Basiskennis Vervoerseconomie Jim Stada Verkeer en Infrastructuur Dep. Werktuigkunde Katholieke Universiteit Leuven Overzicht Begrippen uit de micro-economie Prijsstelling Optimaal gebruik van de bestaande infrastructuur Investeringsanalyse 12-3-2009 Belangrijk begrip: Totale surplus Beslissing tot constructie van nieuwe infrastructuur Waarom beprijzen? • Eerlijke verdeling van de schaarse capaciteit ? ? • Verminderen van de congestie van het verkeer ? • Verminderen van de ecologische schade ? • Financiering van de infrastructuur ? Nee ! De werkelijke reden staat op de volgende slide 12-3-2009 Doel van Beprijzing: Corrigeren van een marktfaling ! • Corrigeren van een marktfaling ! ! Markt faalt lage efficiency in het gebruik van de infrastructuur Met beprijzen willen we die efficiency verhogen prof. Gust Blauwens (Universiteit van Antwerpen): Hoofdoorzaak van de buitensporige groei van de mobiliteit is het falen van het marktmechanisme door het niet in rekening brengen van de externe kosten. 12-3-2009 Centrale begrippen Efficiëncy en Equity • Efficiency (doelmatigheid) = grootte van de economische koek • Equity (eerlijkheid, billijkheid) = verdeling van de economische koek Equity Subjectief begrip: terrein van de politieke economie Efficiency Stricte Pareto criterium: Minstens één individu gaat erop vooruit, niemand gaat erop achteruit. Maar er zijn altijd winnaars en verliezers, daarom: Potentiële Pareto criterium: Winnaars kunnen verliezers volledig compenseren en houden dan nog wat over. Let wel: die compensatie hoeft niet daadwerkelijk te gebeuren ! 12-3-2009 Voorbeeld efficiëncy Autoverkoop • Bart bereid te verkopen voor 3000 euro • Ann bereid te kopen voor 5000 euro 1. Verkoopprijs: 4000 euro Bart wint 1000 euro, Ann wint 1000 euro Totale winst (surplus) of efficiency-verbetering 2000 euro = Pareto verbetering 2. Verkoopprijs: 1000 euro Bart verliest 2000 euro, Ann wint 4000 euro Totale winst (surplus) of efficiency-verbetering 2000 euro = Potentiële Pareto verbetering 12-3-2009 Efficiëncy wiskundig Stel: totale baten economische actie TB(x), totale kosten TK(x) Dan maximale efficiency als TB(x) - TK(x) is maximaal of als: dTK ( x) dTB ( x) dx dx Dus voor maximale efficiency moet gelden: Marginale kosten = Marginale baten In het verkeer (zonder tolheffing) is dit NIET het geval! 12-3-2009 Baten Marktvraag Totale baten prijs MB(q) = vraagfunctie TB(x) = totale baat bij consumptie van x eenheden 0 x q = aantal eenheden Oppervlak = TB(x) = totale baat bij consumptie van x eenheden 0 x q = aantal eenheden Totale baten Marginale baten = Vraagfunctie TB(x) dTB(x)/dx Belangrijk: Vraagfunctie is hetzelfde als Marginale Baten functie 12-3-2009 Determinanten van de vraag Beweging langs vraagkromme: Eigen prijs prijs Vraagkromme verschuift: MB(q) = vraagfunctie Oppervlak = TB(x) = totale baat bij consumptie van x eenheden Inkomen Andere prijzen (verwante goederen) 0 Voorkeuren consument (“tastes”,”mode”) 12-3-2009 x q = aantal eenheden Elasticiteiten van de vraag Vraag(x) = f (eigen prijs, inkomen, andere prijzen, voorkeuren) Determinanten van de vraag modelleren door: Elasticiteiten: 1. 2. 3. Prijs: Inkomen: Andere prijzen: Voorbeeld: 12-3-2009 elast = vraag (%) / prijs (%) elast = vraag (%) / inkomen (%) elast = vraag a (%) / prijs b (%) Kosten Marktaanbod TK totale kosten Totale kosten gk E E mk F Variabele kosten Marginale kosten = Aanbodfunctie TK(x) dTK(x)/dx F Vaste kosten qeff 0 q prijs kosten/eenheid MK(q) = aanbodfunctie MK GK Oppervlak = VK(x) = variabele kosten voor x eenheden qeff 0 q 0 x q = aantal eenheden Belangrijk: Aanbodfunctie is hetzelfde als Marginale Kosten functie 12-3-2009 Efficiëncy (welvaart) op een markt prijs marginale kosten k Totale surplus = CS + PS = CS p consumentensurplus + producentensurplus S PS marginale baten m 0 x aantal eenheden Belangrijk: Maximale efficiency (= max totaal surplus = max welvaart) als: Marginale baten = Marginale kosten !!! Perfecte concurrentie leidt tot maximale efficiency (want dan is MB=MK) 12-3-2009 Efficiëncy-verlies door overproductie of onderproductie prijs marginale kosten A E C S F D marginale baten B 0 x3 x1 x2 aantal eenheden x1 maximale welvaart (Marg. Kosten = Marg. Baten) x2 overproductie, welvaartsverlies SCD (Marg. kosten > Marg. baten) x3 onderproductie, welvaartsverlies SEF (Marg. kosten < Marg. baten) 12-3-2009 Externe effecten leiden tot efficiëncy-verlies door overproductie De “echte” kosten zijn de sociale kosten marginale sociale kosten prijs MSK(x) = MPK(x) + MEK(x) (sociale kosten = private + externe kosten) A R P marginale private kosten Q B marginale externe kosten marginale baten Producent kijkt alleen naar private kosten, leidend tot evenwicht x2 : Marginale baten < Marginale kosten 0 x1 x2 aantal eenheden daarom: Externe kosten leiden tot surplusverlies door overproductie ! 12-3-2009 Monopolie Maximaal als: leidt tot efficiëncy-verlies d (TO ( q )) d (TK ( q )) door onderproductie dq dq . prijs marginale kosten Winst: W(q) = TO(q) - TK(q) A E p Maximaal als: S F d (TO ( q )) d (TK ( q )) dq dq marginale ontvangsten B . 0 prijs marginale kosten A p E F marginale ontvangsten marginale baten B x x aantal eenheden Marginale baten Marginale kosten daarom: Monopolie leidt tot surplus-verlies door onderproductie ! S 12-3-20090 marginale baten aantal eenheden Natuurlijk monopolie subsidie voor max efficiëncy Prijs •Gemiddelde kosten blijven afnemen (over relevant vraagbereik) •Voor monopolist is x1 optimaal •Voor maatschappij is x3 optimaal, maar subsidie nodig MB (Vraag) MO GK MK 0 x1 x2 x3 Eenheden •Compromis x2 prijs marginale kosten p1 Andere mogelijkheid is prijsdicriminatie toepassen: PS marginale baten 0 12-3-2009 S x aantal eenheden Specificatie van vervoermarkten Een vraagfunctie geldt voor een markt waar een homogeen product wordt verhandeld. Bij vervoermarkten voor verplaatsingen daarom zo nauwkeurig mogelijk zijn. Bij verplaatsingen is een Herkomst-Bestemmingspaar (een HB-relatie) een “markt” met een bepaalde vraag. Specificeer verder eventueel: • de vervoerwijze • het motief • de tijdsperiode van de verplaatsing 12-3-2009 Prijsstelling Eén HB-paar, één weg Totale sociale kosten: TSK ( x) A a.x x.c( x) m.x Prijs A Aanleg infrastructuur a ‘Resource’ kosten auto m Marginale sociale kosten Vraag (Marginale baten) K Milieu/andere soc. kosten Externe marginale milieu en overige soci ale kosten = m U c(x) Reistijdkosten H L Marginale sociale kosten: V Optimale tol N M R MSK ( x) a c( x) x. d (c( x)) m dx Marginale private kosten: MPK ( x) a c( x) b 12-3-2009 D E Privaat deel van marg. tijdkosten = c(x) B 0 Flow x1 dx s Belasti ng b P Extern deel van marg. d c x tijdkosten = x. ( ( )) Q x2 Private marginal e res ourcekosten = a Private en externe tijdkosten Prijs c( x ) x . d ( c ( x )) dx In grafiek alleen tijdkosten weergegeven. Externe tijdkosten p c( x ) t q s Private tijdkosten F 0 Flow MSK ( x ) a c( x ) x. 12-3-2009 x1 G x2 d (c( x )) m dx Welvaartswinst door rekeningrijden Sociale winst = HEK = vermeden kosten PQKH minus Prijs verloren baten PQEH Vraag (Marginale baten) Winst/verlies per partij: K milieukost Automobilisten: U H L 0 - x1 : verlies MNHL externe tijdkost V Optimale tol E N M R D Belasting x1-x2 : verlies NEH s Overheid: b B private tol : winst RDHL tijdkost resource P 0 Flow x1 Q x2 - tax : verlies BSED kost Milieu: winst HKUV 12-3-2009 Marktfaling • Markt met volledige mededinging (en zonder externe effecten) is maximaal efficient want: marginale kosten = marginale baten • Marktfaling, met verlies van efficiency, treedt op als: marginale kosten marginale baten Voorbeelden van marktfaling: • Monopolie (marginale kosten < marginale baten) • Externe kosten (marginale kosten > marginale baten) WEGVERKEER ! • ………. Bij marktfaling kan (en moet) overheid corrigerend optreden. TOLHEFFING ! 12-3-2009 First best en Second best (meer markten) Lipsey en Lancaster (1956) • Een complex van meerdere samenhangende markten verkeert in het first-best optimum (maximale efficiency, hoogste surplus) als op alle markten geldt Marginale kosten = Marginale baten. • Als op minstens één markt geldt Marginale kosten Marginale baten (marktfaling) dan is het mogelijk dat ook op alle andere markten afgeweken moet worden van Marginale kosten = Marginale baten om tot een zo hoog mogelijk surplus te komen. Dit zo hoog mogelijke surplus heet een second-best optimum. Voorbeeld in verkeerskunde van samenhangende markten: HBparen.(Elk HB-paar beschouwen als een markt met een marktvraag) 12-3-2009 First best en Second best (één markt) • Begrippen first-best en second-best worden ook gebruikt bij beschouwing van slechts één markt. • Als op die ene markt geldt marginale kosten = marginale baten dan is die markt in first-best optimum. • Als, bijvoorbeeld door beperkingen als gevolg van beleidsmaatregelen, dit first-best optimum niet kan worden gehaald, is men aangewezen op het best haalbare onder de gegeven beperkingen. Dit best haalbare onder de gegeven beperkingen heet een ook een second-best optimum voor die ene markt. 12-3-2009 First Best en Second Best als optimalisatieprobleem First Best x=4 y=8 z=15 .......... Systeem in ‘meest wenselijke’ toestand voor bepaalde waarden toestands-variabelen Second Best Systeem in ‘meest wenselijke’ toestand x=1 y=8 z=11 ............. Beperking aan x-waarde (constraint) 12-3-2009 bij beperking aan x-waarde. Dan kunnen ook andere variabelen afwijken van hun first-best waarden. Eén HB-paar (1 markt) “Twee-route probleem” 50 (Alleen tijdkosten, andere kosten = 0) prijs x 5000 50 prijs Gegevens: VHB(x)=50-0,01.x x1 5000 c1(x1)=20+0,02.x1 c2(x2)=20+0,02.x2 x V(x) TB x1 c(x1) TK x2 c(x2) TK TB-TK Externe tijdkosten op schakel x.dc(x)/dx 0 50 0 0 20 0 0 20 0 0 0 500 45 23750 250 25 6250 250 25 6250 11250 5 1000 40 45000 500 30 15000 500 30 15000 15000 10 1500 35 63750 750 35 26250 750 35 26250 11250 15 2000 30 80000 1000 40 40000 1000 40 40000 0 20 x2 12-3-2009 Twee-route probleem wiskundige uitwerking Zonder tol V ( x) c1 ( x1 ) c2 ( x2 ) (Wardrop) x Surplus V ( z )dz x1 c1 ( x1 ) x2 c2 ( x2 ) 0 x First Best max Surplus max V ( z )dz x1.c1 ( x1 ) x2 .c2 ( x2 ) t1 ,t 2 Globaal optimum t1 ,t 2 subject to 0 V ( x) c1 ( x1 ) t1 V ( x) c1 ( x1 ) x1. d (c( x1 )) dx1 en V ( x) c2 ( x2 ) t2 V ( x) c2 ( x2 ) x2 . d (c( x2 )) dx2 x Second Best Constrained optimum 12-3-2009 max Surplus max V ( z )dz x1 c1 ( x1 ) x2 .c2 ( x2 ) t2 t2 subject to 0 V ( x) c1 ( x1 ) en V ( x) c2 ( x2 ) t2 Twee-route probleem numerieke resultaten x1 x2 t2 t2 Surplus Zonder tol 750 750 0 0 11250 First Best 500 500 10 10 15000 Second Best 818 546 0 5,5 12273 Gegevens: VHB(x)=50-0,01.x c1(x1)=20+0,02.x1 12-3-2009 c2(x2)=20+0,02.x2 First Best tol op complexe netwerken We hebben gezien: Voor eenvoudig netwerk (1 HB-paar, 1 schakel) geldt: Optimale tol = marginale externe kosten op de schakel Aangetoond kan worden: Voor complexe netwerken (veel HB-paren, veel schakels) geldt: Optimale tol op elke HB-relatie = marginale externe kosten op die relatie Dit is equivalent aan: Op elke schakel tol = marginale externe kosten op die schakel NB: Het gaat om de externe kosten die gelden voor de evenwichtssituatie die ontstaat na tolheffing, niet de externe kosten in de initiele situatie vóór tolheffing! 12-3-2009 Twee HB-paren (2 markten) A Gegevens: x1 VAC=16-x1/1000 C S VBC=16-x2/1000 cAS=2+xAS/1000 cBS=2+xBS/1000 x2 cSC=2+xSC/1000 B x1 x2 VAC VBC cAS cBS cSC cAC cBC Totale Baten Totale Kosten Surplus 0 16 0 0 0 0 0 0 1000 15 3 4 7 31000 14000 17000 1714 14,28 3,71 5,43 9,14 51900 31330 20570 2000 14 4 6 10 60000 40000 20000 3000 13 5 8 13 87000 78000 9000 4000 12 6 10 16 12-3-2009 Externe tijdkost AS ,BS Externe tijdkost SC tolAC tolBC 1,71 3,43 5,14 Twee HB-paren wiskundige uitwerking A x1 Zonder tol VAC ( x1 ) c AS ( x1 ) cSC ( x1 x2 ) C S VBC ( x2 ) cBS ( x2 ) cSC ( x1 x2 ) x2 B x1 x2 0 0 Surplus VAC ( z )dz VBC ( z )dz x1.cAS ( x1 ) x2 .cBS ( x2 ) ( x1 x2 ).cSC ( x1 x2 ) First Best, Globaal optimum x1 x2 0 0 max Surplus max ( VAC ( z )dz VBC ( z )dz x1.c AS ( x1 ) x2 .cBS ( x2 ) ( x1 x2 ).cSC ( x1 x2 ) t1 ,t 2 t1 ,t 2 subject to VAC ( x1 ) c AS ( x1 ) cSC ( x1 x2 ) t1 VBC ( x2 ) cBS ( x2 ) cSC ( x1 x2 ) t 2 12-3-2009 Twee HB-paren numerieke resultaten 1. Zonder tol 2. First Best A A 3000 S tol = 5,14 1714 C C S 3000 Surplus = 9000 B B 1714 tol = 5,14 Surplus = 20572 3. Second Best (alleen tol op AS) A 1579 tolAS = 3,79 Gegevens: S C cAS=2+xAS/1000 3474 B 12-3-2009 VAC=16-x1/1000 Surplus = 13263 cBS=2+xBS/1000 cSC=2+xSC/1000 VBC=16-x2/1000 Samenvatting Essentie Beprijzing Begrippen efficiency en equity Vraagkromme Marginale Baten Aanbodkromme Marginale Kosten Totale (variabele) kosten = oppervlak onder aanbodkromme Maximale efficiency als Marginale Baten = Marginale Kosten Bij monopolie en externe effecten Totale baat = oppervlak onder vraagkromme Marginale Baten Marginale Kosten Marktfaling In het verkeer: 12-3-2009 Marktfaling want Marginale Baten Marginale Kosten Rekeningrijden: Maak Marginale Baten = Marginale Kosten Leidt tot efficiency verhoging (meer welvaart) Huidige situatie (zonder tol) Gent - Brussel 12-3-2009 Modelering: parameters • Tijdwaarderingsfactor (VOT): 20 euro/pae • Elasticiteit (t.o.v. gegeneraliseerde kosten): -1.0 • Resourcekosten en belasting: (euro/100 vrtgkm) Resourcekost Belasting Totaal Brandstof 2,90 4,54 7,44 Aankoop 8,51 1,42 9,93 Onderhoud en verzekering 2,77 2,54 5,31 Totaal 14,18 8,50 22,68 • Externe kosten: (euro/100 vrtgkm) Alle verkeer, gewogen Schade wegdek 0,01 Ongevallen 2,38 Geluidshinder 0,97 Klimaatverandering 0,47 Luchtvervuiling 1,98 Totaal 12-3-2009 5,81 Tol op 1 punt van de E40 (2 euro) Effect op verkeersstromen (verandering): Groen: afname Rood: toename -21% 12-3-2009 Tol op 1 punt van de E40 winst en verlies rekening Welvaartseffect: Tol op E40 1 euro 2 euro 3 euro - Blijvers -2789 -5965 -9512 - Stoppers -42 -197 -497 - Nieuwe +1 +3 +7 Automobilisten: Totaal automobilisten -2830 -6159 -10002 Overheid: - Tolinkomsten +5970 +10534 +13314 - Belastinginkomsten -410 -887 -1387 Totaal overheid +5560 +9647 +11927 Winst voor milieu +293 +634 +990 Verandering totale welvaart +3023 +4122 +2915 12-3-2009 Tol op 1 punt van de E40 (2 euro) Besparing werkelijke kosten vs batenverlies Alternatieve berekening: Besparing in werkelijke kosten (euro/uur) bij één tolpunt van 2 euro op de E40, berekend over het gehele netwerk Tijdkosten Resourcekosten Milieukosten Totaal vóór tol 381739 149122 57355 588216 na tol 372951 147475 56721 577147 Besparing 8788 1647 634 11069 Maar, door vermindering aantal automobilisten treedt ook batenvermindering op ten bedrage van 6947 euro/uur. Uiteindelijke welvaartswinst: 11069 - 6947 = 4122 euro/uur 12-3-2009 Essentie van het effect van tolbetaling op welvaart De alternatieve berekening van de welvaart leert ons: Tolbetalingen (incl belasting) spelen geen rol bij de berekening van de welvaartsverandering. Betaling van tol is slechts overdracht van geld van automobilist naar overheid. Samenleving als geheel wordt er (in principe) niet armer of welvarender van. 12-3-2009 Tol zorgt wel voor verandering van gedrag en dus van verkeersstromen Hierdoor veranderen kosten (congestiekosten, resourcekosten en milieukosten) en baten. Het totaal-effect (bij een juiste tolhoogte) is een verhoging van de welvaart van de samenleving. Kwantitatieve resultaten corridor Brussel-Gent Voor corridor Brussel-Gent: • Optimale tol op hoofdwegen: 15 tot 20 cent/km • Op zeer zwaar belaste stukken oplopend tot 30 cent/km Bij bovengenoemde tolheffing voor corridor Brussel-Gent: Stel gemiddeld 4 uur per dag tolheffing (ochtend- en avondspits) Tolinkomsten ca 50 miljoen euro/jaar Welvaartswinst: ca 12,5 miljoen euro/jaar (Kosten tolheffingsysteem moeten hier nog vanaf !) 12-3-2009 Congestieheffingen en uitbreidingsinvesteringen Lopen de heffingsinkomsten te hoog op dan wordt het tijd voor capaciteitsuitbreiding. Als • Optimale strategie capaciteitsuitbreiding wordt gehanteerd: (Marginale kosten capaciteitsvergroting = marginale besparing tijdkosten) • Reistijd beschouwd kan worden als functie van verhouding intensiteit/cap • Investeringskosten een lineaire functie van de capaciteit zijn dan zijn de inkomsten uit een optimale tolheffing juist genoeg om capaciteitsuitbreiding te betalen. (Mohring en Harwitz 1952) 12-3-2009 Investeringsanalyse Beslissing tot aanleg van infrastructuur Methoden: • Sociale Kosten Baten Analyse • Multi Criteria Analyse • ………. Principe (S)KBA: • Alle effecten in één maat uitdrukken (bijv geldseenheid) • Vergelijk kosten en baten over de levensduur van de infrastructuur Maak onderscheid tussen: • Private Kosten Baten Analyse (voor bedrijf) • Sociale Kosten Baten Analyse (voor samenleving) 12-3-2009 Stappen in een KBA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 12-3-2009 Definitie projectdoel Definitie alternatieven (inclusief 0-alternatief) Definitie termijn, gebied, discontovoet Analyse directe en indirecte effecten Vergelijk kosten en baten t.o.v. 0-alternatief Risico-analyse Presentatie resultaten Discontering en analysetermijn Principe: Een baat van 1 euro nu is meer waard dan een baat van 1 euro over een jaar. niet gedisconteerd jaar baten heden kosten discontovoet 15 % baten 30.000 kosten discontovoet 10 % baten 30.000 30.000 na 1 jaar 1.0000 8.696 9.091 na 2 jaar 1.0000 7.561 8.265 na 3 jaar 1.0000 6.575 7.513 na 4 jaar 1.0000 5.718 6.830 Totaal netto actuele waarde 28.550 -1.450 30.000 kosten 31.699 30.000 +1.699 Hoe hoger de rentevoet, hoe minder gewicht wordt toegekend aan baten en kosten in de toekomst ! Rentevoet wordt voorgeschreven door overheid en mag niet te hoog zijn. Kosten in verre toekomst zouden kunnen worden onderschat. 12-3-2009 Effecten van infrastructuur Interne effecten Directe effecten Externe effecten Effecten voor derden v eroorzaakt door gebruik inf rastructuur Indirecte effecten doorwe rking lagere verv oerskosten in economie 12-3-2009 voor exploitanten en gebruikers inf rastructuur Directe interne effecten De directe interne effecten van nieuwe infrastructuur bestaan uit vermindering van reiskosten (reistijdwinst) Kj c0 A c1 p0 p1 B D C E x0 x1 Baat = oppervlakte B + D = ½ (p0 –p1).(x0 + x1) (“Halveringsregel” of “Rule of half”) 12-3-2009 Directe externe effecten Probleem is de waardering van kosten !! Ongevalskosten Luchtvervuiling en klimaatverandering Kostprijs geluidsschermen Hedonische prijsmethode Landschapskwaliteit 12-3-2009 Kostprijs zuivering Medische kosten Hedonische prijsmethode Geluidshinder Kosten van een leven ? Reiskosten Indirecte effecten Indirecte effecten = herverdeling van het oorspronkelijke reistijdvoordeel door de gehele economie (bijvoorbeeld economische ontwikkeling van een streek). Indirecte effecten = herverdeling Indirecte effecten scheppen geen nieuwe welvaart ! Uitzondering: Als nieuwe infrastructuur markten beïnvloedt waar oorspronkelijk marktfaling was, dan kan wel additionele welvaart geschapen worden. Voorbeeld: vermindering monopolie-macht van bepaalde bedrijven door nieuwe infrastructuur. Grotere keuze van de consument door geografische uitbreiding van de markt. 12-3-2009 Risico analyse Vragen: Welke gebeurtenissen ? Welke kans op die gebeurtenissen ? Welke gevolgen van die gebeurtenissen ? Methoden: Gevoeligheidsanalyse Monte Carlo analyse 12-3-2009 Presentatie resultaten KBA Beter niet de baten/kosten verhouding: Waarom niet ? Voorbeeld (zelfde project op 2 manieren gepresenteerd) kosten baten jaar 1 1000 jaar 2 1000 4000 Totaal jaar 1 jaar 2 Totaal 2000 4000 kosten 1000 baten dan B/K = 2 3000 1000 3000 dan B/K = 3 De beste (éénduidige) maat is de Netto Actuele Waarde (NPV) 12-3-2009 Belangrijke punten investeringsanalyse Alternatieven vergelijken met het 0-alternatief Termijn, gebied en discontovoet vastleggen Effecten Directe effecten Interne effecten (voornamelijk reistijdverbetering) Externe effecten (milieu, ongevallen etc) Indirecte effecten (minder belangrijk < 20%) 12-3-2009