Quantificação do valor financeiro da tecnologia de descarbonização de edifícios sob incerteza: integração de modelagem de energia e análise de investimentos
Abstrair
O ambiente construído é responsável por aproximadamente 40% das emissões globais. A avaliação dos retornos ligados aos investimentos em descarbonização de edifícios é impedida quando confrontada com incertezas em torno dos preços futuros da energia, regulamentos de emissões de edifícios e condições do mercado imobiliário. Este artigo desenvolve uma estrutura integrada que combina modelagem energética com análise de investimentos para apoiar a adoção de tecnologias descarbonizantes em um contexto de incerteza. A estrutura integrada inclui projeções de custos e benefícios associados à adoção de tecnologia (ou seja, mudanças nos fluxos de caixa de aluguel, taxas de vacância, custos de manutenção e energia) sob uma ampla gama de caminhos potenciais dos mercados de energia e ambiente regulatório, e demanda do mercado imobiliário local por edifícios verdes usando simulações de Monte Carlo. Além disso, este artigo desenvolve a abordagem para investigar o valor potencial da flexibilidade no projeto para eletrificação de edifícios (ou seja, a capacidade de eletrificar totalmente os sistemas de aquecimento a gás em um ano posterior). Ilustramos o uso dessa abordagem em um estudo de caso de um novo edifício de escritórios na cidade de Nova York, confrontado com escolhas de projeto entre gás natural e sistemas de aquecimento eletrificados. Consideramos 10.000 cenários que alteram futuras penalidades de emissão de gases de efeito estufa, investimentos na rede elétrica local, condições do mercado imobiliário local e preços de energia. Em aproximadamente 60% das simulações, a decisão mais rentável para o proprietário do edifício é adotar um sistema de aquecimento movido a gás natural. No entanto, adotar um projeto de construção que forneça a um edifício a flexibilidade de eletrificar totalmente em uma data posterior é mais lucrativo do que um edifício de aquecimento a gás natural em 96% dos cenários. Uma análise de sensibilidade mostra que o parâmetro mais influente na avaliação de uma opção de design é o tamanho dos prêmios verdes associados à melhoria da eficiência energética.
Introdução
Globalmente, os edifícios consomem aproximadamente 35% da energia total e são responsáveis por 38% das emissões de CO2 [1]. Como tal, o setor da construção representa um alvo fundamental para a descarbonização. A partir de 2022, mais de 300 cidades dos EUA1 divulgaram, ou estão em processo de desenvolvimento, planos de ação climática para delinear seus compromissos para alcançar baixos níveis de emissões nas próximas décadas. Além disso, muitas grandes cidades, incluindo Nova York, estabeleceram a meta de atingir emissões líquidas zero até 2050 ou antes. Para atingir essas metas, os tomadores de decisão do setor privado, como proprietários de edifícios, incorporadores de edifícios, investidores imobiliários e inquilinos, estão se tornando cada vez mais pressionados a investir em medidas de eficiência energética e eletrificação por meio de penalidades monetárias, como a Lei Local 97 em Nova York2, a Lei de Relatório e Divulgação de Energia de Edifícios 2.0 ("BERDO 2.0") em Boston3 ou o Padrão de Desempenho Energético de Edifícios ("BEPS") em Washington, 4 d.C.
Para cumprir esses planos e atender à crescente demanda dos consumidores por redução de emissões de carbono, os tomadores de decisão precisam investir em tecnologias de descarbonização. Estas decisões de investimento implicam um compromisso entre os custos de execução de um investimento e os benefícios futuros obtidos com o investimento [2]. O horizonte de investimento de várias décadas deste tipo de investimentos, juntamente com a mudança do ambiente político e das condições de mercado nos mercados de energia e imobiliário, criam todos os tipos de incertezas nos custos e benefícios futuros estimados da decisão de investimento. Para avaliar adequadamente a decisão de adotar tais tecnologias, é necessária uma modelagem financeira e energética rigorosa, juntamente com a integração de incertezas futuras [3]. As incertezas que afetam a avaliação de um investimento em uma tecnologia podem incluir fatores microeconômicos, como custos de capital e operacionais, bem como fatores macroeconômicos, como preços de energia, demanda do consumidor por tecnologias de descarbonização e outros fatores, como mudanças na política (local ou nacional) em relação a penalidades associadas a emissões, subsídios ou mudanças na infraestrutura energética (por exemplo, mix energético no setor). Neste contexto, o edifício pode ser exposto a um vasto leque de cenários que afetam a rentabilidade e, consequentemente, a viabilidade financeira dos investimentos descarbonizantes em resultado de alterações nos custos energéticos, emissões de gases com efeito de estufa ou da valorização desta característica do edifício no mercado imobiliário.
Este artigo descreve uma estrutura que integra ferramentas de três disciplinas diferentes (energia, finanças e análise de incerteza) para apoiar avaliações abrangentes da adoção de tecnologias descarbonizantes. Os modelos energéticos tradicionais não fornecem uma avaliação explícita da incerteza em torno dos parâmetros económicos e políticos do modelo (por exemplo, preços da energia, prémios de renda, penalizações, etc.) e, em vez disso, a maioria dos resultados de concepção de tais modelos baseia-se em valores determinísticos (para uma discussão exaustiva do papel da incerteza nos estudos no domínio do desempenho energético, ver [4]).
Tradicionalmente, os modelos e estruturas que visam combinar modelagem energética robusta com modelagem financeira baseiam-se em premissas fixas em parâmetros como um orçamento fixo [5], com foco principalmente na redução dos períodos de retorno [6], e não incorporam incerteza nos preços da energia, condições de mercado e marcos regulatórios (ou seja, impostos ou penalidades). Uma exceção notável é Burhenne et al., que incorporaram os métodos de Monte Carlo ("MC") em um modelo de custo-benefício para avaliar o investimento de um sistema solar térmico em um edifício. As simulações MC variaram parâmetros econômicos, como taxas de juros, taxas de inflação, preços de gás, bem como parâmetros técnicos, como o fluxo de massa de água quente e as taxas de mudança de ar. Os resultados constataram que havia uma probabilidade de 9% de que o investimento gerasse um valor presente líquido positivo ("VPL") [4]. Embora os investidores estejam enfrentando inúmeras incertezas (por exemplo, regulamentação, preços de combustíveis fósseis, etc.) em torno da eficiência energética dos edifícios em seus portfólios, há uma escassez de estudos que forneçam estruturas de tomada de decisão para os proprietários de edifícios.
Nosso artigo se baseia nessa literatura existente e propõe um método que integra modelagem energética de edifícios, análise financeira imobiliária e análise de incerteza em uma ferramenta de tomada de decisão que apoia investimentos em descarbonização de edifícios. Ao integrar esses três aspectos-chave, a ferramenta fornece uma maneira para os tomadores de decisão caracterizarem quantitativamente os riscos de investimentos específicos em tecnologias de descarbonização sob incerteza no desenvolvimento tecnológico, fatores macroeconômicos e regulamentações. Para demonstrar seu valor, o artigo o aplica à avaliação de um estudo de caso relevante: a eletrificação de um novo edifício de escritórios em Nova York.
Trechos de seção
Metodologia
A ferramenta descrita neste artigo integra um modelo energético de construção e um modelo financeiro para analisar os custos e benefícios de um investimento em energia sob incerteza futura. O modelo de energia do edifício produz uma gama de valores para o uso de energia do edifício, que são usados para calcular as emissões de CO2 e os custos operacionais de um edifício. Outros custos, incluindo custos regulatórios (que podem depender das emissões de CO2 ou do uso de energia dos edifícios, dependendo do regulamento) e custos de capital, também
Visão geral
Para demonstrar a estrutura, comparamos os riscos e benefícios de duas opções principais de projeto de edifícios na cidade de Nova York: (A) construir um novo edifício de escritórios com água movida a gás natural e aquecimento de espaço e (B) construir um edifício de escritórios totalmente eletrificado (ou seja, usa bombas de calor de fonte de ar (ASHPs) para aquecimento de água e ar). Depois de comparar essas duas opções de projeto, também avaliamos o valor de uma terceira opção de projeto, (C), que envolve a construção de um novo edifício com gás natural
Conclusão e discussão
Neste artigo, desenvolvemos uma estrutura de tomada de decisão para analisar a viabilidade financeira de investimentos descarbonizantes em edifícios. Essa estrutura integra simulações de desempenho de edifícios, técnicas de análise financeira imobiliária e quantificação de incerteza de uma variedade de parâmetros influentes. Ao fazer isso, supera as limitações de cada método de análise individual, disponível na prática para uma das partes do processo de desenvolvimento (arquitetos, engenheiros e imóveis...
Fonte: Sciencedirect