The Nordic Forest Sector Model (NFSM) : data and model structure

Abstract

This report details the data used in NFSM and the model structure. NFSM is a spatial partial equilibrium model developed to assess novel forest-based bio-refinery technologies in the context of the Nordic forest industries and the stationary bio-based energy sector. The model covers forest growth, harvest of roundwood, forest industrial processing, bioenergy production, transport and trade between Nordic regions as well as consumption of forest-based products. Supply of roundwood is determined by industrial demand for roundwood, harvest elasticities and changes in the roundwood growing stock. Industrial production depends on roundwood prices and associated roundwood transport costs, exogenous labour and electricity costs and demand by consumers for industrial products. Similarly, consumer demand is controlled by price elasticities, prices of industrial products and transport costs. Hence, roundwood and product prices are endogenous to the model and are initialized by reference harvest, production, prices, roundwood harvest elasticities and industrial product specific demand elasticities based on econometric studies. The reference year for the model is 2013, but 2012 is applied when data for 2013 was unavailable. The data included in the model comes from a variety of Nordic and international statistical governmental bodies, business reports as well as through interviews.

The model applies recursive optimization – the equilibrium solution and associated endogenous parameters in one period provide the foundation for the period equilibrium in the subsequent period. Hence, the agents operating do not possess any information about the future beyond the current optimization period. Given assumed structural changes in the forest industries, the model is most suitable for model projections 10-20 years into the future.

The data quality applied in the model varies due to representativeness issues and/or uncertainties. Data limitations in large-scale models are unavoidable, and large-scale models are simplified representations of reality. Representativeness issues in the model include aggregation of prices, products, regions, industrial conversion technologies, transport costs, trade and consumption of industrial products. In addition, production inputs and outputs in industrial processing are associated with uncertainty. Data quality issues are discussed throughout the report and any study undertaken with the model should consider data inadequacy since this would depend on the study approach.

Denne rapporten beskriver data brukt i NFSM samt modell strukturen. NFSM er en romlig partiell likevektsmodell utviklet for å vurdere konkuranseevnen til nye skogsbaserte bioraffineringsteknologier sett i sammenheng med den nordiske skogsindustri og den stasjonære biobaserte energisektoren. Modellen dekker skogvekst, hogst av tømmer, bearbeiding av tømmer i skogsindustrien, transport/handel mellom nordiske regioner og til/fra nordiske lander til utlandet, samt endelig forbruk av produkter produsert i skogsindustrien. Tømmertilbudet bestemmes av industriell etterspørsel etter tømmer, tilbudselastisiteter og endringer i det stående volumet. Industriproduksjonen er avhengig av tømmerpriser og tilhørende tømmertransportkostnader, eksogene kostnader på arbeidskraft og strøm og forbrukeretterspørsel etter industriprodukter. Forbrukernes etterspørsel etter produkter bestemmes av priselastisiteter, prisene på industrielle produkter og transportkostnader. Tømmer- og produktpriser er endogene i modellen med utgangspunkt i basisårverdier for avvirkning, produksjon, forbruk, priser og elastisiteter. Tilbudselastisiteter på tømmer og industrielle produktspesifikke etterspørselselastisiteter som er basert på økonometriske studier, definerer endringen i etterspørselen. Basisåret for modellen er 2013, men 2012 er brukt i tilfeller hvor 2013 data var utilgjengelig. Dataene som inngår i modellen kommer fra en rekke nordiske og internasjonale statlige statistiske organer, via virksomhetsrapporter og igjennom intervjuer.

Modellen anvender rekursiv optimalisering – likevekt i en periode danner sammen med endringer i eksogene parametre grunnlaget for likevekt i den neste perioden. Aktørene har i modellen ingen informasjon om fremtiden, men tilpasser forbruk, produksjon og investeringer ut fra informasjonen i inneværende periode. Ettersom det forekommer større strukturelle endringer i skogsindustrien og bioenergisektoren, passer modellen i utgangspunktet best til analyser 10-20 år inn i fremtiden.

Kvaliteten på dataene i modellen varierer på grunn av representativitetsaspekter og/eller usikkerhet. Slike modeller er også en forenklet representasjoner av virkeligheten. Representativitetsbegrensninger i data og modell inkluderer aggregering av priser, produkter, regioner, industrielle konverteringsteknologier, transportkostnader, handel og forbruk av industriprodukter. I tillegg er innsatsfaktorer i industriell foredling forbundet med usikkerhet. Datakvaliteten er diskutert igjennom hele rapporten og fremtidige analyser foretatt med modellen bør ta høyde for usikkerhet i datagrunnlaget. Betydningen av dette avhenger av type analyse.