Data-driven Analysis of Energy Policy Instruments to Advance Energy Efficiency and Energy Flexibility

Titelangaben

Harding, Sebastian Lukas:
Data-driven Analysis of Energy Policy Instruments to Advance Energy Efficiency and Energy Flexibility.
Bayreuth , 2024 . - 45 S.
( Dissertation, 2024 , Universität Bayreuth, Rechts- und Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät)

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Abstract

The transition from conventional and fossil energy sources to renewable energy in the form of wind and solar poses major challenges to the energy system. These are largely rooted in energy availability. Although theoretically sufficient to meet all of the planet's energy needs, wind and solar are not always available in the desired amounts and locations due to their dependence on the weather. This change in the supply side of energy requires the demand side to adapt in two ways. First, the demand side must become more efficient, especially during periods of low renewable availability. Second, the demand side must become more flexible to take advantage of periods of high energy availability. Against this background, the aim of this thesis is to overcome existing barriers to the expansion of energy efficiency and energy flexibility and to provide guidance to policy makers on three levels: (1) At the residential level, it analyzes energy policy instruments that promote efficiency, particularly in the residential sector, as current retrofitting rates, e.g. in Germany, fall drastically short of climate targets. In this sense, the thesis examines a key investment barrier - the financial risk associated with retrofitting - through an illustrative field experiment and shows a dichotomy in risk perception that influences decision-making. The results suggest that promoting an energy bill perspective on efficiency increases investment. Furthermore, the paper shows that energy efficiency insurances are another effective instrument to reduce the perceived financial risk and increase the expected cost savings associated with retrofits in owner-occupied buildings. For rental buildings, the current regulations in Germany on retrofitting fees are unfair in terms of the max-min fairness scheme and represent a further regulatory barrier to necessary investments. Introducing a retrofitting fee based on the efficiency standard of the building before the retrofit would result in a fair rent increase for both the landlord and the tenant. (2) The second level shifts the focus from the residential to the industrial sector. In this sense, the thesis shows how dynamic electricity tariffs can overcome existing economic and regulatory barriers and enable flexible industrial consumers to achieve cost reductions and emission reductions. It also focuses on the recent European energy market crisis and illustrates how the relative cost reductions in 2021 and 2022 are up to twelve times higher than in the pre-crisis years. This shows policy makers how electricity tariffs can encourage investment in energy flexibility by enabling flexible consumers to save costs and emissions and be resilient to market crises. (3) At the system level, the thesis illustrates how policy makers can evolve the existing energy system and overcome outdated regulations by deploying residential microgrids and local electricity markets. In doing so, the results show how the interconnection of multiple residences with certain energy flexibility potentials and renewable production can increase the overall efficiency. In summary, this thesis provides insights using data-driven analysis to better understand effective energy policy instruments for enhancing energy efficiency and energy flexibility, thereby providing guidance to policy makers to pave the way towards a sustainable energy system.

Abstract in weiterer Sprache

Der Übergang von fossilen zu erneuerbaren Energien in Form von Wind- und Sonnenenergie stellt das Energiesystem vor große Herausforderungen. Diese liegen vor allem in der Verfügbarkeit der Energie. Obwohl erneuerbaren Energien in Summe ausreichen, um den gesamten Energiebedarf des Planeten zu decken, sind Wind und Sonne aufgrund ihrer Wetterabhängigkeit nicht immer in der gewünschten Menge und an den gewünschten Orten verfügbar. Diese Veränderung auf der Angebotsseite von Energie erfordert eine Anpassung der Nachfrageseite in zweierlei Hinsicht. Erstens muss die Nachfrageseite effizienter werden, insbesondere in Zeiten geringer Verfügbarkeit erneuerbarer Energien. Zweitens muss die Nachfrageseite flexibler werden, um Zeiten hoher Energieverfügbarkeit nutzen zu können. Vor diesem Hintergrund zielt die Dissertation darauf ab, bestehende Hindernisse für die Ausweitung von Energieeffizienz und Energieflexibilität zu überwinden und politischen EntscheidungsträgerInnen auf drei Ebenen Orientierungshilfen zu geben: (1) Auf der Ebene der Gebäude werden energiepolitische Instrumente zur Förderung von Energieeffizienz analysiert, da die derzeitigen Sanierungsraten, z.B. in Deutschland, drastisch hinter den Klimazielen zurückbleiben. In diesem Sinne untersucht die Dissertation ein zentrales Investitionshemmnis - das mit der Sanierung verbundene finanzielle Risiko - anhand eines anschaulichen Feldexperiments und zeigt eine Dichotomie in der Risikowahrnehmung, die die Entscheidungsfindung beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Förderung einer Energiekostenperspektive auf Energieeffizienz Investitionen erhöht. Darüber hinaus zeigt die Dissertation, dass Energieeffizienzversicherungen ein weiteres wirksames Instrument sind, um das wahrgenommene finanzielle Risiko zu verringern und die erwarteten Kosteneinsparungen im Zusammenhang mit Sanierungen in selbst genutzten Gebäuden zu erhöhen. Bei Mietgebäuden ist die derzeitige Regelung zu Mieterhöhungen nach Sanierungen in Deutschland im Sinne des Max-Min-Gerechtigkeitssystems ungerecht und stellt ein zentrales regulatorisches Hindernis für notwendige Investitionen dar. Die Einführung einer Mieterhöhung, die sich am Effizienzstandard des Gebäudes vor der Sanierung orientiert, stellt eine faire Lösung sowohl für VermieterInnen als auch für MieterInnen dar. (2) Die zweite Ebene verlagert den Fokus vom Gebäude- auf den Industriesektor. In diesem Sinne zeigt die Dissertation, wie dynamische Stromtarife bestehende wirtschaftliche und regulatorische Hindernisse überwinden und flexiblen industriellen VerbraucherInnen Kostensenkungen und Emissionsreduzierungen ermöglichen. Sie konzentriert sich zusätzlich auf die jüngste europäische Energiemarktkrise und veranschaulicht, dass relative Kostensenkungen in den Jahren 2021 und 2022 bis zu zwölfmal höher gewesen wären als in den Jahren vor der Krise. Dies zeigt EntscheidungsträgerInnen, wie Stromtarife Investitionen in Energieflexibilität fördern und flexible VerbraucherInnen in die Lage versetzen, Kosten und Emissionen zu sparen und gegen Marktkrisen gewappnet zu sein. (3) Auf der Systemebene veranschaulicht die Arbeit, wie politische EntscheidungsträgerInnen das bestehende Energiesystem weiterentwickeln können, indem Microgrids und lokale Strommärkte aufgebaut werden. Dabei zeigen die Ergebnisse, wie die Zusammenschaltung mehrerer Wohngebäude mit bestimmten Flexibilitätspotenzialen und erneuerbarer Erzeugung die Gesamteffizienz steigern kann.