是如何随着时间的推移变得更加现实的帮助下电脑。
5.1。从静态到动态的系统
能源管理模式过渡关注“过渡通道动力学:评估规范的目标;激进的替代现任现状技术或行为选项;时间范围充分探索长期社会技术变化;和路径依赖”140年]。我们看到均衡模型不能产生这样的途径。系统动力学(SD)提供了一个很大的进步。SD模型由一组命令的微分和代数方程模型股票(也称为州)连接流(信号:输入和输出)221年]。这种方法成为现实后,电脑的出现。最初SD是模拟计算机上实现,运算放大器表示微分方程,但很快就变成了数字计算机(222年]。
所述技术下,一些最有趣的动态过渡管理时模型包含内生技术的学习曲线。例如,采用光伏导致规模经济使它更便宜,从而导致更多的采用,等等。在静态造型,这是一个问题,因为它可能会导致所谓的“代数循环分析解决方案只能发现使用非线性优化。这个问题经常发生在能量模型(223年]。如果时间衍生品被添加到模型中,与SD模型一样,反馈机制可以很容易地注册。
SD模型广泛应用于生物学、化学和工程(224年机电一体化()与显著的例子225年),车辆多体动力学(226年),和疾病的传播227年),还在社会科学中值得注意的例子是营销(228年];政策分析(229年];项目管理(230年];和学习(231年,232年]。许多人知道SD从研究“增长的极限”,关注人文所造成的生态问题越来越多地利用自然资源(233年,234年]。SD也被广泛应用于能源模型(235年- - - - - -241年]。在过渡管理主要用于技术创新系统的上下文(152年,155年,242年- - - - - -245年]。但吸收落后原始的期望。的创始人2007年Forrester-one SD-sketched一张SD不得不离开当前高原和攀登新山。他尤其失望缺乏使用经济学和公共部门246年]。
过渡管理相关的特点是SD模型包含股票。例如,在一个国家存在的道路、房屋、肥沃的土壤和地下蓄水层,提供淡水可以建模为代表的股票价值。甚至软性因素像共享文化和对政府的信任和民主是股市至关重要的财富,在理论上可以模仿。监控库存环境模型尤为重要。例如,污染物和温室气体的累积,蓄水层枯竭,土地利用变化的影响由于生物量的使用。
添加动态的时间之后,我们应该添加的动态空间。在能源系统的空间分布能源生产、运输和使用是高度相关的139年,247年- - - - - -250年]。例如,电厂产生的电力,风车,和太阳能电池板在特定地点,运输的地理上分布的电网带来实际成本和代理和机器所使用的约束和居民和电动汽车等都可以有所不同。
如果这是所有的活力后我们可以用离散事件模拟(DES)。顾名思义,DES处理模拟一个事件(251年)和众所周知的复杂和空间分布式排队使用Goldratt的问题和知识约束理论(252年]。简单地说:如果你想模型装配线或机场,可能是你的第一选择。
DES比SD最近因为它是更加依赖电脑:计算每一个事件,不断更新每个产品的状态和位置的运算量,特别是模型不再减少。
在大多数发达国家的地理布局这些子系统被描述和现在的形式公开shapefile。我们可以创建一个空间环境与许多层连接事件空间。让我们举个例子。电动汽车可以使用道路层来决定他们要旅行多久。居民居住的建筑层告诉我们,我们选择一个停车场接近的位置。网格层被激活电动汽车开始收费,等等。用这种方法使我们能够创建复杂的多层GIS文件,相对轻松地真实,积分模型。
现实的地理环境也有价值,当分析员与领域专家或决策者。运行模型识别地理衬底是视觉刺激,使它更容易理解所发生的模型,支持不切实际的行为的检测,并创建信任模型的结果。
5.2。从动态复杂的自适应系统
但这仍然是不够的。研究人员现在知道很多领域,当然能量和流动性,需要研究作为复杂适应系统(CAS) (253年]。首先要了解中科院系统本身是不断适应。你必须模型系统自底向上的方式使用自治演员和他们的行为在空间和时间,以及演员相互作用和他们的物理环境,系统订单出现。(这不能在系统动力学模拟或离散事件仿真254年]。)虽然没有这个订单,自上而下的控制自适应在某种意义上,个人和集体的行为变异和自组织为了创建一个系统,可以更多健壮的(255年),有弹性的(256年)比与自上而下的控制系统。互联网是一个很好的例子(257年]。
生物学是早期采用者自中科院能够描述生态系统复杂行为从简单的规则。威尔逊用它来普及社会生物学(258年),道金斯解释自私基因(259年],古德温,桑德斯改善发育生物学(260年]。中科院化学Prigogine用来增加我们的理解耗散结构和不可逆性(261年]。在粒子物理,著名的信徒是费曼和盖尔曼262年]。中科院甚至成功地应用在哲学263年]。荷兰和莱特曼使用ca创建遗传算法(264年)在荷兰还写了最好的介绍中科院(265年,266年),创造了常用的定义”系统,有大量的组件,通常称为代理人,交互和适应或学习”(267年]。
虽然早期的想法可以找到指向CAS在社会学268年)社会科学是缓慢的吸收(269年),直到1996年它才被应用到社会制度,爱泼斯坦和Axtell270年和阿克塞尔罗德271年,272年]。从1998年开始在经济学Tesfatsion发挥了关键作用[59]在2006是一个“黄金”的手册基于主体的计算经济学(55)由福斯特和强大的参数(58)和拜因霍克(273年]。
属性的复杂系统出现从底层过程之间的相互作用274年)是高度相关的转换模型(174年]。过渡管理、核材料和MLP查看过渡到可再生能源和可持续交通”一个激进的、结构变化的社会(子)系统的共同进化的结果,经济、文化、科技、生态、不同规模和机构发展水平”(159年),需要一个复杂的自适应多层次多维系统方法(158年,275年,276年]。
复杂的自适应系统可以改变他们的本体。在过渡管理这是由深一词表示的不确定性277年- - - - - -279年]。例子引入全新的技术(例如,电动汽车),取代旧技术或一种新的演员的崛起(例如,潜在客户)。这是基于主体的仿真模型,但相对容易(几乎)不可能使用其他方法。
5.3。基于主体建模
我们已经详细地谈到了基于主体的计算经济学。但基于代理模型如何工作?
首先很高兴欣赏复杂的自适应系统是违反直觉的灵长类动物的大脑由于非线性,反馈,时间延迟,和相互依赖关系231年]。各种实证研究证明了问题的严重性(280年- - - - - -284年]。幸运的是,有很多方法来模拟复杂的自适应系统使用计算机(270年,285年,286年现在我们可以开始了解他们(287年]。
模型完成这项被称为基于代理模型(基于动因的模型)。尽管反弹道导弹理论上可以追溯到一个冯·诺依曼机,第一个真正的反弹道导弹(板)上使用硬币谢林的隔离模式从1969年(288年]。在80年代,一些实验后,阿克塞尔罗德和雷诺是荷兰和米勒使用术语“代理”首次在1991年(289年),直到1996年,爱泼斯坦和Axtell [270年和阿克塞尔罗德271年社会科学)显式地引入基于动因的模型。阿克塞尔罗德,爱普斯坦称之为科学研究的第三条道路(272年,290年]:生成和自底向上和不同的归纳或演绎方法。近年来越来越多的评论注意他们的承诺对于推进社会科学(291年,292年]。正如我们已经看到,反弹道导弹正越来越多地用于经济学。
反弹道导弹现在正在接受经验社会研究(293年和社会技术系统的首选的建模方法294年,295年]。最近的评论注意反弹道导弹是现在广泛使用,例如,在健康(296年和更特别的肿瘤297年];流行病学(298年];慢性(299年和非传染性疾病300年]。其他评论看看他们使用在科学组织(301年];应急响应(302年];土地利用(303年,304年];制造(305年];生态系统管理(306年];和营销(228年,307年]。
能源系统是一种特殊、肥沃的地区与评论反弹道导弹领域的能源造型一般253年,308年- - - - - -310年),智能电网(311年- - - - - -313年),电力市场(314年- - - - - -316年),分布式发电(317年),和运输318年- - - - - -321年]。最近发现的过渡管理模式DES,六SDs,七反弹道导弹(140年)这是显著的考虑到造型世界DES和SD仍比反弹道导弹更常见。
这些代理是越来越复杂的推理。在大多数情况下,我们发现面向任务的演员是最高效和容易理解的实现,但许多作者提倡明确编程不同代理状态(219年),有些人喜欢依靠belief-intent-desire模型(322年- - - - - -324年]。利基市场,现有政权阻力可以相对轻松地模仿但应该不是由骨料但个体演员,他们包含的现实。也相对容易模型分解技术(包括内生学习曲线)和激进的创新,由企业家和决策者与战略和前瞻但减慢政权演员拥有相同的。
5.4。多级基于主体模型
最后需要多级管理模式过渡。在多级透视图(MLP),我们已经描述,上层通常被称为景观,中级水平的政权,和底部的水平利基市场(150年,191年,325年,326年]。
在全球层面上我们有诸如气候变化、巴黎条约,和技术的发展。后者的特殊利益转变管理模式,例如,价格硅太阳能电池的发展,离岸风,热泵,钴锰电池和电动汽车。我们也有研发突破,走出实验室像金属气质电池,太阳能燃料,空中风能,“想知道材料”像石墨烯的应用。所有这些发展有权形状会发生什么在其他水平通过可再生能源技术更具吸引力的演员在较低的水平。
有许多可能的中间水平,例如,一起合作,购买太阳能电池板和热泵;或一个行业网站或直辖市,决定开发不可或缺的能源计划来处理热、电、风力公园,和电动流动,使合并后的业务案例更容易;或一个国家决定促进电动汽车和改变规章制度,使无人驾驶车辆。
底部水平,例如,小公司,家庭,和个人的发展,购买和使用太阳能电池板,热泵和电动汽车。他们还可以投资或剥离技术。他们决定驱动能源转变各级但受到发展更高层次的影响。
我们理论上的模型世界上每一个演员,但不可能程序和计算。通过选择多层次的方法我们可以选择代表演员在每个级别和规模,例如,有一个演员每全球政策和技术的国家和市中级水平,也许一千个人在底部的水平。
在表2我们给的概述系统的类型和特点,探讨了。
6。建立一个模型
我们展示了转换模型所需的要求和方法,但如何建立?这个问题也会出现实际的科学论文,直到你意识到有价值的建议是在文学和这一步是多么重要的成功发展模式。本章旨在使文学的知识差距小一点。
6.1。学习的专业程序员
每个科学家都有一个习惯,进行严格的文学研究但工具和发展轨迹往往选择不严格。我们认为,在这方面,模型应该学习的人能够在大型团队开发模型包含数百万行代码:专业的程序员。有很强的相似性的面向对象(OO)编程和反弹道导弹并非巧合反弹道导弹框架的许多我们知道都是面向对象语言编写的。面向对象语言(如Java)中的条款通常有一个等价的反弹道导弹,例如,对象/代理类/物种,和方法/行动[327年]。幸运的是因为OO现在在大型软件项目的事实标准,因为它使代码易于管理,不创建“意大利面条式代码”328年]。我们建议,同样,反弹道导弹最优最造型挑战,因为它不会产生“意大利面模型。“那么,反弹道导弹可能正确的方法不仅造型复杂的自适应系统,也为其他大型建模项目。使用反弹道导弹作为组织原则与OO更易于将模型划分为独立的代理(类似于对象)和隐藏其内部工作原理(使用封装)。一个甚至可以封装整个模型。代理可以在cosimulations hotlinked和使用。
选择你的代理是类似于面向对象编程选择对象。正确的选择取决于建模情况和/或问题。然而,我们觉得我们可以提供一些一般性的指导方针,特别是我们提倡反弹道导弹的使用作为一个容器对于其他建模方法。从造型的角度来看代理应该独立做决定271年,329年,330年]。人类(如消费者)和机构或组织(例如,家庭、政府、或能源生产商)是合乎逻辑的选择。但是代理没有自觉。例如,电力线路可以是一个代理,“决定”时过载,造成停电。从编程的角度来看,代理应被视为可以独立开发的代码块。使用OO原则这样的代理应该有定义良好的接口,用于初始化行为。以这种方式可以添加到新代理模型而不影响其他代码的模型。
当然,重要的是选择一个好的编程框架,因为基于主体建模(ABM)是最近的一个现象,这些框架仍不成熟。确实有很多竞争反弹道导弹的框架基本上是同一个编程直接面向对象(OO)的语言(如Java)中的(331年]。然而,我们发现,使用一个专用的专为反弹道导弹可以大大提高生产力而设计的语言332年)(我们估计十倍)和反弹道导弹使得建模者没有计算机科学背景。为特定的应用程序开发语言被称为“领域特定语言。“MATLAB和R的工具(但不是反弹道导弹工具)的例子使用领域特定语言。最著名的框架使用一种语言对反弹道导弹被称为Netlogo尤其发达。然而,我们选择了GAMA-platform因为它结合了Netlogo的易用性与Java的成熟度(例如,基于Eclipse)。它还拥有先进的空间功能(例如,阅读和“agentify shapefile)”。像Netlogo是免费和开源使用户能够扩展领域特定语言。一些反弹道导弹框架进一步专业(例如,智能电网(333年)),但我们会警告他们的使用,因为它能抑制积分模型的开发(176年]。
开源项目的一个重要教训是,使底层代码直接下载提供了更好的错误检测和使它更容易协作模型。科学项目和公共政策,尤其是在重要且常政治化的能量模型的情况下,开源模型提供的透明度可能更重要(334年]。我们会尽量说下载的模型就像21世纪同行评议。结合基于主体和其固有的模块化与开源也使得它更容易创建大型综合模型。令人担心的是,咨询公司提供的政策建议通常不披露自己的融资或提供他们的基本模型。如果过渡管理建模者认真释放自下而上的改变和管理能源过渡335年他们应该以身作则,在线分享他们的代码。
6.2。在需要的时候创建混合模型
许多作者指出添加功能从反弹道导弹方程建立模型(298年,336年和更特别的均衡模型20.,55,217年,337年]。简而言之:复杂系统可以实现在基于动因的模型而不是均衡模型。然而,它是可能包括基于动因的模型的均衡模型。这是可能的并不意味着它是什么明智的平衡,使这一模型,表达了范式(可能只是一个坏主意19]。然而,comodelling模拟越来越普遍338年,339年),我们可以想象场景平衡驱动的代理是一个更大的复杂的自适应模型的一部分(55,337年,340年]。
实现系统动力学(SD)的股票和流动,在基于个体模型(ABM)更简单:简单地创建一个代理每存量和流量。模型在大多数情况下,你也可以只股票,包括流作为代理想着股票的行为。异质性现在可以添加将股票分割为独立的代理。例如,而不是一个代理代表一群鱼我们可能会创建单独的代理人,代表的是单一的鱼。一些鱼类可能会比其他人是不同的,可能以不同的方式处理(例如,通过释放不小心进了海豚)。可以添加更多的现实主义通过给每个代理在太空中一个独特的位置。例如,而不是一个“代理”代表“钓鱼”模型可以包含多个代理代表“渔船。“鱼的数量取决于鱼的浓度在海洋的一部分。一个应用程序在SD和反弹道导弹可以组合集成评估(341年,342年]。
同样实现离散事件刺激(DES)的反弹道导弹是很容易的。本质上都是基于位置和可以使用地图的实体在仿真有明确定义的位置。DES的事件中使用主动实现实体在空间固定位置。而不是理论上连续流动的SD, DES使用离散被动的实体,实体处理的活跃。产品装配线由人和机器在处理就是一个典型的例子。在实现DES反弹道导弹你只会实例化每个活动实体代理行为和每个被动实体代理没有行为。然而,在反弹道导弹被动实体也可以活跃。例如,当造型一个队列的人,这一模型将使你给他们中的一些行为像一走了之,相互交谈,或者开始一行。
的想法结合SD、DES和反弹道导弹公司Anylogic市场逻辑,其产品作为一种工具,可以使用所有三种模式(286年),但我们在任何反弹道导弹表明这是可能的。
6.3。建立量化的故事
基于代理模型可以很容易地添加地理图层,代理行为,和变量。优点是我们可以避免的伪造简化均衡理论也创建了一个令人困惑的自由。我们认为,解决方案是使用清晰量化的故事。故事可以包含的丰富多彩的变量的方式是有意义和难忘的人类大脑,和过渡管理已经倾向于讲故事(146年]。我们建议结合著名的壳牌场景中使用的叙事方法研究[343年)与定量过渡管理模型如本文所述,澄清,验证和量化的叙述。
使用量化的叙事方法的另一个原因是,它使我们能够解释模型做什么专家和决策者。这是必要的,因为积分和多学科模型,我们必须创建为了找到最好的途径,向可再生能源需要干预很多的专业知识。幸运的是,基于动因的模型代表现实的方式,很容易理解为领域专家和量化的叙述也可以解释模型是做什么。我们认为应该检查每反弹道导弹专家脸的有效性。这似乎并不像一个严格的测试,但正如我们所看到的例子太阳能的能源机构预测这是一个许多最具影响力的模型不能通过测试。
7所示。前景
从化石燃料转向可再生能源是一个复杂的全球性挑战。技术如离岸太阳能、空气风,电池存储、智能电网,和共享的无人驾驶电动汽车发展迅速。他们是由研发、投资者与远见,用户函数作为早期采用者,学习曲线,可以成为自给自足。过渡理论也把人的注意力吸引在利基市场的创新者与现任政权,这可能导致完全不同的系统配置。
这种发展可能导致一系列截然不同的路径。全球变暖可能会加速,这可能联合或分裂的人性。现实的碳定价或可再生能源的降价可能会导致滞留化石资产和早期化石的系统崩溃。能源系统可能成为地方和分散与用户成为生产商分享能量和存储需求。流动性可能成为服务,取代化石汽车小,共享,无人驾驶汽车。没有现有的基础设施可能超越发达国家和发展中国家。
本文所述的造型方法、至少在定量理论能够捕获这些动力学模型。基于主体建模范式也可以促进comodelling,多学科专家团队共同使用一套新的或现有的模型。结合面向对象编程技术已经使我们能够合作数百万行代码可以创建强大的模型,揭示通路对可持续能源的未来,比目前更现实和更有趣。我们希望本文能激发一些学生,教师、研究人员、决策者、和企业家。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
奥Hoekstra欣然承认ElaadNL基金会的赞助这项研究。