A study on low carbon development with a computable general equilibrium model application to vietnam

KYOTO UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF ENGINEERING DEPARTMENT OF URBAN AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING A Study on Low Carbon Development with a Computable General Equilibrium Model - Application to Vietnam - TRAN Thanh Tu August 2012 Table of Contents Table of Contents i List of Tables v List of Figures vi List of Abbreviations ix EXECUTIVE SUMMARY CHAPTER 1.1 INTRODUCTION Rationale 1.1.1 International framework towards global GHG emissions reduction   5 1.1.2 Legal frameworks towards Climate Change mitigation in Vietnam . 6 1.1.2.1 Socio-economic development framework   7 1.1.2.2 Energy development framework   7 1.1.2.3 Environmental protection and climate change mitigation framework   8 1.1.3 Concrete actions of Vietnamese Government towards LCD Plan   8 1.2 Research objectives and activities 1.3 Research originalities 10 1.3.1 National-based scenario development for Vietnam   11 1.3.2 New application theme of CGE model for Vietnam   12 1.3.3 Estimation of AIDADS function and its integration in AIM/CGE model   13 1.4 Structure of this dissertation 13 References (Chapter 1) 15 CHAPTER 2.1 METHODOLOGICAL LITERATURE REVIEWS 17 National-based LCD studies in the world 17 2.1.1 World Bank’s LCD studies for six emerging economies   17 2.1.2 DIIS’s  conference  on  the  LCD  and  poverty  reduction  in  low  income  countries   18 2.1.3 ECN’s project on LCD strategies  . 19 2.1.4 International research network towards LCS studies in Asian countries   20 2.2 Previous applications of CGE models 21 2.2.1 Extension and application of CGE models for LCD analysis   21   2.2.1.1 IMAGE   22 2.2.1.2 IGEM  . 23 2.2.1.3 ADAGE   24 i  2.2.1.4 ENVISAGE   25 2.2.1.5 GCAM  . 27 2.2.1.6 IMACLIM   28 2.2.1.7 LINKAGE   29 2.2.2 Application of CGE models in Vietnam   30 2.3 2.2.2.1 Static CGE models   30 2.2.2.2 Dynamic CGE models   32 Improvement of consumption function in CGE model for LCD analysis 33 References (Chapter 2) 35 CHAPTER RESEARCH METHODOLOGY 38 3.1 Outline of methodological framework 38 3.2 Detail methodology 40 3.2.1 National-based scenario database development   40 3.2.1.1 Overview   40 3.2.1.2 Description  . 41 3.2.1.3 Data input   45 3.2.1.4 Main mathematical equations   45 3.2.2 AIM/CGE[basic] model   47 3.2.2.1 Overview   47 3.2.2.2 Description  . 48 3.2.2.3 Data input   51 3.2.2.4 Main mathematical equations   53 3.2.3 Estimation  of  AIDADS  parameters  and  its  integration  in  AIM/CGE[basic]  model   67 3.2.3.1 Overview   67 3.2.3.2 Description  . 68 3.2.3.3 Data input   69 3.2.3.4 Integration of AIDADS function in AIM/CGE[basic] model   71 3.2.3.5 Main mathematical equations   72 References (Chapter 3) 76 CHAPTER REVIEW OF VIETNAMESE OUTLOOK TOWARDS LOW CARBON DEVELOPMENT 77 4.1 Analysis of Vietnam historical development and energy consumption 77 4.1.1 Economic structure  77   ii 4.1.2 Energy consumption   78 4.1.3 CO2 emissions   78 4.1.4 Main drivers of CO2 emissions   79 4.2 Socio-economic outlook of Vietnam 81 4.2.1 Population and urbanization  . 81 4.2.2 Economic status and development targets   82 4.3 Energy outlook of Vietnam 83 4.3.1 Energy development in Vietnam   83 4.3.1.1 Coal   84 4.3.1.2 Oil, gas and Petroleum products  . 85 4.3.1.3 Electricity   85 4.3.1.4 Nuclear Power   89 4.3.1.5 Renewable energy   90 4.3.2 Energy price in Vietnam   92 4.3.3 Energy saving, efficiency and conservation in Vietnam   94 4.3.4 Carbon Capture and Storage (CCS) in Vietnam   95 References (Chapter 4) 97 CHAPTER VIETNAM’S FUTURE LOW CARBON SOCIETY AND ITS IMPLICATIONS 99 5.1 Visions of future society in Vietnam 99 5.1.1 National-based scenario for main socio-economic indicators   99 5.1.1.1 Socio-economic indicators   100 5.1.1.2 Housing and Transportation   101 5.1.1.3 Energy consumption  . 103 5.1.2 Description of future societies   105 5.2 5.1.2.1 A Scenario of rather STAGnant Society (SSTAG)   110 5.1.2.2 A Scenario for Low Carbon Society (SLCS)   113 Economic implications of future LCD 115 5.2.1 Technology change and energy efficiency   116 5.2.2 Transportation   117 5.2.3 Economic structure and trade   119 5.2.4 Price change   124 5.2.5 GDP loss   127 5.3 Social implications of future LCD 130   iii 5.3.1 Employment and income   131 5.3.2 Change in price of goods and services for household consumption   135 5.3.3 Household expenditure   138 5.4 Energy and environmental issues of LCD in Vietnam 140 5.4.1 Energy supply and consumption  . 140 5.4.2 Power generation  146 5.4.3 GHG emissions and reduction measures   149 5.4.4 CCS technology and carbon price   151 References (Chapter 5) 153 CHAPTER 6.1 CONCLUDING REMARKS AND DISCUSSIONS 154 Concluding remarks 154 6.1.1 Summary of economic implications  155 6.1.2 Summary of social implications  159 6.1.3 Summary of energy and environmental issues of LCD in Vietnam   162 6.2 Discussions 166 ACKNOWLEDGEMENT 170 APPENDICES 173 Appendix A – List of Vietnamese legal documents 173 Appendix B - Mathematical summary statements in National Scenarios Development System 176 Appendix C - Mathematical summary statements in AIM/CGE[basic] model 178 Appendix D - Mathematical summary statements in AIDADS consumption function 203 Appendix E - Mathematical summary statements in Reconciliation System 206 Appendix F - List of units 207   iv List of Tables Tables Page Table 1.1: Summary of CGE model applications for Vietnam   12 Table 2.1: Summary of ESMAP’s activities and outputs towards LCD studies   18 Table 2.2: List of research institutes in LCS-RNet  . 21 Table 3.1: List of macro parameters and potential drivers   42 Table 3.2: List of collected indicators in Driver field   44 Table 3.3: List of collected indicators in Energy field   45 Table 3.4: CCS technology cost   51 Table 3.5: Indicators of input assumption for AIM/CGE[basic] model   52 Table 3.6: Description of GHG emissions reduction measures  . 52 Table 3.7: Households classification for AIDADS parameters estimation   69 Table 3.8: Group of sector and commodity classification  . 69 Table 3.9: Availability of observations   70 Table 3.10: Summary of Setting initial values and bounds   75 Table 4.1: Economic development targets of Vietnam   83 Table 4.2: Primary energy demand and domestic production outlook  83 Table 4.3: Final energy demand outlook   84 Table 4.4: Summary of targeted electricity production capacity of Vietnam   87 Table 4.5: Vietnam Power demand forecast   88 Table 4.6: Energy price of Vietnam (in 2006)   92 Table 4.7: Household electricity pricing system of Vietnam   93 Table 4.8: By-purpose electricity pricing system of Vietnam  . 94 Table 5.1: Key features of SSTAG and SLCS and their scenarios   109 Table 5.2: Key features of BaU_SSTAG and CM_SSTAG   112 Table 5.3: Key features of BaU_SLCS and CM_SLCS   115 Table 5.4: Economic structure of SSTAG and SLCS   119 Table 5.5: GDP loss (-) of reducing GHG emissions (% of total GDP in BaU)   128 Table 5.6: Technologies for reducing non-energy-related emissions   151 Table 6.1: Summary of GHG emissions target and GDP loss  . 168   v List of Figures Figures Page Figure 1.1: Overview of research framework  . 10 Figure 3.1: Overview of methodological framework   38 Figure 3.2: Overview of National-based Scenario Development   41 Figure 3.3: Structure of National-based Scenario Development   43 Figure 3.4: Overview of AIM/CGE[basic] model   48 Figure 3.5: Overall structure of AIM/CGE[basic] model   49 Figure 3.6: Production structure in AIM/CGE[basic] model   50 Figure 3.7: Overview of AIDADS function estimation   68 Figure 3.8: Overview of integrating AIDADS function into AIM/CGE[basic] model  71 Figure 4.1: GDP change by sectors   77 Figure 4.2: Energy consumption change by sectors   78 Figure 4.3: CO2 emissions by sectors   79 Figure 4.4: Changes of population, GDP, energy consumption, and CO2 emissions  . 80 Figure 4.5: CO2 emissions changes by decomposed factors   80 Figure 4.6: CO2 emissions changes by decomposed factors in transport sector  . 80 Figure 4.7: CO2 emissions changes by decomposed factors in utility sector   80 Figure 4.8: CO2 emissions changes by decomposed factors in heavy industry sector   81 Figure 4.9: CO2 emissions changes by decomposed factors in light industry sector   81 Figure 4.10: Projection of Vietnam total population and population growth rate   82 Figure 4.11: Map of Zoning power system in Vietnam   86 Figure 5.1: Total population scenarios of Vietnam  . 100 Figure 5.2: Total employment scenarios of Vietnam   100 Figure 5.3: GDP scenarios of Vietnam (mil. 2005US$)  . 101 Figure 5.4: Floor area per person scenarios of Vietnam  102 Figure 5.5: Passenger transportation volume (mil.passenger-km)  . 102 Figure 5.6: Freight transportation volume (mil.ton-km)  . 103 Figure 5.7: Total final energy consumption by energy types   104 Figure 5.8: Total energy consumption by economic sectors  . 105   vi Figure 5.9: Key scenario indicators of SSTAG and SLCS societies   105 Figure 5.10: GDP projections from international and domestic sources   106 Figure 5.11: Annual population and GDP growth rate of SSTAG and SLCS  107 Figure 5.12: Reduction of transport demand in CM cases (% of demand in BaU)   117 Figure 5.13: Truck transport demand and its energy consumption   118 Figure 5.14: Total passenger transport demand and its energy consumption  . 119 Figure 5.15: Total import (-) and export (+) of goods and services (mil. 2005USD)   120 Figure 5.16: Change in import of goods and services in CM cases (% of total in BaU)  121 Figure 5.17: Change in export of goods and services in CM cases (% of total in BaU) . 123 Figure 5.18: Change in price of energy and non-energy commodities in SSTAG  . 125 Figure 5.19: Change in price of energy and non-energy commodities in SLCS   127 Figure 5.20: Total GDP and GDP per capita (at Market Exchange Rate, MER)   128 Figure 5.21: Payment of industry in BaU_SSTAG and BaU_SLCS   129 Figure 5.22: Change in payment of industry in CM cases (% of total payment in BaU) 130 Figure 5.23: Total population and total employment in Vietnam   131 Figure 5.24: Total employment by economic sectors in SSTAG and SLCS   132 Figure 5.25: Change in employment demand in CM cases (% of total demand in BaU) 133 Figure 5.26: Total household income and the implications   133 Figure 5.27: Total household income by sources  134 Figure 5.28: Change in total household income by sources in CM cases (% of BaU)   135 Figure 5.29: Change in price of commodities for household consumption in SSTAG   136 Figure 5.30: Change in price of commodities for household consumption in SLCS   137 Figure 5.31: Total household expenditure and expenditure per capita   138 Figure 5.32: Household expenditure share of commodities in SSTAG  . 139 Figure 5.33: Household expenditure share of commodities in SLCS   140 Figure 5.34: Total primary energy supply in STTAG   141 Figure 5.35: Total primary energy supply in SLCS   142 Figure 5.36: Total final energy consumption (by energy types) in SSTAG   143 Figure 5.37: Total final energy consumption (by energy types) in SLCS   144 Figure 5.38: Total final energy consumption (by sectors) in SSTAG  144 Figure 5.39: Total final energy consumption (by sectors) in SLCS . 145   vii Figure 5.40: Energy intensity (at Market Exchange Rate, MER)   146 Figure 5.41: Power generation by energy types in SSTAG   147 Figure 5.42: Power generation by energy types in SLCS   148 Figure 5.43: Total GHG emissions and emission intensity   149 Figure 5.44: GHG emissions reduction measures  . 150 Figure 5.45: Carbon Capture and Storage (CCS) technology and carbon price   152 Figure 6.1: Possibility of feasible LCS in Vietnam   168   viii List of Abbreviations ADB    Asian Development Bank  AIDADS  An Implicitly Directly Additive Demand System  ASEAN  Association of South East Asian Nations  AIM/CGE  Asian Integrated Modeling/Computable General Equilibrium  BaU    Business-as-Usual case  C&C    Contraction and Convergence  CDM    Clean Development Mechanism  CGE    Computable General Equilibrium  C.I.F    Cost Insurance and Freight  CM  Counter-Measure case    EEDD   Energy Economic Driver Database  EIOT    Energy Input-Output Table  ESMAP   Energy Sector Management Assistance Program  F.O.B    Free On Board  GAMS   General Algebraic Modeling System  GDP    Gross Domestic Product  GDX    GAMS Data Exchange  GHG    Greenhouse Gases  GMID   Global Market Information Database  GTAP    Global Trade Analysis Project  GtCO2eq  Giga-ton Carbon dioxide equivalent  ICP  International Comparison Program    IDA     International Development Association  IEA  International Energy Agency    IEEJ     Institute of Energy Economics Japan  IPCC    Intergovernmental Panel on Climate Change  LCD    Low Carbon Development  LCS    Low Carbon Society  LES     Linear Expenditure System    ix ... An Implicitly Directly Additive Demand System  ASEAN  Association of South East Asian Nations  AIM/CGE  Asian Integrated Modeling /Computable? ?General? ?Equilibrium? ? BaU    Business-as-Usual case  C&C    Contraction and Convergence ... Greenhouse Gases  GMID   Global Market Information Database  GTAP    Global Trade Analysis Project  GtCO2eq  Giga-ton? ?Carbon? ?dioxide equivalent  ICP  International Comparison Program    IDA     International? ?Development? ?Association ... training  and  public  awareness  raising;  integration  climate  change  into  sustainable  development? ? program  and  systematic  observation and climate change monitoring information, etc.  MONRE