Application of AIM models for Local LCS scenarios in Japan
Kei GOMI, Department of Urban Environmental Engineering, Graduate School of Engineering, Kyoto University
2011, July, 4-5th
SYMPOSIUM ON LOW CARBON ASIA RESEARCH PROJECTS
Contents
Two Tools for Local LCS
3 Env. Goals & Budget Constraints
Shiga Prefecture
LCS & Landscape/Tourism
Kyoto City
2
33
London
London Bristol
Chetenham
Chetenham
Woking
Woking
Woking
Leicestre
Californina
Californina
Californina
New Mexico
New Mexico
New Mexico
Connecticut
Connecticut
Oregon
Oregon
Oregon
Stockholm
Stockholm
Berlin
Berlin
Berlin
Munich
Munich
Toyonaka
Toyonaka
Toyonaka
Yokohama
Yokohama
Geneve
Geneve
Yokohama
Hiroshima
KashiwaChiyoda
Hiroshima
Kashiwa
Tokyo
New York
Buenos Aires
Chicago
Chicago
Hong Kong
Houston
Los Angels
Madrid
Madrid
Mexico City
Paris
Philadelphia
Rome
Sao PauloSeoul
Sydney
Toronto
Toronto
Toronto
Amsterdam
Copenhagen
Portland
Portland
Rotterdam,
Salt Lake City
San Francisco
Seattle
Stockholm
Freiburg
Boulder
Vaxjo
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070
Em
issi
on
tar
get
(B
ase
yea
r =
1)
Year
Emission targets of cities
-50%
2050
4
Tools for Local LCS
Extended Snapshot Tool (ExSS)
Backcasting Tool (BCT)
5
Vision
Socio-economic indicators
Energy demand
GHG emissions
LC measures
Target year
Roadmap
Schedule of measures
Cost to implement measures
GHG emissions reductions
Ancillary benefit of measuresPresent
Scenario
Backcasting Approach
6
Vision
Socio-economic indicators
Energy demand
GHG emissions
LC measures
Target year
Roadmap
Schedule of measures
Cost to implement measures
GHG emissions reductions
Ancillary benefit of measuresPresent
Scenario
Backcasting Approach
ExSS
BCT
7
A static model
6000 endogenous variables
Formulated by GAMS
Input and Output are MS Excel spread sheets.
Wage Income
Export by
goods
Government
expenditure
Investment
Import ratio
Input
coefficient
matrix
Labor productivity
Labor participation ratio
Household size
Consumption
pattern
Demographic composition
Taxation and
social security
Floor area per
output
Freight generation
per output
Transport distance
Modal share
Trip per person
Trip distance
Modal shareEnergy service
demand per driving
force
Fuel share
Energy
efficiency
CO2 emission factor
IO
analysis
Output by
industry
Consumption
Labor
demandPopulation
Number of
household
Output of
commercial
industry
Commercial
building
floor area
Freight
transport
demand
Passenger
transport
demand
Population
Energy service
demand
Output of
manufacturing
industry
Exogenous
variables
Parameters
Endogenous
variables
Final energy
demand
Energy demand
(DPG)
Central power
generation
(CPG)Energy demand
(CPG)
Primary energy
supply
Dispersed power
generation (DPG)
CO2 emssions
Energy efficiency
DPG
Energy efficiency
(CPG)
Fuel share (CPG)
Transmission loss
(CPG)
Own use (CPG)
Energy end-use
device share
Energy end-use
device energy
efficiency
Carbon sink
Extended Snapshot Tool (ExSS)
Backcasting Tool (BCT)
BCT estimates,
Schedule of measures to achieve LCS
Emission reduction pass
Annual input resource
8
8
Commercial year of
technologies
Necessary years to
implement
Direct GHG emission
reductions
Upper bound of
annual input resource
Relations between
measures
State in the starting
year
Required resource
input (human &
financial)
Integrated effect(ancillary and/or co-
benefit)
Schedule
Emission reductions
Input resource
9
Shiga prefecture
KyotoOsaka
NagoyaKobe
Lake
Biwa
Lake Biwa & Surrounding Mt.
10
11
Shiga Prefecture in 2000
Population : 1.39 million
Gross Regional Product: 5935 bill.YEN ( 60bill.$)
4.25 mill.YEN/capita (43000$/capita)
CO2 emissions: 12.5Mt-CO2
9.0t-CO2/capita
Climate change
mitigation
Revival of Lake Biwa
environment
Recycling system
GHG emissions :
-50% (related to 1990)
Nutrient load inflow :
-50%
Landfill waste:
-75%
Three Environmental Goals
12
Extension of ExSS
13
Output by
industry
PopulationNumber of
household
Commercial
building floor
area
Freight
transport
demand
Passenger
transport
demand
Land use
demand
Agriculture
production
Number of
livestock
Municipal waste
generation
Waste
landfill
CH4 emission
from griculture
Carbon sink
(forest)
Waste
incineration
CO2 emission
from incineration
CH4 emission
from landfill
Water nutrient
load emission
Water quality
GHGs Water Waste
Industrial waste
generation
Socio-Economic Scenario
14
20052030 BaU
2030BaU/ 2005
Population (103) 1397 1381 0.99
No. of householdｓ (103) 439 521 1.19
GDP (bill yen) 5935 7677 1.29
GDP per capita (mill yen/capita) 4.25 5.56 1.31
Gross output (trill. yen) 12 13 1.16
Primary industry 95 564 5.91
Secondary industry 7220 6470 0.90
Tertiary industry 4269 6401 1.50
Commercial floor area (mill.m2) 20 23 1.13
Passenger transport (mill p-km) 10670 16367 1.53
Freight transport (mill t-km) 3937 3397 0.86
15
GHG Emissions in 2030
600469
960
924
897
416
335
12401686
2114
1430
12631013
67496383
6436
3769
1155
2906
1734
10801149
240101
283
235
156
165
303
303
-477
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
1990 2000 2030BaU 2030with
measures
GHG e
missions
(1,0
00 t
-CO2eq)
Forestabsorption
Agriculture(methane)
Wasteincineration
Industrialprocess
FreightTransport
PassengerTransport
Industry
Businessoprrations
Household
12496
12877
14369
6276
Carbon Sink
Agriculture (methane)
Waste incineration
Industrial process
Freight transport
Passenger transport
Industry
Commercial
Household
12496
14369
6276
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
1990 2030BaU 2030with
measures
GH
G e
mis
sions/
reducti
ons
(1,0
00 t
-CO
2eq)
Forest absorption 477kt-CO2eq
Structural reform of transport
459kt-CO2eq
Environmentally friendly actions
880kt-CO2eq
Renewable energy 615kt-CO2eq
Fuel shifting 966kt-CO2eq
Efficiency improvement 3007kt-
CO2eq
CO2 per power generation
1687kt-CO2eq
EmissionsE
mis
sio
n r
ed
uc
tio
n
Emission reduction by measures
16
17
70+ direct options in 2030Sector Measure Status to be achieved by 2030 What should be done now to achieve the status Reduction
Household Energy efficiency of equipment Improvement of efficiency by 30% in total Improvement rate of approximately 0.8% per annum; Selection of more energy efficient products at the time of replacement 551
HEMS Penetration at 90% of houses Start of penetration 60
Heat insulation level in houses Achievement of the next-generation heat insulation level in 90% of houses Selection of high heat insulation level at the time of newly building, remodeling, and changing houses 55
Biomass heating Penetration at 10% of households Selection of biomass at the time of replacement of heating appliance 39
Passive solar heating Penetration at 10% of households Installation at the time of newly building and remodeling houses 39
Energy saving actions Penetration at almost all households Start of penetration, and education 156
Photovoltaic power Penetration at 20% of households Continuous expansion 54
Solar water heater Penetration at 20% of households Continuous expansion 99
Other 89
Total in households 1144
Business Energy efficiency of equipment Improvement of efficiency by 36% in total Improvement rate of 1% per annum; Promotion of investment in energy saving 443
BEMS (business energy management
system)
Introduction to 90% of buildings 47
Heat insulation level in business buildings 90% of energy saving buildings in all buildings Selection of high heat insulation level at the time of new construction 31
Biomass heating Penetration rate of 10% Start of penetration 19
Energy saving actions Penetration at almost all business establishments Start of penetration, and education 43
Photovoltaic power Installation at 15% of buildings Expanded penetration 12
Other 79
Total in businesses 674
Industry Energy efficiency of equipment Improvement of efficiency by 28% in total Selection of more energy efficient products at the time of renewal of facilities 846
Fuel shift Selection of less carbon intensive fuel at the time of renewal of facilities 883
Natural gas 2000 8.6％→25.9%
Oil 2000 55.5％→39.4%
Coal 2000 4.9％→0.9%
Electric Power 2000 30.9％→33.7%
Total in industry 1729
Passenger Compact city Reduction of average distance of intra-city travel by 25% Prevention of extension of urban area, and vitalization of urban centers 215
Improvement of fuel efficiency of
automobiles
Improvement of average fuel efficiency of passenger cars by 60%
(penetration of hybrid cars at 90%)
Selection of cars with high fuel efficiency at the time of the purchase of a new car 788
Public transport, bicycles, and walking Share of railway:36% (31% in 2000) Shares of bicycles and walking: 16% in
total
Development of public transport (improvement of convenience) Development of sidewalks, bicycle roads, signals, etc. 633
633
Biomass fuel Penetration rate of 10% Start of introduction in some parts 193
Others 36
Total in passenger transport 1865
Freight Enhancement of logistics efficiency Reduction of transport per production by 30% Development of distribution centers, etc. 51
Modal shift Substitution of railway transport for freight for 50% of road transport to
distant prefectures
Development of railway for freight transport 194
Substitution of lake transport for 10% of the transport within the prefecture Planning and development of the idea
Biomass fuel Penetration rate of 10% Start of introduction 75
Others 150
Total in freight 470
Others Reduction of CO2 emissions per power generation 1687
Forest development Management of all artificial forests in Shiga Prefecture Establishment and execution of the maintenance plan; and financing for the maintenance of forests 477
Recycling of waste Improvement of the recycling rate of plastic by 36% Promotion of separated collection and reuse 48
Total 8094
kt-CO2eq
4.0
0.5
1.6
0.3
0.6
0.7
8.0
4.4
0.1
0.1
1.9
1.6
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
2000 2030
Load f
low
s in
to L
akeBiw
a(k
t/y)
7.7
16.2
1.8
0.9
0.6
0.2
0.3
0.4
3.0
0.9
0.4
0.4
0.7
0.6
0
1
2
3
4
5
6
7
8
2000 2030
6.7
3.3
0.16
0.01
0.05
0.02
0.12
0.02
0.02
0.02
0.02
0.010.0070.02
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
2000 2030
Rainfall on the Lake surface
Groundwater
Landuse
Livestock
Factories
Households
0.38
0.09
COD TN TP
Water Nutrient Load
18
Generation and landfill of
industrial waste
286 146 71
1664 19102315
156198
259
18941950
2371
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
2000年 2004年 2030年
千トン
減量化量
有償物量
再生利用量
最終処分量
40004203
5017
Reduced
Valuable
Recycled
Landfill
Kt
92
23
28.9
100.8
39
260
345
60
4.9
0.4
0
100
200
300
400
500
600
2000年 2030年
千トン
自家処理量
減量化量
再生利用量
集団回収量
最終処分量
509
444 Treated at home
Reduced
Recycled
Group separation
and collection
Landfill
Kt
92
23
28.9
100.8
39
260
345
60
4.9
0.4
0
100
200
300
400
500
600
2000年 2030年
千トン
自家処理量
減量化量
再生利用量
集団回収量
最終処分量
509
444 Treated at home
Reduced
Recycled
Group separation
and collection
Landfill
Kt
92
23
28.9
100.8
39
260
345
60
4.9
0.4
0
100
200
300
400
500
600
2000年 2030年
千トン
自家処理量
減量化量
再生利用量
集団回収量
最終処分量
509
444 Treated at home
Reduced
Recycled
Group separation
and collection
Landfill
Kt
92
23
28.9
100.8
39
260
345
60
4.9
0.4
0
100
200
300
400
500
600
2000年 2030年
千トン
自家処理量
減量化量
再生利用量
集団回収量
最終処分量
509
444 Treated at home
Reduced
Recycled
Group separation
and collection
Landfill
Kt
Waste Landfill
19
Generation and landfill of
municipal waste
20
LCS Roadmap using BCM
1. Find barriers and indirect options
2. Develop Option Trees
3. Input parameters
Cost
Budget constraint
Relation between options
4. Run BCM
21
The Option Trees
22
The Option Trees
130+ options
Transport Business
LifestyleNew/Renewable
EnergyTown/
buildingsForest
conservation
23
Constraints
Upper bound of gov. expenditure 15bill.YEN (2010-2012)
65bill.YEN (2013-2030)
cf. Shiga Pref’s budget: 500bill.YEN (FY2010)
No limit in private expenditure
Gov. expenditure includes; Subsidy
Infrastructure construction
Installation of energy-efficient equipments in government facilities
24
Results: Implementation pass2010 2015 2020 2025 2030
公共交通利便性向上の検討
統一料金支払制度導入
統一料金支払制度導入による利用拡大
公共交通情報一元化システムの設計
公共交通情報一元化システムの導入
公共交通情報一元化システムの導入による利用拡大
公共交通機関利用者への割引
公共交通機関利用者への割引による利用拡大
バス経営者の経営状況改善支援
バス運行に適した道路整備
停留場所の確保と停留所改善
路線の見直し
公共車両優先システムの導入
バスの利用拡大
デマンドタクシーによる利便性向上
デマンドタクシーによる利便性向上によるバスの利用拡大
LRT導入計画の検討
LRT導入工事
LRT経営の支援
LRTの運営
既存鉄道の利用拡大計画策定
駐車場等の整備
駐車場等の運営
駐車場等の運営による鉄道の利用拡大
ターミナル等結節点の利便性向上
ターミナル等結節点の利便性向上による鉄道利用拡大
鉄道事業者の経営状況改善支援
ダイヤの改善(複線化など）
ダイヤの改善による鉄道利用拡大
新駅の建設
新駅の建設による鉄道利用拡大
自転車移動普及計画の検討
自転車利用の普及啓発
レンタル・メンテナンスステーションの整備
駅前駐輪場の整備市街地等自動車乗り入れ規制
（駅前の交通想定）自転車の利用拡大（駅前）
ベロタクシーの普及
ベロタクシーの普及による自転車利用の拡大
サイクルトレイン、バスの実施
サイクルトレイン、バスの実施による自転車利用拡大
電動アシスト自転車の普及支援自転車道の整備
（駅前以外での交通想定）自転車の利用拡大（駅前以外）
歩いて暮らせるまちづくり方針の策定
土地利用関連法令の整理
地域通貨の流通
公共施設（学校、病院など）の中心市街地への整備
中心市街地の開発誘致
中心市街地（既存商店街）の活性化
中心市街地（既存商店街）の活性化による削減
土地利用の誘導制度
郊外大店舗の出店規制
郊外の開発抑制による削減
通勤における公共交通利用配慮制度の実施
事業所の送迎バス導入支援
事業所の送迎バス導入による自動車利用の削減
モデル地域での社会実験
エコ交通啓発の実施
エコ交通啓発の実施による自動車利用の削減
低燃費車を活用したカーシェアリングの普及
低燃費車を活用したカーシェアリングの普及による削減
高速無料化等への対応
環境負荷の少ない交通へのインセンティブの導入
環境負荷の少ない交通へのインセンティブの導入による自動車利用の削減
エコドライブ月間、講習での啓発
エコドライブ浸透による燃費の向上
エコカー啓発キャンペーン
エコカー啓発キャンペーンによるエコカーの自発的な普及
電気自動車充電施設の普及推進
エコカー購入補助金
エコカー購入補助金によるエコカーの普及
改正品格法への対応
廃食油の回収
ナタネの作付け面積の拡大
BDF生産体制の整備
安価なBDF供給体制（販売網）の整備
BDF燃料利用の拡大
低燃費トラックへの更新支援
低燃費トラックへの更新支援による買換え拡大
陸上輸送と湖上輸送の連携システム検討
物流センターを中心とした物流システムの整備
物流センターによる物流合理化への誘導
鉄道輸送への転換計画検討
貨物駅整備を含む鉄道貨物輸送システムの整備
貨物の鉄道輸送への転換
船運への転換計画検討
貨物港整備を含む船運輸送システムの整備
貨物の船輸送への転換
2010 2015 2020 2025 2030
省エネ診断士の養成
省エネ診断士による省エネ製品の普及
エコポイントの活用（省エネ家電、LED等への買い換え）
エコポイントによる省エネ製品の普及
HEMSの普及支援
HEMSの普及支援による使用拡大
グリーン購入の推進（生活）
グリーン購入の推進（生活）による一般廃棄物の減量
一般廃棄物の資源化推進
一般廃棄物の資源化推進による一般廃棄物の減量
カーボンフットプリント等の取組普及
カーボンフットプリント等をふまえた省エネ消費の拡大
木造住宅、木製品購入の促進
環境配慮行動のみえる化（みるエコおうみ）
地球温暖化防止活動推進員による出前講座
地球温暖化防止・省エネ学習のプログラムづくり
地球温暖化防止・省エネ学習の指導者育成
地域・学校・事業所での省エネ学習の推進
省エネ学習による家庭での省エネ行動の実践拡大
環境学習に関する情報提供、支援
環境学習、体験学習指導者の育成
環境学習・体験学習の推進（うみのこ、やまのこ、琵琶湖博物館を利用した体験学習、農業体験学習）
体験型学習の支援（琵琶湖博物館を利用）
試験研究の充実・発信・啓発
家庭、地域における環境学習の支援
事業所における環境学習の推進
環境学習による省エネ行動の拡大
2010 2015 2020 2025 2030
風の道を活かしたまちづくり方針の策定整備マニュアルの作成
風の道の整備緑化を進めるまちづくり方針の策定
整備マニュアルの作成
公園・街路樹の整備緑化ガイドラインの作成（地表面）
緑化工事（地表面）支援地表面被覆の緑化拡大
親水空間の造成推進緩和空間の拡大
雨水利用の普及支援LED街灯等の省エネ設備整備支援
商店街施設（街灯）の省エネ化の拡大緑化ガイドラインの作成（屋上・壁面）
緑化工事（屋上・壁面）支援
屋上・壁面の緑化住宅・建築物の省エネルギー化普及方法の検討住宅・建築物の省エネルギー化推進制度の導入
住宅・建築物の省エネルギー化普及啓発
断熱性能の高い住宅・建築物の新築、改修拡大住宅性能表示制度の普及
省エネルギーに関する住宅性能表示の活用住宅・建築物の省エネルギー化の支援（省エネ
住宅の優遇）住宅・建築物の省エネ化の拡大
パッシブシステムの普及方法の検討パッシブシステムの普及啓発
パッシブシステムの普及支援パッシブシステムの導入拡大
2010 2015 2020 2025 2030
新たな技術機器の導入
低コスト、省力化技術の導入
エネルギー効率改善メリットの啓発
ESCO事業による省エネ機器の普及
省エネ機器への更新による削減
店舗での照明機器等の省エネ化の拡大
24時間営業の抑制の拡大
BEMSの導入支援による普及拡大
特定事業者の計画届出制度による機器の更新
環境マネジメントを普及推進
省エネ診断の実施支援
工事施工上の環境対策指導
省エネ法に基づく省エネ対策の支援
グリーン購入の推進（産業）
産業廃棄物の資源化支援
省エネ、環境ビジネスの創出支援
地域内循環ビジネスの推進
IT活用した産業システムへの変換支援
農業機械、施設の省エネ支援
節水、反復利用への支援
低コスト、省力化技術の導入
洵産農産物への促進支援
地場産農林水産物の利用啓発
地場産農産物の地域内流通促進
飼料作物の自給率向上推進
木材の地産地消の啓発
たい肥の適地施用による農地土壌の炭素貯留法開発支援
水田からのメタン排出抑制する営農の支援
N2O排出抑制する施肥実施の支援
2010 2015 2020 2025 2030
路網の整備
治山事業の推進
保安林指定の拡大
企業の森林保全活動支援など
間伐等の適正実施
環境に配慮した森作りの拡大
県産材の規格化
県産材の生産体制の確立
流通拠点の整備
住宅公共建築物および木製品への県産材利用推進
県産材利用拡大
県産材利用に対する税優遇
県産材利用に対する税優遇による県産材利用拡大
25
Emission reduction pass
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
Em
issi
on
redu
ctio
n (k
tCO
2)
Forest ConservationNew & Renwable EnergyBusiness
LifestyleTown & BuildingsTransport
Cumulative emission reduction: 78MtCO2
26
Government expenditure
0
10
20
30
40
50
60
70
2010
2012
2014
2016
2018
2020
2022
2024
2026
2028
2030
Em
issi
on r
educ
tion
(M
tCO
2)
ForestConservation
New & RenwableEnergy
Business
Lifestyle
Town & Buildings
Transport
Kyoto City
27
About Kyoto City 2005
Demography
Population 1.47million
Household 0.65 million
Economy
GDP 6.1 trillion yen (67Bill.$)
Per capita GDP 46100 $
Industrial structure p:s:t = 0.2 : 28 : 71
GHG emissions 8015 ktCO2 (5.5tCO2/capita)
Famous sightseeing place(17 world heritage)
28
Sightseeing & Transport
Convenient transport for:
Visitors
Pedestrians
Public transport
Pedestrian, bicycle road
29
Landscape policy
Tall buildings are not allowed
“Compact city” can not be an option
30
Traditional Buildings & LCS
31
Using local wood
Enhance forestry
Increase carbon sink of the forest
Framework
Base year: 2005
Target year: 2030
Low-carbon target: -40% compared to 1990 level
Two cases: Frozen at current levels case
Corrective measures case
32
Snapshot of Kyoto City in 2030
33
Socio-economic indicators GHG emissions
ｓ
Low-carbon direct measures
34
Contribution to CO2 emissions reduction (compared to Frozen)
Direct measures
Low-carbon measures
35
Modal shift
36
237ktCO2
(6.6%)
Forest carbon sink
37
129ktCO2
(3.6%)
Action 1 Workable city, Kyoto
38
43.8
Action 1 Workable city, Kyoto
39
43.8
Conclusion
ExSS & BCT can be utilized according to the needs of the city/region
In Shiga pref.,
ExSS was extended to three environmental Goals.
Budget constraints were considered in BCT
In Kyoto city, Landscape & Sightseeing policies were considered
40
