Εναλλακτικές προσεγγίσεις για τη µέτρηση της περιβαλλοντικής επίδοσης. Η περίπτωση της ηλεκτροπαραγωγής από θερµικούς σταθµούς Ιωάννης E. Τσώλας Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Εφαρµοσµένων Μαθηµατικών και Φυσικών Επιστηµών, Τοµέας Ανθρωπιστικών, Κοινωνικών Επιστηµών και ικαίου Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου, 157 80 Αθήνα E-mail: itsolas@central.ntua.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η παρουσίαση του µεθοδολογικού πλαισίου για τη µέτρηση της περιβαλλοντικής επίδοσης στην περίπτωση της ηλεκτροπαραγωγής από θερµικούς σταθµούς. Το µεθοδολογικό πλαίσιο, που βασίζεται σε εναλλακτικές προσεγγίσεις, αποσκοπεί στην κατάρτιση σταθµισµένων συνολικών δεικτών περιβαλλοντικής επίδοσης στη βάση της τεχνικής της Περιβάλλουσας Ανάλυσης εδοµένων (Data Envelopment Analysis) και στην κατάρτιση συνολικών δεικτών περιβαλλοντικής επίδοσης που χρησιµοποιούν αυθαίρετους συντελεστές στάθµισης. Η περιβαλλοντική επίδοση ορίζεται στη βάση συστηµικής ανάλυσης όπου η επιχείρηση αποτελεί υποσύστηµα δύο διακριτών συστηµάτων: του οικονοµικού συστήµατος και του οικολογικού συστήµατος. Για την κάθε προσέγγιση παρουσιάζονται οι απαιτήσεις όσον αφορά τα απαραίτητα δεδοµένα και τα προτεινόµενα υποδείγµατα για την κατάρτιση των συνολικών δεικτών καθώς επίσης και τα στατιστικά εργαλεία που χρησιµοποιούνται για τη σύγκριση των αποτελεσµάτων των εναλλακτικών προσεγγίσεων. Η σύνοψη των συµπερασµάτων της εργασίας αναφέρεται κυρίως στη συνεισφορά του µεθοδολογικού πλαισίου όσον αφορά στη µέτρηση της περιβαλλοντικής επίδοσης, σύµφωνα µε τις επιµέρους εφαρµογές των εναλλακτικών προσεγγίσεων τόσο στον ελλαδικό όσο και στο διεθνή χώρο, καθώς και στις δυνατότητες περαιτέρω ανάπτυξής του. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η συµβολή των επιχειρήσεων στην αειφόρο ανάπτυξη (sustainable development) αναγνωρίζεται ως ένα σηµαντικό κριτήριο επίδοσης και για το λόγο αυτό η παραγωγή συνολικών µέτρων επίδοσης που αντανακλούν περισσότερες της µιας διαστάσεις της αειφορίας αποτελούν πρωταρχικό στόχο των επιχειρήσεων στο πλαίσιο της ανάπτυξης συστηµάτων µέτρησης της επίδοσης σε εταιρικό επίπεδο. Τα συστήµατα µέτρησης της επίδοσης σε εταιρικό επίπεδο στοχεύουν στην παραγωγή µέτρων µε στόχο την αξιολόγηση της λειτουργίας των επιχειρήσεων όσον αφορά στη διαχείριση των πόρων λαµβάνοντας υπόψη εκτός από την οικονοµική και την περιβαλλοντική διάσταση και επιπρόσθετα και την κοινωνική διάσταση της αειφορίας. Τα µέτρα που παράγονται στην πρώτη περίπτωση είναι γνωστά ως συνολικοί δείκτες περιβαλλοντικής επίδοσης (aggregate environmental performance indicators) και στη δεύτερη περίπτωση ως δείκτες αειφορίας (sustainability indicators). Η περιβαλλοντική επίδοση αντανακλά την αποτελεσµατικότητα και αποδοτικότητα των επιχειρήσεων όσον αφορά στη χρησιµοποίηση των πόρων λαµβανοµένης υπόψη της περιβαλλοντικής διάστασης (Gee 2001), ενώ οι δείκτες αειφορίας λαµβάνουν υπόψη και την κοινωνική διάσταση (βλ. Tyteca 1999). 2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙKΟ ΠΛΑΙΣΙΟ Η λειτουργία της επιχείρησης λαµβανοµένης υπόψη της περιβαλλοντικής διάστασης παρουσιάζεται στο σχήµα 1. ------------------------------------------------------------------------------- Λιγνίτης και φυσικό αέριο στην ηλεκτροπαραγωγή της χώρας, ΤΕΕ, Αθήνα, 9-10 Ιουνίου, 2005
Σχήµα 1. Λειτουργία της επιχείρησης και περιβαλλοντική διάσταση. Οι εναλλακτικές προσεγγίσεις που χρησιµοποιούνται για την κατάρτιση σταθµισµένων συνολικών δεικτών περιβαλλοντικής επίδοσης διακρίνονται (βλ. επίσης University of Sussex et al. (2001)): α) στις τεχνικές που χρησιµοποιούν αυθαίρετους συντελεστές στάθµισης, όπως π.χ. το µοντέλο των Jaggi and Freedman (1992) (βλ. επίσης Färe et al. 1996, Tyteca 1996, Tyteca 1997, Tyteca 1999) και β) στους δείκτες που παράγονται µέσω της εφαρµογής της Περιβάλλουσας Ανάλυσης εδοµένων (productive efficiency indicators) Κατά την εφαρµογή των τεχνικών που χρησιµοποιούν αυθαίρετους συντελεστές στάθµισης για την παραγωγή των δεικτών εφαρµόζονται διαδοχικά η κανονικοποίηση/οµαλοποίηση, προτυποίηση και σύνθεση (σχήµα 2). Η κανονικοποίηση (normalisation) των δεδοµένων αναφέρεται στη µετατροπή των περιβαλλοντικών δεδοµένων σε δείκτες ως προς τις τιµές ενός µεγέθους αναφοράς όπως π.χ. η συνολική εκροή εκφρασµένη σε φυσικές µονάδες. Η χρησιµοποίηση της συνολικής εκροής εκφρασµένης σε φυσικές µονάδες ενδείκνυται στις περιπτώσεις όπου υπάρχει µια µοναδική εκροή όπως στην περίπτωση της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας. Η προτυποίηση (standardisation) αναφέρεται στη διαδικασία µετατροπής των δεικτών που µετρώνται σε διαφορετικές µονάδες (όπως προέκυψαν µετά την κανονικοποίηση) σε δείκτες µε τις ίδιες µονάδες µέτρησης (δηλ. µεγέθη συγκρίσιµα µεταξύ τους) µέσω της εφαρµογής στατιστικών τεχνικών (π.χ. διαίρεση της διαφοράς κάθε δείκτη από τη µέση τιµή µε την τυπική απόκλιση). Η σύνθεση (aggregation) αναφέρεται στη διαδικασία παραγωγής συνολικών (σύνθετων) δεικτών µέσω της εφαρµογής στατιστικών τεχνικών (π.χ. σταθµισµένο άθροισµα των δεικτών που προέκυψαν µετά την προτυποίηση, αφού επιλεγούν οι συντελεστές στάθµισης). Περισσότερα για τις διαφορετικές µεθοδολογικές προσεγγίσεις για την ανάπτυξη συνολικών δεικτών βλ. JRC-ASG (2002). Οι συνολικοί δείκτες περιβαλλοντικής επίδοσης που καταρτίζονται µε την εφαρµογή της Περιβάλλουσας Ανάλυσης εδοµένων (Data Envelopment Analysis, DEA 1 ) εκφράζονται 1 Η Περιβάλλουσα Ανάλυση εδοµένων βασίζεται στις αρχές του µαθηµατικού προγραµµατισµού και χρησιµοποιείται κυρίως για τη µέτρηση της τεχνικής αποδοτικότητας (technical or productive efficiency) αποδοτικότητας µονάδων, γνωστών στη βιβλιογραφία ως αυτόνοµες µονάδες λήψης αποφάσεων (decision making units, DMUs), που χρησιµοποιούν τις ίδιες εισροές και παράγουν τις ίδιες εκροές (βλ. Charnes et al. (1978), Norman and Stoker (1991), Charnes et al. (1994)). Η µέτρηση της τεχνικής αποδοτικότητας βασίζεται στη µη παραµετρική αναπαράσταση της τεχνολογίας παραγωγής, που επιτυγχάνεται µε βάση τους περιορισµούς που θέτουν οι πραγµατικές συνθήκες και τα δεδοµένα (εισροές-εκροές) και η προσέγγιση που ακολουθείται κατά την εφαρµογή της είναι γνωστή ως µη παραµετρική προσέγγιση (non-parametric approach). Xαρακτηριστικό της µεθοδολογίας αυτής είναι ο καθορισµός µιας µέγιστης ή ελάχιστης αξίας, που επιτυγχάνεται κάτω από τους περιορισµούς που θέτει η τεχνολογία αναφοράς (reference technology). Με άλλα λόγια περιγράφεται ένα σύνορο 2
συνήθως σε όρους τεχνικής αποδοτικότητας, µε βάση την οποία επιτυγχάνεται η αξιολόγηση της λειτουργίας επιχειρήσεων όσον αφορά στη διαχείριση των πόρων λαµβανοµένης υπόψη και της περιβαλλοντικής διάστασης (Tyteca 1996). Οι δείκτες που παράγονται λαµβάνουν τιµές ίσες ή µικρότερες της µονάδας µε την αξιοποίηση δεδοµένων εισροών εκροών (επιθυµητών εκροών και µη επιθυµητών εκροών) οµοειδών παραγωγικών µονάδων/επιχειρήσεων µε στόχο την αξιολόγηση της λειτουργίας αυτών όσον αφορά στη διαχείριση των πόρων Kατά την εφαρµογή της Περιβάλλουσας Ανάλυσης εδοµένων απαιτείται µόνο η επιλογή των µεταβλητών (εισροές, εκροές, επιθυµητές εκροές) και η παραγωγή των τελικών δεικτών πραγµατοποιείται µέσω του µοντέλου που εφαρµόζεται (σχήµα 2). Σχήµα 2. Μοντέλο των Jaggi and Freedman και Περιβάλλουσα Ανάλυση εδοµένων 2.1 Κατάρτιση συνολικών δεικτών περιβαλλοντικής επίδοσης στην περίπτωση της ηλεκτροπαραγωγής από θερµικούς σταθµούς Η κατάρτιση συνολικών δεικτών περιβαλλοντικής επίδοσης επιτυγχάνεται µε την εφαρµογή της Περιβάλλουσας Ανάλυσης εδοµένων, µε βάση την αναλογική/σύµµετρη (radial) µέτρηση της αποδοτικότητας και τις παραδοχές των σταθερών αποδόσεων κλίµακας και της πλήρους διαθεσιµότητας των εισροών και προκύπτει από την επίλυση του παρακάτω γενικού προβλήµατος (βλ. Tyteca 1997): Έστω oτι υπάρχoυν k τoν αριθµό (k=1,,k) οµοειδείς επιχειρήσεις/µονάδες (ή oτι η ίδια επιχείρηση µελετάται για τη χρoνική περίoδo k ετών) που παράγουν M τον αριθµό εκροές (που συµβολίζονται µε το διάνυσµα y R M +) χρησιµοποιώντας Ν τον αριθµό εισροές (που συµβολίζονται µε το διάνυσµα x R N +), παράγοντας παράλληλα και J τον αριθµό µη επιθυµητές εκροές (undesirable outputs, που συµβολίζονται µε το διάνυσµα w R J +). (boundary) µε τη δηµιουργία του µετώπου αποτελεσµατικότητας (efficiency frontier) µιας µη παραµετρικής τεχνολογίας αναφοράς στο οποίο ευρίσκονται οι αποδοτικές µονάδες. 3
Τα δεδοµένα που χρησιµοποιούνται αφορούν στην εκροή του συστήµατος παραγωγής (ηλεκτρική ενέργεια), τις εισροές όπως οι πρώτες ύλες (π.χ. λιγνίτη, πετρέλαιο), η εργασία καθώς και τους αέριους ρυπαντές που εκλύονται από τη λειτουργία των µονάδων παραγωγής (π.χ. NO x, SO 2, CO 2 ). Με βάση το σύνολο των εκροών, των εισροών και των µη επιθυµητών εκροών καθορίζεται η τεχνολογία αναφοράς S και οι δυνατοί συνολικοί δείκτες περιβαλλοντικής επίδοσης, για κάθε οµοειδή επιχείρηση/µονάδα ή για κάθε ετήσια δραστηριότητα της ίδιας επιχείρησης (έστω t), προκύπτουν ως η λύση των µοντέλων µαθηµατικού προγραµµατισµού (Μ1), (Μ2) και (Μ3), τα οποία στοχεύουν, προκειµένου να επιτευχθεί το ίδιο επίπεδο εκροών, στην ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση των µη επιθυµητών εκροών και των εισροών (µοντέλο Μ1 εισροών - µη επιθυµητών εκροών), και στην ελαχιστοποίηση των µη επιθυµητών εκροών (µοντέλο Μ2 µη επιθυµητών εκροών και µοντέλο Μ3 κανονικοποιηµένων µη επιθυµητών εκροών) (σχήµα 3). Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι για το µοντέλο Μ3 δεν απαιτούνται στοιχεία εισροών. Σχήµα 3. Μοντέλα Περιβάλλουσας Ανάλυσης εδοµένων και µοντέλο των Jaggi and Freedman για την κατάρτιση συνολικών δεικτών περιβαλλοντικής επίδοσης. ε= δείκτες περιβαλλοντικής επίδοσης t = επιχείρηση/ετήσια δραστηριότητα Εάν ο δείκτης λαµβάνει την τιµή 1 τότε η επιχείρηση/µονάδα ή δραστηριότητα που αξιολογείται θεωρείται ως αποδοτική (επιτυγχάνει τη µέγιστη περιβαλλοντική επίδοση), ενώ εάν λαµβάνει τιµή µικρότερη της µονάδας η δραστηριότητα που αξιολογείται θεωρείται ως µη αποδοτική. Αντίστοιχα µε τα παραπάνω µοντέλα (M1) και (M2) προτείνουν και οι Korhonen and Lupacik (2004) µε τη διαφορά ότι αυτά βασίζονται στην παραδοχή της µη πλήρους διαθεσιµότητας των εισροών. Εάν όσον αφορά στις τεχνικές που χρησιµοποιούν αυθαίρετους συντελεστές στάθµισης, χρησιµοποιηθεί το µοντέλο των Jaggi and Freedman, τα απαραίτητα δεδοµένα αφορούν µόνο στην εκροή του συστήµατος παραγωγής (ηλεκτρική ενέργεια) και στις µη επιθυµητές εκροές 4
(π.χ. αέριους ρυπαντές που εκλύονται από τη λειτουργία των µονάδων παραγωγής όπως NO x, SO 2, CO 2 ) και οι συνολικοί δείκτες περιβαλλοντικής προκύπτουν σύµφωνα µε τη διαδικασία που παρουσιάζεται στο σχήµα 3. Η εφαρµογή των δύο εναλλακτικών προσεγγίσεων καθιστά αναγκαία τη σύγκριση των αποτελεσµάτων µέσω συντελεστών ποιοτικής συσχέτισης (rank correlation coefficients). Στην Ελλάδα έχει εφαρµοστεί το προαναφερθέν µεθοδολογικό πλαίσιο για την κατάρτιση συνολικών µέτρων επίδοσης και ειδικότερα συνολικών περιβαλλοντικών δεικτών σε κλαδικό επίπεδο µέσω της Περιβάλλουσας Ανάλυσης εδοµένων (Τσώλας 2003), ενώ διαφορετικά µοντέλα που βασίζονται στη µεγιστοποίηση των επιθυµητών εκροών έχουν εφαρµοστεί από τους Tsolas and Manoliadis (2003) και Tsolas (1996). Όσον αφορά στις εφαρµογές στο διεθνή χώρο ενδεικτικά αναφέρονται οι εργασίες των Färe et al. (1996), Tyteca (1997), Tyteca (1999), Korhonen and Lupacik (2004) και η σχετική µελέτη των University of Sussex et al. (2001). 3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Η παρούσα εργασία παρουσιάζει το µεθοδολογικό πλαίσιο για τη µέτρηση της περιβαλλοντικής επίδοσης µέσω της κατάρτισης συνολικών δεικτών περιβαλλοντικής επίδοσης στην περίπτωση της ηλεκτροπαραγωγής από θερµικούς σταθµούς, το οποίο βασίζεται σε τεχνικές που χρησιµοποιούν αυθαίρετους συντελεστές στάθµισης και στην τεχνική της Περιβάλλουσας Ανάλυσης εδοµένων. Το µεθοδολογικό πλαίσιο αποτελεί µια bottom up προσέγγιση µε στόχο τη συγκριτική αξιολόγηση ενός δείγµατος οµοειδών επιχειρήσεων ή της ίδιας επιχείρησης για διαφορετικές χρονικές περιόδους. Στη βάση της συστηµικής ανάλυσης καθορίζονται οι µεταβλητές που χαρακτηρίζουν τη λειτουργία των επιχειρήσεων και δηµιουργείται µια βάση δεδοµένων. Στα δεδοµένα διακρίνονται οι οικονοµικές µεταβλητές (εισροές, επιθυµητές εκροές) και τα περιβαλλοντικά δεδοµένα (π.χ. ρυπαντές). Το προτεινόµενο µεθοδολογικό πλαίσιο µπορεί να αποτελέσει δοµικό στοιχείο ενός ευρύτερου συστήµατος διαχείρισης και λήψης αποφάσεων και τα αποτελέσµατα της εφαρµογής της συγκριτικής προσέγγισης για τη µέτρηση της περιβαλλοντικής επίδοσης µπορούν να παράσχουν χρήσιµα στοιχεία και να υποδείξουν τους στόχους που θα πρέπει να τεθούν για τη βελτίωση της επίδοσης. Σχετικά µε τη µέτρηση της περιβαλλοντικής επίδοσης των επιχειρήσεων το µοντέλο κανονικοποιηµένων µη επιθυµητών εκροών (µοντέλο Μ3, βλ. επίσης Τσώλας 2003) µπορεί να αποτελέσει µια πρώτη προσέγγιση για την παραγωγή και διάχυση στοιχείων όσον αφορά τα περιβαλλοντικά δεδοµένα που σχετίζονται µε τη λειτουργία των επιχειρήσεων, ενώ το µοντέλο εισροών - µη επιθυµητών εκροών και το µοντέλο µη επιθυµητών εκροών (µοντέλο Μ1 και µοντέλο Μ2 αντίστοιχα) µπορούν να αποτελέσουν άλλες προσεγγίσεις µε στόχο την περαιτέρω ανάλυση της περιβαλλοντικής επίδοσης. Όσον αφορά στην επέκταση του προτεινόµενου µεθοδολογικού πλαισίου και ειδικότερα στην εφαρµογή της Περιβάλλουσας Ανάλυσης εδοµένων, µπορούν να διερευνηθούν η δυνατότητα παραγωγής δεικτών µε βάση την υπόθεση των µεταβλητών αποδόσεων κλίµακας στην περίπτωση της σύµµετρης µέτρησης της αποδοτικότητας (βλ. επίσης Tyteca 1996), η δυνατότητα δηµιουργίας του µετώπου αποτελεσµατικότητας που δεν θα βασίζεται σε δεδοµένα αλλά θα περιλαµβάνει κάποιους συγκεκριµένους στόχους/στάνταρτνς (βλ. επίσης Tyteca 1996), καθώς και η δυνατότητα εισαγωγής πρόσθετων περιορισµών στα µοντέλα γραµµικού προγραµµατισµού. Επίσης, µπορεί να αξιοποιηθεί και η δυνατότητα σύνθεσης επιµέρους δεικτών της DEA (π.χ. σύνθεση της τεχνικής αποδοτικότητας και της περιβαλλοντικής αποδοτικότητας (ecological efficiency), βλ. Korhonen and Luptacik 2004). ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Charnes, A., Cooper, W. and Rhodes, E. (1978). Measuring the efficiency of decision making units, European Journal of Operational Research, 2, pp. 429-444. Charnes, A.., Cooper, W., Lewin, A. and Seiford, L. (1994). Data Envelopment Analysis: Theory, Methodology, and Application, Kluwer Academic Publishers. 5
Färe, R., Grosskopf, S. and Tyteca, D. (1996). An activity analysis model of the environmental performance of firms: Application to fossil fuel-fired electric utilities. Ecological Economics 18, pp161 175 Gee, D. (2001). Business and the environment: current trends and developments in corporate reporting and ranking, European Environment Agency, Technical report No 54, February. Jaggi, B. and Freedman, M. (1992). An examination of the impact of pollution performance on economic and market performance: pulp and paper firms. Journal of Business Finance and Accounting, 19, pp. 697 713. Joint Research Centre Applied Statistic Group (JRC-ASG) (2002). State-of-the-art Report on Current Methodologies and Practices for Composite Indicator Development, Joint Research Centre - Applied Statistics Group, Ispra, June, http://www.jrc.cec.eu.int/uasa/prjcomp-ind.asp Korhonen, P. and Luptacik, M.(2004). Eco-efficiency analysis of power plants: An extension of data envelopment analysis, European Journal of Operational Research, 154, pp. 437 446. Norman, M. and Stoker, B. (1991). Data Envelopment Analysis: the assessment of performance, Publ. John Willey and Sons Ltd. Tsolas, I. (1996). Environmental effects on the efficiency of thermal electrical power production sector, Proc. Int. Conf. Protection and Restoration of the Environment III, (eds. E. Diamantopoulos and G. Korfiatis), Chania, Greece, pp. 444-451. Tsolas I. and Manoliadis O. (2003). Sustainability indices of thermal electrical power production in Greece, Journal of Environmental Engineering, Vol 129, No 2, pp. 179-182 Τσώλας, Ι. (2003). Συνολικοί δείκτες περιβαλλοντικής επίδοσης. Η περίπτωση της ηλεκτροπαραγωγής από θερµικούς σταθµούς, 4 η ιεθνής έκθεση και συνέδριο για την τεχνολογία περιβάλλοντος, 30/1-2/2/2003, Πρακτικά συνεδρίου, Τόµος Α, Τεχνικό Επιµελητήριο Ελλάδας, σελ. 146-152 Tyteca, D. (1997). Linear programming models for the measurement of environmental performance of firms - Concepts and empirical results, Journal of Productivity Analysis, 8 (2), pp. 183-197. Tyteca, D. (1996). On the measurement of the environmental performance of firms - a literature review and a productive efficiency perspective, Journal of Environmental Management, 46, pp. 281-308. Tyteca, D. (1999). Sustainability indicators at the firm level - Pollution and resource efficiency as a necessary condition toward sustainability, Journal of Industrial Ecology, 2 (4), pp. 61-77. University of Sussex, Politecnico di Milano, Institut für Oekologische Wirtschaftsforschung (IOeW), Université Catholique de Louvain, University of Surrey, IPTS Institute for Prospective Technological Studies, 2001, Measuring the Environmental Performance of Industry (MEPI), Final Report. 6