Measuring the social costs of coal-based electricity generation in South Africa

English: Energy technologies interact with the economic, social and environmental systems, and do so not only directly but indirectly as well, through upstream and downstream processes. In addition, the interactions may produce positive and negative repercussions. To make informed decisions on the selection of energy technologies that assist a nation in reaping the socio-economic benefits of power generation technologies with minimal effects on the natural environment, energy technologies need to be understood in the light of the multifaceted system in which they function. But frequently, as disclosed by the literature review conducted in this research, the evaluation of energy technologies lacks clear benchmarks of appropriate assessments, which has resulted in difficulty to compare and to gauge the quality of various assessment practices. The assessment methods and tools tend to be discipline specific with little to no integrations. Parallel with the tools, the technology assessment studies offer piecemeal information that limits deeper understanding of energy technologies and their consequent socio-economic-environmental repercussions. Improved energy technology assessment requires the use of a holistic and integrative approach that traverses the disciplinary nature of energy technology assessment tools, examines the long-term implications of technologies while at the same time embracing energy technologies’ positive-and-negative interactions with the economic, social and environmental systems and in this manner offering economic, social and environmental indicators to assist decision makers in the decision-making process. Accordingly, this study focuses on improving the assessment of energy technologies through the application of a holistic and integrative approach, specifically system dynamics approach along a life-cycle viewpoint. Precisely, focus is on coal-based electricity generation and in particular, the Kusile coal-fired power station near eMalahleni as a case study. A COAL-based Power and Social Cost Assessment (COALPSCA) Model was developed for: (i) understanding coal-based power generation and its interactions with resource inputs, private costs, externalities, externality costs and hence its consequent socio-economic, and environmental impacts over its lifetime and fuel cycle; (ii) aiding coal-based power developers with a useful tool with a clear interface and graphical outputs for detecting the main drivers of private and externality costs and sources of socio-environmental burdens in the system; (iii) aiding energy decision makers with a visual tool for making informed energy-supply decisions that takes into account the financial viability and the socio-environmental consequences of power generation technologies; and for (iv) understanding the impacts of various policy scenarios on the viability of coal-based power generation. The validation of the COALPSCA Model was also conducted. Five structural validity tests were performed, namely structure verification, boundary adequacy, parameter verification, dimensional consistency and extreme condition tests. Behavioural validity was also conducted which included an analysis of the sensitivity of the model outcomes to key parameters such as the load factor, discount rate, private cost growth rates and damage cost growth rates using univariate and multivariate sensitivity analysis. Finally, while attempts were made to incorporate most of the important aspects of power generation in a coal-fired power plant, not all intrinsic aspects were incorporated due to lack of data, gaps in knowledge and anticipated model complication. The shortcomings of the model were highlighted and recommendations for future research were made. Sepedi: Ditheknolotši tša enetši di dirišana le mananeo a ekonomi, a setšhaba le a tikologo, gomme ona a dira seo fela thwii eupša gape [e ka tsela ye nngwe, ka tshepedišo ya go namelela le ya go theoga. Godimo ga fao, ditirišano tše di ka tšweletša dipoelo tše kaone le tšeo di sego tše kaone. Go tšea diphetho o na le tsebo ka ga kgetho ya ditheknolotši tša enetši tše di thušago setšhaba go buna dikholego tša ekonomi ya setšhaba tša ditheknolotši tša tšweletšo ya mohlagase tšeo di nago le diabe tše nnyane go tikologo ya tlhago, ditheknolotši tša enetši di swanetše go kwešišwa ka seemong sa lenaneo la makala a mantši leo e šomago ka go lona. Eupša kgafetšakgafetša, ka ge go tsebagaditšwe ke tekodišišo ya dingwalwa yeo e dirilwego ka mo dinyakišišong tše, tshekatsheko ya ditdheknolotši tša enetši e hloka metheo ye e kwešišegago ya dithekatsheko ya maleba, gomme se se feleleditše ka bothata bja go bapetša le go ela boleng bja ditiro tša mehutahuta tša tshekatsheko. Mekgwa le ditlabelo tša tshekatsheko di fela di lebeletše lekala le itšego fela fao go nago le dikopanyo tše nnyane goba tša hlokagala. Go bapela le ditlabelo, dinyakišišo tša tshekatsheko ya theknolotši di fa tshedimošo ye nnyane yeo e šitišago kwešišo ye e tseneletšego ya ditheknolotši tša enetši le ditlamorago tša go se loke tša go amana le setšhaba, ekonomi le tikologo. Tshekatsheko ye e kaonafetšego ya ditheknolotši tša enetši e nyaka gore go šomišwe mokgwa wa kopanyo le wa tirišano wo o putlaganyago sebopego sa lekala sa ditlabelo tša tshekatsheko ya ditheknolotši, ya lekola diabe tša lebaka le letelele la ditheknolotši mola ka go le lengwe e diriša ditirišano tša ditheknolotši tša enetši tša diabe tša lebaka le letelele tša phosethifi le nekethifi le mananeo a ekonomi, a setšhaba le a tikologo gomme ka tsela ye a fa dilaetši tša ekonomi, tša leago le tša tikologo go thuša batšeadiphetho ka tshepedišong ya go tšea diphetho. Go ya ka se, dinyakišišo tše di nepišitše go kaonafatša tshekatsheko ya ditheknolotši tša enetši ka go diriša mokgwa wa kamanyo le wa kopanyo, kudukudu mokgwa wa diphetošo tša tshepedišo gotee le maikutlo a lebakanako la bophelo. Gabotse, nepišo e go tšweletšo ya mohlagase ye e dirišago malahla gomme kudukudu, seteše sa go fehla mohlagase ka malahla sa Kusile seo se lego kgauswi le eMalahleni bjalo ka dinyakišišo tša seemo. Mokgwa wa Tshekatsheko ya Tshenyegelo ya Mohlagase wa go fehlwa ka MALAHLA le ya Setšhabeng (COALPSCA) o hlamilwe go: (i) kwešiša go fehla mohlagase ka malahla le ditirišano tša ona le tšweletšo ya methopo, ditshenyegelo tša phraebete, dilo tša ka ntle, ditshenyegelo tša ka ntle le diabe tša ka moragonyana tša mabapi le ekonomi ya setšhaba, le diabe tša tikologo mo nakong ya yona ka moka le lebakanako la makhura; (ii) go thuša batšweletši ba mohlagase wa go fehlwa ka malahla ka go diriša setlabelo sa mohola fao go nago le tirišano ye e bonagalago le ditšweletšo tše di tšwelelago tša go tseba dihlohleletši tše kgolo tša ditshenyegelo tša phraebete le tša ka ntle le methopo ya merwalo ya tikologo ya setšhaba ka tshepedišong; (iii) go thuša batšeadiphetho ba enetši ka setlabelo seo se bonwago sa go tšea diphetho tša kabo ya mohlagase ba na le tsebo tšeo di hlokometšego bokgoni bja ditšhelete le dipoelo tša tikologo ya setšhaba bja ditheknolotši tša tšweletšo ya mohlagase; le go (iv) kwešiša diabe tša maemo a mehutahuta a melawana go kgonagalo ya go ya go ile ya tšweletšo ya mohlagase ka malahla. Tiišetšo ya Mokgwa wa COALPSCA le yona e dirilwe. Diteko tše hlano tša tiišetšo ya dibopego di dirilwe, e lego kgonthišo ya dibopego, go ba maleba ga mellwane, kgonthišo ya mathoko, go swana le mahlakore le diteko tša maemo a go se kgahliše. Tiišetšo ya maitshwaro le yona e dirilwe gomme yona e akareditše tshekatsheko ya temogo ya dipoelo tša mokgwa wo go mathoko a bohlokwa a go swana le bothata bja morwalo, kelo ya phokoletšo ya theko, dikelo tša kgolo ya ditshenyegelo tša phraebete le dikelo tša kgolo ya tshenyegelo ya tshenyo ka go šomiša tshekatsheko ya temogo ya mokgwa o tee le ya mekgwa ye mentši. Mafelelong, le ge e le gore go dirilwe maitekelo a go kopanya bontši bja dilo tše bohlokwa tša tšweletšo ya mohlagase ka pholanteng ya go fehla mohlagase ka malahla, ga se dilo ka moka tša ka gare tšeo di ilego tša kopanywa ka lebaka la tlhokego ya tshedimošo, ditlhaelelo tša tsebo le go hlakahlakana fao go letetšwego ga mekgwa. Ditlamorago tša go se loke tša mokgwa wo di ile tša laetšwa gomme gwa dirwa ditšhišinyo tša dinyakišišo tša ka moso. Afrikaans: Energietegnologieë tree in wisselwerking met die ekonomiese, maatskaplike en omgewingstelsels, en doen dit nie net direk nie, maar ook indirek, deur middel van terugwaartse en voorwaartse prosesse. Daarby kan die interaksies positiewe en negatiewe gevolge hê. Om ingeligte besluite te neem oor die keuse van energietegnologieë wat 'n nasie help om, met minimale gevolge vir die natuurlike omgewing, die sosio-ekonomiese vrugte van kragopwekkingstegnologieë te pluk, moet energietegnologieë verstaan word in die lig van die veelfasettige stelsel waarin hulle funksioneer. Maar dikwels, soos wat die literatuuroorsig vir in hierdie navorsing getoon het, word daar in die evaluering van energietegnologieë nie duidelike maatstawwe vir toepaslike assesserings gebruik nie, wat dit moeilik maak om verskillende assesseringspraktyke te vergelyk en die kwaliteit daarvan te meet. Die assesseringsmetodes en -instrumente neig om vakspesifiek te wees, met min tot geen integrasie nie. Net soos die instrumente bied die studies wat die tegnologie assesseer slegs fragmentariese inligting, wat diepgaande insig in energietegnologieë en die reperkussies wat dit vir sosio-ekonomiese en omgewingskwessies inhou, belemmer. Beter energietegnologie-assessering vra vir die gebruik van 'n holistiese en integrerende benadering wat die dissiplinêre aard van energietegnologie-assesseringsinstrumente omvat, die langtermynimplikasies van tegnologieë ondersoek, en terselfdertyd die positiewe en negatiewe interaksies van energietegnologieë met die ekonomiese, sosiale en omgewingstelsels inkorporeer en sodoende ekonomiese, maatskaplike en omgewingsaanwysers bied wat besluitnemers kan help om goeie besluite te neem. Hierdie studie is gevolglik daarop gerig om die assessering van energietegnologieë te verbeter deur 'n holistiese en integrerende benadering te volg, spesifiek 'n stelseldinamikabenadering in samehang met 'n lewensiklusoogpunt. Die fokus is spesifiek op elektrisiteitsopwekking uit steenkool, en in die besonder op die Kusile-steenkoolkragstasie naby eMalahleni as 'n gevallestudie. n Model vir steenkoolgebaseerde krag- en maatskaplikekoste-assessering (COALPSCA - Coal-based Power and Social Cost Assessment ) is ontwikkel (i) vir die verstaan van steenkoolgebaseerde kragopwekking en die wisselwerking wat dit het met hulpbroninsette, private koste, eksternaliteite, eksternaliteitskoste en, as gevolg daarvan, die gevolglike sosio-ekonomiese en omgewingsimpakte wat dit vir die duur van sy leeftyd en brandstofsiklus sal hê; (ii) om krag-uit-steenkool-ontwikkelaars by te staan deur hul te voorsien van 'n nuttige instrument met 'n duidelike koppelvlak en grafiese uitsette waarmee die hoofdrywers van private en eksternaliteitskoste en bronne van sosio-omgewingslaste in die stelsel opgespoor kan word; (iii) om aan energiebesluitnemers 'n visuele instrument te bied wat kan help om ingeligte energievoorsieningsbesluite te neem wat die finansiële lewensvatbaarheid en die sosio-omgewingsgevolge van kragopwekkingstegnologieë in ag neem; en (iv) wat dit moontlik maak om beter te verstaan wat die impak van verskeie beleidscenario's op die lewensvatbaarheid van steenkoolgebaseerde kragopwekking is. Die COALPSCA-model is ook gevalideer. Vyf toetse vir strukturele geldigheid is uitgevoer, naamlik struktuurverifikasie, grenstoereikendheid, parameterverifikasie, dimensionele konsekwentheid, en uiterstetoestandstoetse. Gedragsgeldigheid is ook uitgevoer, wat by wyse van univariate en multivariate sensitiwiteitsontleding onder meer ontleed het hoe sensitief die model se uitkomste is vir sleutelparameters soos die lasfaktor, verdiskonteringskoers, privaatkostegroeikoerse, en skadekostegroeikoerse. Laastens, terwyl pogings aangewend is om die meeste van die belangrike aspekte van kragopwekking in 'n steenkoolkragstasie in te sluit, is nie alle intrinsieke aspekte ingesluit nie weens 'n tekort aan data, gapings in kennis, en verwagte modelkomplikasie. Die tekortkominge van die model is uitgelig en daar is aanbevelings vir toekomstige navorsing gemaak.

Grantor dc:publisher

University of Pretoria

Year dc:date.issued

2015

Advisor dc:contributor.advisor

• Blignaut, James Nelson

• UCTD
• System dynamics
• Coal-fired power plant
• Plant construction
• Flue gas desulphurisation
• Economics
• Externality
• Social cost
• Private cost

Statement dc:rights

• © 2015 University of Pretoria. All rights reserved. The copyright in this work vests in the University of Pretoria. No part of this work may be reproduced or transmitted in any form or by any means, without the prior written permission of the University of Pretoria.

Language dc:language.iso

en

Dc Identifier Other

A2015

OAI identifier oai:identifier

oai:repository.up.ac.za:2263/45866