MARKAL è un modello di prospettiva energetica a lungo termine che consente l'analisi quantificata dei diversi scenari energetici possibili. La parola MARKAL deriva dalla concatenazione delle due parole inglesi MARK e ALlocation ( market distribution ), lo scopo del modello MARKAL è quello di valutare scelte tecnologiche future al fine di determinare una struttura tecnologica ottimale sotto vari vincoli, da una rappresentazione esplicita a un insieme delle opzioni tecniche attuali e future per la domanda e l'offerta di energia. Un leggero miglioramento del modello MARKAL standard ha dato vita a diverse varianti di modelli energetici, il più frequente dei quali è denominato TIMES , gli ultimi due approcci presentano somiglianze e divergenze.
Il modello standard raggiunge l'ottimizzazione del sistema energetico per una regione generica e da uno scenario di domanda esogena e anelastica.
Il modello RMARKAL o multi-regione permette di regionalizzare la descrizione e rappresentare endogenamente gli scambi tra le diverse regioni generiche.
Questa estensione è stata sviluppata per rappresentare esplicitamente i flussi di materiale nel sistema parallelamente ai flussi di energia.
Nelle versioni standard, il progresso tecnico si riflette nell'evoluzione esogena delle caratteristiche nel database tecnologico. Questa versione incorpora un miglioramento endogeno delle prestazioni delle tecnologie grazie alle curve di apprendimento (Endogenous Technological Learning).
La versione stocastica di MARKAL consente di tenere conto delle incertezze su determinati valori. L'incertezza su determinati parametri o vincoli è rappresentata da stati diversi con diverse probabilità di realizzazione. Il modello determina una strategia unica tenendo conto delle probabilità dei diversi eventi.
Questa estensione include una risposta della domanda al suo valore marginale endogeno. La domanda è elastica e l'equilibrio è determinato da curve di domanda non lineari. Il modello viene risolto utilizzando solutori non lineari.
In questo approccio, anche la domanda è elastica al suo costo. I coefficienti di elasticità sono impostati dall'utente per ogni periodo. La curva di domanda è qui, tuttavia, lineare a tratti.
Questa estensione formalizza una chiusura macroeconomica con altri settori di attività. In questa versione non lineare, la domanda è endogena e il suo livello è legato, attraverso il modello semplificato di equilibrio generale calcolabile MACRO, all'attività economica complessiva.
Nella sua versione standard, MARKAL consente attraverso tasse differenziate o limiti di emissione di internalizzare le esternalità ambientali. Questa opzione consente di integrare direttamente le curve di danno ambientale. L'approccio è di tipo IAM. Il modello non è lineare.
SAGE (System to Analyse Global Energy): in questo approccio, la soluzione ottimale viene calcolata da un periodo all'altro e non su tutti i periodi contemporaneamente. Sostituiamo così un atteggiamento miope nella decisione, con una perfetta conoscenza del futuro. I vincoli formalizzati della quota di mercato rafforzano questa visione miope.
TIMES (The Integrated MARKAL-EFOM System): Il modello TIMES è una versione avanzata più flessibile del modello MARKAL. I cambiamenti riguardano, tra le altre cose, la generalizzazione della nozione di tecnologia contro la differenziazione in quattro classi differenti in MARKAL, una divisione temporale più flessibile (numero di stagioni e durata variabile dei periodi all'orizzonte) e nel complesso un approccio di modellazione più semplice.
TIAM (TIMES Integrated Assessment Model): Il modello TIAM estende l'approccio dal basso verso l'alto all'approccio climatico. Si tratta di un modello TIMES globale in 15 regioni esteso da un modulo climatico per descrivere i livelli di emissioni (CO 2, CH 4, N20), la concentrazione atmosferica risultante (Interazione: atmosfera - biosfera e superficie oceanica - oceani profondi), il forzante radiativo indotto e il corrispondente aumento della temperatura media (atmosfera e superficie oceanica - oceani profondi). Il vantaggio di questo approccio è quello di poter, ad esempio, studiare le condizioni tecniche per il raggiungimento di un determinato obiettivo di stabilizzazione del clima a lungo termine.