تعیین بهینه قیمت کربن با در نظر گرفتن منافع سلامت انسان ناشی از کاهش انتشار آلاینده‌های هوای سیستم انرژی شهری

هدف: یکی از روش‌ها کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای تعیین قیمت کربن است. این قیمت‌گذاری نه‌تنها شرایط بهینه سیستم انرژی و ترکیب فناوری‌های آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد، بلکه به الگوهای جدید انتشار آلاینده‌ها نیز منجر می‌شود. از سوی دیگر، ساختار سیستم انرژی تاثیر قابل‌توجهی بر قیمت مناسب کربن دارد، لذا استفاده از یک مدل‌سازی یکپارچه در این زمینه ضروری است.روش پژوهش: در این مطالعه، یک مدل یکپارچه انتشار- سلامت- انرژی دوسطحی برای تعیین بهینه قیمت کربن توسعه داده شده است. در این مدل حداقل قیمت کربن تعیین می‌گردد به شرط آن که مدل یکپارجه نیز در شرایط بهینه قرار داشته باشد. این مدل به کمک یک الگوریتم تکراری قیمت بهینه کربن را در سال‌ها و سناریوهای مختلف ارائه می‌دهد. مدل یکپارچه به صورت نرم با مدل‌های تدوین سناریوها، مدل‌ریزمقیاس‌نمایی، مدل تقاضای حمل‌ونقل و تقاضای انرژی یکپارچه شده است و به صورت سخت با مدل‌های عرضه انرژی، انتشار و سلامتی یکپارچه شده است.یافته‌ها: با اعمال این مدل در چهار سناریوی مختلف در تهران، قیمت‌های کربن بین 3 تا 8 دلار به ازای هر تن معادل دی‌اکسیدکربن محاسبه شد که بسته به سال و سناریو متفاوت است. این در حالی است که با این قیمت حداقلی اهداف محیط‌زیستی هر سناریو شامل کاهش انتشار و خالص انتشار صفر اجرا می‌گردد و در عین حال حداقل تغییر در تعادل بازار را ایجاد می‌کند. این موضوع با توجه به این که در این مطالعه همسودی تغییر اقلیم و اقتصاد در مدل یکپارچه ارزیابی شده است قابل درک است زیرا پتانسیل‌های سودآوری کاهش انتشار زیادی در این محدوده وجود دارد.نتیجه‌گیری: این مطالعه نشان می‌دهد که کاهش انتشار و حتی دستیابی به هدف خالص انتشار صفر در سیستم انرژی امکان‌پذیر است. برای دستیابی به این موضوع می‌توان از اعمال قیمت کربن استفاده کرد. بنابراین نیاز به قیمت گذاری بهینه کربن است تا بهینه‌سازی منافع زیست‌محیطی، سلامت، و اقتصادی به‌صورت هم‌زمان صورت بگیرد. به این منظور می‌توان از مدل‌های ارزیابی یکپارچه استفاده کرد. این مطالعه نشان داد که قیمت‌گذاری کربن با این روش نه تنها می‌تواند اهداف محیط‌زیستی کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای را میسر نماید بلکه امکان داخلی‌سازی هزینه‌های سلامتی ناشی از آلودگی هوا و تغییر اقلیم را هم دارد. نتایج و روش این پژوهش رویکردی مناسب به تصمیم‌گیران و محققان این حوزه می‌دهد. از طرفی استفاده از این روش در سایر مطالعات و همچنین درونی کردن سایر هزینه‌های خارجی با این روش پیشنهاد می‌گردد.

optimal carbon pricing considering human health benefits from the reduction in air pollutant emissions in urban energy systems

objective: carbon pricing is a critical tool for achieving environmental objectives while maintaining economic equilibrium, yet determining an optimal carbon price remains a complex challenge. carbon pricing not only influences the optimal conditions and the technological composition of the energy system but also leads to new emission patterns. the energy system has a lot of external costs, including social, health, ecosystem damage, and resource depletion. it is essential to set taxes in a way that minimizes market disruptions while internalizing externalities. greenhouse gas (ghg) emissions penalty (gp) cannot only reduce health costs due to global warming but also, through a co-benefit approach, reduce health costs associated with air pollution. thus, this study estimates the level of gp with the aim of internalizing the human health costs of global warming and air pollution. the structure of the energy system significantly affects carbon emissions and pricing, necessitating an integrated modeling approach.method: this study developed a novel bi-level integrated assessment model of emission-health-energy, where the lower level optimizes the energy system and the upper level optimizes the carbon price. the shared socioeconomic pathways (ssp) scenarios depict the socioeconomic status, while the representative concentration pathways (rcp) scenarios represent the climatic conditions. based on the rcp scenarios, general circulation models (gcms) are applied to determine the climate condition. a data-driven regional climate model (rcm) is developed to estimate climate conditions in the study area.at the upper level, the objective function seeks to minimize the gp annually. in the gp approach, the price should compensate for the health costs stemming from climate change and air pollution. this approach emphasizes that gp has the capacity to offset the damages caused by air pollution, effectively demonstrating a co-benefit between carbon emissions and air pollution in policy-making. in this approach, the discounted ghg emission penalty in each year is equal to discounted health costs.in the first step, the more complex lower-level model was developed. after running the integrated energy-health-emission model at the lower level, the outputs were compared to verify whether the discounted health costs match the discounted ghg emission penalty. if this condition was not satisfied, the gp would be adjusted; otherwise, the optimal pathway for the energy supply chain and the optimal gp were determined.results: this model was applied to four scenarios within a case study. the model revealed carbon prices ranging from $3.3 to $7.9 per tco2eq, varying across years and scenarios. the results demonstrated the importance of considering economic benefits in carbon pricing, highlighting significant differences compared to previous studies.conclusions: the proposed model provides a robust tool for policymakers to align carbon pricing with environmental and climate policy while maintaining economic stability. by linking energy system optimization, health cost internalization, and climate policy, this framework designs efficient carbon policies. future research could expand its applicability to other regions and externalities, further refining the balance between sustainability and economic growth.